一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法与流程

1.本发明涉及淤泥质土排水与地基处理技术领域，具体涉及一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法。


背景技术：

2.淤泥质土是在静水或缓慢流水环境中沉积，并在一系列的生物、物理和化学作用下形成的软土。淤泥质土具有低强度、高含水率、高孔隙比、高压缩性、低渗透性等特性，往往不能直接作为建筑物的地基，这使得在淤泥质土地区工程建设难度增大。在工程建设中，目前针对淤泥质土的排水固结处理方法主要有堆载预压法和真空预压法，这些处理方法的作用原理相似，分别通过堆载和抽真空排出淤泥质土内的水，使土体压缩固结，从而提高强度。然而，由于淤泥质土含有较多的亲水性黏土矿物，造成土体渗透低，排水速度缓慢，从而造成淤泥质土通过堆载预压法和真空预压法排水固结的作业时间长、成本高。
3.基于上述情况，本发明提出了一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法，可有效解决以上问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法。旨在解决淤泥质土通过堆载预压法和真空预压法排水固结的作业时间长、成本高的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
6.第一方面，本发明提供一种用于淤泥质土加速排水的排水剂，所述排水剂的原料包括体积比为1:(2.5～3.5)的棉籽油和浓硫酸。
7.优选的是，所述排水剂的原料包括体积比为1:3的棉籽油和浓硫酸。
8.优选的是，所述棉籽油的成分包括棕榈酸、亚油酸和油酸，其中，所述棉籽油中的棕榈酸含量为21.6％～24.8％，亚油酸含量为44.9％～55％，油酸含量为18％～30.7％。
9.优选的是，所述浓硫酸的浓度大于98％。
10.第二方面，本发明提供一种用于淤泥质土加速排水的排水剂的制备方法，所述制备方法包括：
11.在25℃恒温环境中，量取一定体积的棉籽油至反应容器内，将2.5～3.5倍于棉籽油体积的浓硫酸加入棉籽油中，同时持续搅拌一段时间，使棉籽油与浓硫酸充分混合反应，制得所述排水剂。
12.上述技术方案中，棉籽油与浓硫酸充分混合，发生磺化作用化学反应；棉籽油与浓硫酸发生磺化作用化学反应后，棉籽油中的脂肪酸中将引入磺酸基，得到含有亲水亲油基的磺化油产品，该产品即为所述排水剂；棉籽油与浓硫酸的化学反应式如式下(1)。
13.r
‑
cooh h2so4→
r
‑
ch2‑
so3h(1)
14.其中r
‑
为饱和或非饱和的烃基，r
‑
cooh为脂肪酸；磺化反应后，脂肪酸中引入了磺
酸基
‑
so3h，即脂肪酸同时具备亲水基(
‑
so3h)和亲油基(r
‑
)。
15.第三方面，本发明还提供一种用于淤泥质土加速排水的排水剂的使用方法，所述使用方法包括：
16.s1、测量淤泥质土含水总体积：采集需排水处理的淤泥质土部分样品，称量其初始质量和体积，将样品放入烘箱在一定条件下烘干，称量烘干后的质量，计算淤泥质土的密度与含水率；根据淤泥质土的密度和总体积计算其总质量，根据淤泥质土总质量与含水率计算其总含水体积；
17.具体的：根据样品烘干前后的质量之差和样品初始质量，计算淤泥质土的含水率；根据样品初始体积与初始质量，计算淤泥质土的密度；根据需要排水处理的淤泥质土的平面面积和厚度计算淤泥质土总体积，结合淤泥质土的密度，计算淤泥质土的总质量。根据淤泥质土总质量和含水率计算淤泥质土总的含水体积；
18.s2、计算排水剂投入量：
19.按需排水处理的淤泥质土含水总体积的1/(50～200)计算排水剂的投入量；
20.s3、排水剂喷洒与搅拌：
21.按照投入量计算结果量取排水剂，均匀喷洒在需排水处理的淤泥质土表面，并进行搅拌，使淤泥质土与排水剂混合均匀；
22.排水剂中的磺酸基化合物通过静电作用吸附在淤泥质土内部黏土矿物颗粒的表面，使黏土矿物颗粒发生聚结和凝集。与此同时，磺酸基解离后带负电，与黏土矿物中的金属阳离子结合，使黏土矿物水化性减弱，亲水性降低，故而提高淤泥质土的渗透性与排水速度；
23.s4、对混合排水剂后的淤泥质土进行排水施工。
24.优选的是，所述步骤s2中，排水剂的投入量为按需排水处理的淤泥质土含水总体积的1/100。
25.优选的是，所述步骤s4中，采用堆载预压法、真空预压法或真空与堆载联合作用法排出淤泥质土内的水。
26.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
27.本发明通过制备排水剂并与需排水的淤泥质土混合反应，有利于降低淤泥质土内黏土矿物的亲水性，提高淤泥质土的渗透性，可用于加快淤泥质土通过堆载预压法和真空预压法排水固结的作业时间，显著降低作业成本。
具体实施方式
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制，仅作举例而已。
29.下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
30.实施例一
31.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂，所述排水剂的原料包括体积比为1:2.5的棉籽油和浓硫酸。所述棉籽油的成分包括棕榈酸、亚油酸和油酸。所述浓硫酸的浓度大于98％。
32.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法，包括以下步骤：
33.1)加速排水剂制备：在25℃恒温环境中，量取一定体积的棉籽油至反应容器内，将2.5倍于棉籽油体积的浓硫酸以1ml/s的速度加入棉籽油中，同时持续搅拌3小时，使棉籽油与浓硫酸充分混合反应，制得所述排水剂。
34.2)测量淤泥质土含水总体积：采集需排水处理的淤泥质土部分样品，称量其初始质量和体积，将样品放入烘箱以105℃烘干24小时，称量烘干后的质量，计算淤泥质土的密度与含水率；根据淤泥质土的密度和总体积计算其总质量，根据淤泥质土总质量与含水率计算其总含水体积；
35.具体的：根据样品烘干前后的质量之差和样品初始质量，计算淤泥质土的含水率。根据样品初始体积与初始质量，计算淤泥质土的密度。根据需要排水处理的淤泥质土的平面面积和厚度计算淤泥质土总体积，结合淤泥质土的密度，计算淤泥质土的总质量。根据淤泥质土总质量和含水率计算淤泥质土总的含水体积；
36.具体的：本实施例一使用的淤泥质土样品尺寸为底面直径15cm，高15cm的圆柱体，含水率为120％，密度为1.39g/cm3，总体积为2650.7cm3，总质量为1672.8g，总的含水体积为2007.3cm3。
37.3)计算排水剂投入量：按需排水处理的淤泥质土含水总体积的1/100计算排水剂的投入量；
38.具体的：本实施例一使用的排水剂投入量为20.1cm3。
39.4)排水剂喷洒与搅拌：按照投入量计算结果量取排水剂，均匀喷洒在需排水处理的淤泥质土表面，并进行搅拌，使淤泥质土与排水剂混合均匀；
40.排水剂中的磺酸基化合物通过静电作用吸附在淤泥质土内部黏土矿物颗粒的表面，使黏土矿物颗粒发生聚结和凝集。与此同时，磺酸基解离后带负电，与黏土矿物中的金属阳离子结合，使黏土矿物水化性减弱，亲水性降低，故而提高淤泥质土的渗透性与排水速度；
41.5)淤泥质土排水：通过堆载预压法、真空预压法，或真空与堆载联合作用法排出淤泥质土内的水。
42.实施例二
43.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂，所述排水剂的原料包括体积比为1:3的棉籽油和浓硫酸。所述棉籽油的成分包括棕榈酸、亚油酸和油酸。所述浓硫酸的浓度大于98％。
44.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法，包括以下步骤：
45.1)加速排水剂制备：在25℃恒温环境中，量取一定体积的棉籽油至反应容器内，将2.5倍于棉籽油体积的浓硫酸以1ml/s的速度加入棉籽油中，同时持续搅拌3小时，使棉籽油与浓硫酸充分混合反应，制得所述排水剂。
46.步骤2～步骤5与上述实施例一相同。
47.实施例三
48.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂，所述排水剂的原料包括体积比为1:3.5的棉籽油和浓硫酸。所述棉籽油的成分包括棕榈酸、亚油酸和油酸。所述浓硫酸的浓度大于98％。
49.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法，包括以下步骤：
50.1)加速排水剂制备：在25℃恒温环境中，量取一定体积的棉籽油至反应容器内，将3.5倍于棉籽油体积的浓硫酸以1ml/s的速度加入棉籽油中，同时持续搅拌3小时，使棉籽油与浓硫酸充分混合反应，制得所述排水剂。
51.步骤2～步骤5与上述实施例一相同。
52.实施例四
53.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂，所述排水剂的原料包括体积比为1:3的棉籽油和浓硫酸。所述棉籽油的成分包括棕榈酸、亚油酸和油酸。所述浓硫酸的浓度大于98％。
54.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法，包括以下步骤：
55.步骤1、2、4、5与上述实施例二相同。
56.3)计算排水剂投入量：按需排水处理的淤泥质土含水总体积的1/50计算排水剂的投入量；
57.具体的：本实施例四使用的排水剂投入量为40.1cm3。
58.实施例五
59.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂，所述排水剂的原料包括体积比为1:3的棉籽油和浓硫酸。所述棉籽油的成分包括棕榈酸、亚油酸和油酸。所述浓硫酸的浓度大于98％。
60.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法，包括以下步骤：
61.步骤1、2、4、5与上述实施例二相同。
62.3)计算排水剂投入量：按需排水处理的淤泥质土含水总体积的1/150计算排水剂的投入量；
63.具体的：本实施例伍使用的排水剂投入量为13.4cm3。
64.实施例六
65.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂，所述排水剂的原料包括体积比为1:3的棉籽油和浓硫酸。所述棉籽油的成分包括棕榈酸、亚油酸和油酸。所述浓硫酸的浓度大于98％。
66.一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法，包括以下步骤：
67.步骤1、2、4、5与上述实施例二相同。
68.3)计算排水剂投入量：按需排水处理的淤泥质土含水总体积的1/200计算排水剂的投入量；
69.具体的：本实施例六使用的排水剂投入量为10.0cm3。
70.对比实施例七
71.取原状淤泥质土，不进行处理。
72.为了验证本发明的一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法对淤泥质土亲水性的降低效果与排水固结过程的加速效果，针对经过上述实施例一至实施例六方法处理后的淤泥质土和实施例七原状的淤泥质土开展塑性指数试验与排水固结试验，具体方法和结果如下：
73.(1)塑性指数测试：取实施例和对比实施例制得的处理后淤泥质土作为测试样品，
按照gβ/t 50123
‑
1999《土工试验方法标准》测试其塑性指数。
74.(2)排水固结试验：取实施例和对比实施例制得的处理后淤泥质土作为测试样品，进行加压排水固结试验。试验样品初始质量含水率为120％，样品初始形状为底面直径15cm，高15cm的圆柱体，样品顶面施加并维持100kpa垂直压力，测试样品排水固结稳定的时间和最终的样品顶面沉降量。
75.表1：上述实施例处理淤泥质土测试结果
[0076][0077]
实施例一、二、三与实施例七的测试结果表明，经过一种用于淤泥质土加速排水的排水剂及其制备与使用方法处理的淤泥质土样品，塑性指数降低34.5％～38.3％，说明其亲水性得到显著的降低。加速排水剂的作用使得淤泥质土样品固结时间得到显著降低，排水速度增幅达到56.3％～64.7％。样品顶面沉降量也有2.9％～4.3％的增大，说明处理后淤泥质土固结效果更好。
[0078]
实施例四、五、六的测试结果与实施例二的测试结果对比表明，使用一种用于淤泥质土加速排水的排水剂处理淤泥质土时，排水剂的投入量与淤泥质土内总水体积的比例为体积比1:100时，达到最优的处理效果。
[0079]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。