一种地底精馏塔井护壁管加固用注浆材料及注浆方法

技术领域

本发明涉及精馏塔井护壁管加固技术领域，尤其涉及一种地底精馏塔井护壁管加固用注浆材料及注浆方法。

背景技术

在低温精馏分离稳定同位素的过程中，由于温度低、分离系数小、理论板数高、需要真空精馏、绝热要求高、生产装置细长，为工程实践带来了极大的困难。现有技术中，美国国家实验室建立的生产装置高达200m；日本东京燃气公司建立的以甲烷为介质的低温精馏中试装置由30m高的4组塔组成，另外，英国、罗马尼亚等国也有试验装置。鉴于试验装置的复杂性及对生产运行的考量，将精馏塔设置于地下成为时下流行的设置方式，称为精馏塔井。

由于地底环境无法预料，在设置地底精馏塔时需要其周围设置护壁管，保护精馏塔不受外界的影响而破裂。另外，为了保证分离的效果需要对设置护壁管的精馏塔进行加固。现有的加固材料通常为水泥浆，而水泥浆凝固后弹性低，无法保证热胀冷缩所带来的变化，往往导致护壁管的变形，进而影响精馏塔的寿命。同时，现有的注浆材料通常用于修补道路裂缝和钻井时产生的裂隙、孔隙和孔洞，其流动性大，所需固化时间长，加固效果差，耐用性低，无法对地底精馏塔进行加固。因此，发展一种固化能力强且耐用的地底精馏塔井护壁管加固用注浆材料成为本领域亟需。

发明内容

本发明的目的为提供一种地底精馏塔井护壁管加固用注浆材料及注浆方法，以解决现有的注浆材料弹性低，无法避免热胀冷缩对精馏塔的影响，且流动性大，所需固化时间长，加固效果差，耐用性低，无法对地底精馏塔进行加固的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种地底精馏塔井护壁管加固用注浆材料，包括如下质量份数的组分：水泥60～80份、硅灰5～8份、粉煤灰4～6份、碎石20～25份、陶瓷废料6～8份、磺化沥青粉1～2份、橡胶粉2～4份、消泡剂0.1～0.25份、激发剂1～2份、分散剂0.1～0.2份和水60～70份。

作为优选，所述碎石的级配组成及其质量百分比为：粒径为0～5mm的碎石10～18％、粒径为8～15mm的碎石60～67％和粒径为16～18mm的碎石20～25％。

作为优选，所述陶瓷废料的粒径为5～10mm；所述橡胶粉的粒度为40～80目。

作为优选，所述磺化沥青粉的粒径为6～10mm，pH值为8～10，磺酸钠含量≥15％，油溶物含量≥30％。

作为优选，所述消泡剂为二甲基硅油消泡剂、硅油消泡剂和聚硅氧烷消泡剂中的一种或多种；所述激发剂为硅酸钠、氢氧化钠和碳酸钠中的一种或多种；所述分散剂为三聚磷酸钠、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。

本发明还提供了所述地底精馏塔井护壁管加固用注浆材料的注浆方法，包括如下步骤：

(1)注浆材料混配：将各原料混合，得到注浆材料；

(2)铺设注浆管：将井口均等分为3个扇形，每个扇形中心设置注浆管，将注浆管置于井内；

(3)注浆：利用注浆管进行注浆，至注浆材料溢出井口完成注浆。

作为优选，所述混合的具体步骤为：将水泥、硅灰、粉煤灰、碎石、激发剂和水进行一次搅拌混合，后加入陶瓷废料、磺化沥青粉、橡胶粉、消泡剂和分散剂进行二次搅拌混合。

作为优选，所述一次搅拌混合和二次搅拌混合的转速独立地为1000～1500r/min。

作为优选，所述注浆管的内径为40～45mm；所述注浆管置于井内部分与护壁管平行；所述注浆管置于井内部分的底端低于护壁管底端10～12cm。

作为优选，所述注浆时，注浆终压为3～4MPa，注浆材料的扩散半径为1.5～1.8m。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：

(1)本发明通过在水泥浆料中添加陶瓷废料和磺化沥青粉，提高了所得注浆材料的韧性，避免了热胀冷缩对注浆材料体积的影响，能更好的保护并固定精馏塔；另外，本发明采用固体废弃料成本低，节约了资源，使得固体废弃料得以利用；

(2)本发明将特殊的注浆管设置和压力注浆法结合进行注浆，通过调节注浆参数，进一步提高了精馏塔的固定效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所述井口处注浆管的分布示意图；

图2为本发明所述井内注浆管的分布示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种地底精馏塔井护壁管加固用注浆材料，包括如下质量份数的组分：水泥60～80份、硅灰5～8份、粉煤灰4～6份、碎石20～25份、陶瓷废料6～8份、磺化沥青粉1～2份、橡胶粉2～4份、消泡剂0.1～0.25份、激发剂1～2份、分散剂0.1～0.2份和水60～70份。

在本发明中，所述水泥的用量优选为62～78份，进一步优选为65～75份；所述硅灰的用量优选为5.5～7.5份，进一步优选为6～7份；所述粉煤灰优选为4.5～5.8份，进一步优选为5～5.5份；所述碎石的用量优选为21～24份，进一步优选为22～23份；所述陶瓷废料的用量优选为6.5～7.5份，进一步优选为6.8～7.2份；所述磺化沥青粉的用量优选为1.2～1.8份，进一步优选为1.3～1.6份；所述橡胶粉的用量优选为2.1～3.9份，进一步优选为2.5～3.5份；所述消泡剂的用量优选为0.15～0.2份，进一步优选为0.17～0.19份；所述激发剂的用量优选为1.2～1.8份，进一步优选为1.3～1.6份；所述分散剂的用量优选为0.12～0.18份，进一步优选为0.13～0.16份；所述水的用量优选为62～68份，进一步优选为63～66份。

在本发明中，所述水泥优选为普通硅酸盐水泥；所述硅灰的平均粒径优选为0.2～0.4μm，进一步优选为0.3μm；硅灰的比表面积优选为25～35m

在本发明中，所述碎石的级配组成及其质量百分比优选为：粒径为0～5mm的碎石10～18％、粒径为8～15mm的碎石60～67％和粒径为16～18mm的碎石20～25％，进一步优选为：粒径为0～5mm的碎石11～17％、粒径为8～15mm的碎石62～65％和粒径为16～18mm的碎石21～24％。

在本发明中，所述陶瓷废料的粒径优选为5～10mm，进一步优选为6～9mm；所述橡胶粉的粒度优选为40～80目，进一步优选为50～60目。

本发明采用陶瓷废料和橡胶粉可以提高所得注浆材料的力学性能和适候性。陶瓷废料优异的孔隙结构可以使得其它原料渗入，提高了各原料的分散性，增强了注浆材料的力学性能；且陶瓷废料强度较高，进一步提高了注浆材料的强度。橡胶粉韧性强，可以减少气候变化对注浆材料体积的影响。

在本发明中，所述磺化沥青粉的粒径优选为6～10mm，进一步优选为8～9mm；pH值优选为8～10，进一步优选为8.5～9.5；磺酸钠含量优选为≥15％，进一步优选为≥18％；油溶物含量优选为≥30％，进一步优选为≥35％。

本发明采用特定磺酸钠含量和油溶物含量的磺化沥青粉提高了所得注浆材料的力学性能。由于磺化沥青含有磺酸基，水化作用很强，当吸附在水泥浆颗粒表面时，可阻止后期颗粒的分散提高注浆材料的强度。同时，磺化沥青中不溶于水的部分又能填充注浆材料以及注浆材料和护壁管的孔隙和裂缝，提高加固强度。磺化沥青还具有润滑作用，减少反应过程中护壁管与注浆材料之间的摩擦，延长护壁管的寿命。另外，磺化沥青可以避免注浆材料热胀冷缩对护壁管以及精馏塔的影响。

在本发明中，所述消泡剂优选为二甲基硅油消泡剂、硅油消泡剂和聚硅氧烷消泡剂中的一种或多种，进一步优选为硅油消泡剂和/或聚硅氧烷消泡剂；所述激发剂优选为硅酸钠、氢氧化钠和碳酸钠中的一种或多种，进一步优选为硅酸钠和/或碳酸钠；所述分散剂优选为三聚磷酸钠、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种，进一步优选为三聚磷酸钠和/或脂肪酸聚乙二醇酯。

本发明还提供了所述地底精馏塔井护壁管加固用注浆材料的注浆方法，包括如下步骤：

(1)注浆材料混配：将各原料混合，得到注浆材料；

(2)铺设注浆管：将井口均等分为3个扇形，每个扇形中心设置注浆管，将注浆管置于井内；

(3)注浆：利用注浆管进行注浆，至注浆材料溢出井口完成注浆。

在本发明中，所述混合的具体步骤为：将水泥、硅灰、粉煤灰、碎石、激发剂和水进行一次搅拌混合，后加入陶瓷废料、磺化沥青粉、橡胶粉、消泡剂和分散剂进行二次搅拌混合。

在本发明中，所述一次搅拌混合和二次搅拌混合的转速独立地优选为1000～1500r/min，进一步优选为1200～1400r/min。

在本发明中，所述注浆管的内径优选为40～45mm，进一步优选为42～43mm；所述注浆管置于井内部分与护壁管平行；所述注浆管置于井内部分的底端优选为低于护壁管底端10～12cm，进一步优选为低于护壁管底端10.5～11cm。

在本发明中，所述注浆时，保持注浆材料的液面与注浆管置于井内部分的底端的垂直距离优选为2～3cm，进一步优选为2.5cm。

在本发明中，所述注浆时，注浆终压优选为3～4MPa，进一步优选为3.5MPa；注浆材料的扩散半径优选为1.5～1.8m，进一步优选为1.6～1.7m。

在本发明中，所述注浆完成后，注浆材料的厚度优选为3～4cm，进一步优选为3.5cm。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例中，水泥购自安徽海螺水泥股份有限公司的42.5R普通硅酸盐水泥；硅灰购自安徽科创科技有限公司；粉煤灰购自淮南市玖红物流有限公司的Ⅱ级粉煤灰；碎石购自合肥市岸岭阔建材商贸有限公司；磺化沥青粉购自安阳博亿高温材料有限公司。

实施例1

本实施例所用原料及用量为：42.5R普通硅酸盐水泥70份、硅灰(平均粒径为0.3μm、比表面积为25m

注浆工艺为：

(1)注浆材料混配：将42.5R普通硅酸盐水泥、硅灰、Ⅱ级粉煤灰、碎石、硅酸钠和水在1200r/min下进行一次搅拌混合，后加入陶瓷废料、磺化沥青粉、橡胶粉、二甲基硅油消泡剂SM-201和三聚磷酸钠在1300r/min下进行二次搅拌混合，得到注浆材料；

(2)铺设注浆管：将井口均等分为3个扇形，每个扇形中心设置内径为40mm的注浆管，将注浆管置于井内，保持注浆管置于井内部分的底端低于护壁管底端10cm；

(3)注浆：利用注浆管将注浆池中的注浆材料通过注浆泵注入井内，注浆过程中保持注浆材料的液面与注浆管置于井内部分的底端的垂直距离为3cm；保持注浆终压为3MPa，注浆材料的扩散半径为1.5m；至注浆材料溢出井口完成注浆，注浆材料的厚度为3cm。

对本实施例注浆材料性能进行测定。经测，注浆材料的初凝时间为12min，终凝时间为49min。

实施例2

本实施例所用原料及用量为：42.5R普通硅酸盐水泥65份、硅灰(平均粒径为0.2μm、比表面积为28m

注浆工艺为：

(1)注浆材料混配：将42.5R普通硅酸盐水泥、硅灰、Ⅱ级粉煤灰、碎石、碳酸钠和水在1100r/min下进行一次搅拌混合，后加入陶瓷废料、磺化沥青粉、橡胶粉、德谦聚硅氧烷消泡剂5300和聚丙烯酰胺在1100r/min下进行二次搅拌混合，得到注浆材料；

(2)铺设注浆管：将井口均等分为3个扇形，每个扇形中心设置内径为42mm的注浆管，将注浆管置于井内，保持注浆管置于井内部分的底端低于护壁管底端10cm；

(3)注浆：利用注浆管将注浆池中的注浆材料通过注浆泵注入井内，注浆过程中保持注浆材料的液面与注浆管置于井内部分的底端的垂直距离为2.5cm；保持注浆终压为3MPa，注浆材料的扩散半径为1.5m；至注浆材料溢出井口完成注浆，注浆材料的厚度为3cm。

对本实施例注浆材料性能进行测定。经测，注浆材料的初凝时间为11min，终凝时间为50min。

实施例3

本实施例所用原料及用量为：42.5R普通硅酸盐水泥70份、硅灰(平均粒径为0.3μm、比表面积为25m

注浆工艺为：

(1)注浆材料混配：将42.5R普通硅酸盐水泥、硅灰、Ⅱ级粉煤灰、碎石、碳酸钠和水在1300r/min下进行一次搅拌混合，后加入陶瓷废料、磺化沥青粉、橡胶粉、道康宁FS-1265硅油消泡剂和聚丙烯酰胺在1200r/min下进行二次搅拌混合，得到注浆材料；

(2)铺设注浆管：将井口均等分为3个扇形，每个扇形中心设置内径为40mm的注浆管，将注浆管置于井内，保持注浆管置于井内部分的底端低于护壁管底端12cm；

(3)注浆：利用注浆管将注浆池中的注浆材料通过注浆泵注入井内，注浆过程中保持注浆材料的液面与注浆管置于井内部分的底端的垂直距离为2.5cm；保持注浆终压为3MPa，注浆材料的扩散半径为1.5m；至注浆材料溢出井口完成注浆，注浆材料的厚度为3cm。

对本实施例注浆材料性能进行测定。经测，注浆材料的初凝时间为10min，终凝时间为49min。

实施例4

本实施例所用原料及用量为：42.5R普通硅酸盐水泥70份、硅灰(平均粒径为0.3μm、比表面积为25m

注浆工艺为：

(1)注浆材料混配：将42.5R普通硅酸盐水泥、硅灰、Ⅱ级粉煤灰、碎石、碳酸钠和水在1300r/min下进行一次搅拌混合，后加入陶瓷废料、磺化沥青粉、橡胶粉、道康宁FS-1265硅油消泡剂和聚丙烯酰胺在1200r/min下进行二次搅拌混合，得到注浆材料；

(2)铺设注浆管：将井口均等分为3个扇形，每个扇形中心设置内径为40mm的注浆管，将注浆管置于井内，保持注浆管置于井内部分的底端低于护壁管底端12cm；

(3)注浆：利用注浆管将注浆池中的注浆材料通过注浆泵注入井内，注浆过程中保持注浆材料的液面与注浆管置于井内部分的底端的垂直距离为2.5cm；保持注浆终压为3MPa，注浆材料的扩散半径为1.5m；至注浆材料溢出井口完成注浆，注浆材料的厚度为3cm。

对本实施例注浆材料性能进行测定。经测，注浆材料的初凝时间为9min，终凝时间为51min。

对实施例1～4所得注浆材料的性能进行测试，测试方法和结果如下。

测试方法：将实施例1～4所得注浆材料分别注入4个相同的模具(尺寸为3cm×3cm×3cm)中，后置于标准混凝土养护箱中进行养护，养护结束后脱模取出试块，测定试块的强度。测试结果如表1所示。

表1实施例1～4所得注浆材料的性能测试结果

由表1可知，本发明所述注浆材料的强度较高，7d的抗压强度可达14.8～15.6MPa，28d抗压强度25.4～26.8MPa。且注浆材料具有一定的冲击韧性，可以抵抗热胀冷缩对体积的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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。