一種抑制紅砂巖崩解的方法與流程
2023-05-21 22:05:32
本發明屬於土木工程行業巖土勘察領域，具體涉及一種在鑽探取樣中，抑制紅砂巖崩解的方法。
背景技術：
通常所稱的「紅砂巖」主要是指侏羅紀到新近紀的陸相紅色巖系，巖性為泥巖、砂巖、泥質砂巖、泥質粉砂巖、砂質泥巖、粉砂巖等，又統稱「紅層軟巖」。在天然條件下，紅砂巖的單軸抗壓強度較低，暴露在空氣中或遇水時易軟化、崩解。
土木工程中，為了了解紅砂巖地層的地基承載力，一般在野外採用鑽探方法對紅砂巖地層進行取樣，在室內，採用鑽探方法對紅砂巖巖塊進行取樣，然後對樣品進行抗壓、抗剪強度試驗。
鑽探過程中一般用水作為鑽探過程的衝洗液，衝洗液有冷卻鑽頭，把鑽渣帶出鑽孔的作用。由於紅砂巖具有遇水崩解的特性，在鑽探過程中，紅砂巖與水接觸可導致軟化、崩解，使得芯樣強度下降較大，甚至破裂，無法取樣。導致試驗結果失真或無法試驗。
為探尋抑制紅砂巖崩解的方法，劉曉明等對紅砂巖崩解性狀進行了崩解實驗，發現紅砂巖在不同化學成分的崩解液中的崩解程度和性狀不同(劉曉明，熊力，張亮亮，趙明華.I類紅砂巖崩解性抑制措施試驗研究，公路交通科技，2011，28(3)：25～29)。公開號為CN103627373A的中國專利文獻公開了一種以鈣離子、乙醇為主要成分的能抑制紅砂巖地區錨杆鑽孔崩解的冷卻液，其配方是：水溶液中各物質的濃度：鈣離子的濃度0～0.8mol/L，乙醇的體積分數8～10％，pH值10～14。該方法中的冷卻液也具有抑制紅砂巖崩解的作用，但其配比較為複雜，價格較高，且有效成分為乙醇，有安全問題，且在自然環境中容易揮發。因此，在紅砂巖鑽探取樣中，有對價格更低廉，使用更方便的抑制崩解方法的需求。
技術實現要素：
為解決現有技術中的問題，本發明提供了一種抑制紅砂巖崩解的方法，特別是應用於抑制紅砂巖取樣過程的崩解。
一種抑制紅砂巖崩解的方法，將紅砂巖與陰離子表面活性劑水溶液接觸。
所述的抑制紅砂巖崩解的方法，在紅砂巖與接觸的水中，添加陰離子表面活性劑形成水溶液，如此，接觸紅砂巖的就不是水，而是陰離子表面活性劑形成水溶液。
本發明中，接觸方式可為將包含陰離子表面活性劑的水溶液噴灑在待抑制崩解的紅砂巖表面；或者在浸泡有紅砂巖的水溶液中添加陰離子表面活性劑；或者將紅砂巖浸泡在包含陰離子表面活性劑的水溶液中。
本發明中，可將本發明方法應用於紅砂巖鑽芯取樣過程中，用於抑制紅砂巖的崩解。
作為應用，將陰離子表面活性劑添加至紅砂巖鑽芯取樣所用冷卻液中。
一般巖土勘察和室內紅砂巖鑽芯取樣過程中，所述的冷卻液為水溶液。
也即是，可將陰離子表面活性劑添加紅砂巖鑽芯取樣所用的冷卻用水中。
通過研究發現，陰離子表面活性劑水溶液中，陰離子表面活性劑的重量百分濃度不低於10％。
在紅砂巖鑽芯取樣過程中，優選採用的冷卻液為包含不低於10wt％陰離子表面活性劑的水溶液。
進一步優選，陰離子表面活性劑水溶液中，陰離子表面活性劑的重量百分濃度10～20％。
本發明人還發現，將紅砂巖完全浸泡在所述濃度的陰離子陰離子表面活性劑的溶液中即能有效預防紅砂巖遇水崩解。濃度大於20％以後，抑制效果並沒有明顯改善。濃度低於10％後，抑制效果不穩定，即對有些巖石崩解有抑制作用，有些則沒有。
本發明中，所述的陰離子表面活性劑可採用本領域技術人員所熟知的陰離子陰離子表面活性劑或包含陰離子陰離子表面活性劑的商用產品，例如某些品牌的洗潔精。
發明人還選擇了陽離子表面活性劑進行試驗，發現陽離子表面活性劑難溶於水，其水溶液沒有明顯抑制紅砂巖崩解的作用。採用5％乙醇作為陽離子表面活性劑的助溶劑，增大陽離子表面活性劑的溶解度後，其水-乙醇溶液抑制作用依然不明顯。
本發明人發現，在浸泡紅砂巖的水中加入陰離子表面活性劑可有效抑制紅砂巖崩解。其機理為：降低水的表面張力，能減少或避免水進入巖石毛細孔隙，從而降低巖石毛細孔隙端部氣體對巖石的壁壓迫，進而達到抑制紅砂巖崩解的目的。因此具有以下3方面特性的表面活性劑對抑制紅砂巖崩解具有明顯作用：
1、能易溶於水，形成一定濃度溶液；
2、顯著降低水表面張力；
3、又不與紅砂巖成分產生反應的。
本發明與既有產品的優勢在於所用陰離子表面活性劑濃度低，容易獲得，無安全隱患，具有一定推廣價值。
附圖說明
圖1為紅砂巖自然條件下的紅砂巖崩解圖；
圖2為被自來水浸泡的紅砂巖崩解圖；
圖3為被濃度5％陽離子表面活性劑(十六烷基三甲基溴化銨)水溶液浸泡的紅砂巖崩解圖；
圖4為被濃度5％陽離子表面活性劑(十六烷基三甲基氯化銨)水溶液浸泡的紅砂巖崩解圖；
圖5為被濃度5％陰離子表面活性劑水溶液浸泡的紅砂巖崩解圖；
圖6為被濃度10％陰離子表面活性劑水溶液浸泡的紅砂巖崩解圖；
圖7為被濃度20％陰離子表面活性劑水溶液浸泡的紅砂巖崩解圖。
具體實施方式
圖1所示為長沙地區所產紅砂巖(地質名稱為：中風化泥質粉砂巖)在自然條件下崩解嚴重。
實施例1
將紅砂巖浸泡於重量百分濃度為5％的陰離子表面活性劑(洗潔精)水溶液中，浸泡24h，紅砂巖崩解情況見圖5，被濃度5％陰離子表面活性劑(洗潔精)水溶液浸泡的紅砂巖仍有一定程度崩解，但情況比純水浸泡改善。
實施例2
將紅砂巖浸泡於重量百分濃度為10％的陰離子表面活性劑(烷基磺酸鈉、脂肪醇醚硫酸鈉)水溶液中，浸泡24h，紅砂巖崩解情況見圖6，稍有崩解。
實施例3
將紅砂巖浸泡於重量百分濃度為20％的陰離子表面活性劑(活性成分為：烷基磺酸鈉、脂肪醇醚硫酸鈉)水溶液中，浸泡24h，紅砂巖崩解情況見圖7，顯示基本不崩解。
對比例1
將紅砂巖浸泡於自來水中，浸泡24h的崩解情況見圖2，顯示紅砂巖完全崩解。
對比例2
十六烷基三甲基溴化銨是一種陽離子表面活性劑，難溶於水。選用有抑制紅砂巖崩解的乙醇作為助溶劑。在自來水和重量百分濃度5％乙醇溶液中，再添加重量百分比5％的陽離子表面活性劑(十六烷基三甲基溴化銨)，浸泡24小時的紅砂巖，如圖3所示，十六烷基三甲基溴化銨不溶於水，需用乙醇作助溶劑，事實上是乙醇在一定程度上抑制崩解，巖石崩解還是較嚴重。
對比例3
十六烷基三甲基氯化銨也是是一種陽離子表面活性劑，難溶於水。選用有抑制紅砂巖崩解的乙醇作為助溶劑。在自來水和重量百分濃度5％乙醇溶液中，再添加重量百分比5％的陽離子表面活性劑(十六烷基三甲基氯化銨)，浸泡24小時的紅砂巖，圖4被陽離子表面活性劑(十六烷基三甲基氯化銨)溶液浸泡的紅砂巖；十六烷基三甲基氯化銨表面活性劑與巖石浸水後析出的離子反應形成絮狀物，十六烷基三甲基氯化銨不溶於水，且需用乙醇作助溶劑，事實上是乙醇在一定程度上抑制崩解，巖石崩解還是較嚴重。