一种抑制红砂岩崩解的方法与流程

本发明属于土木工程行业岩土勘察领域，具体涉及一种在钻探取样中，抑制红砂岩崩解的方法。

背景技术：

通常所称的“红砂岩”主要是指侏罗纪到新近纪的陆相红色岩系，岩性为泥岩、砂岩、泥质砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩、粉砂岩等，又统称“红层软岩”。在天然条件下，红砂岩的单轴抗压强度较低，暴露在空气中或遇水时易软化、崩解。

土木工程中，为了了解红砂岩地层的地基承载力，一般在野外采用钻探方法对红砂岩地层进行取样，在室内，采用钻探方法对红砂岩岩块进行取样，然后对样品进行抗压、抗剪强度试验。

钻探过程中一般用水作为钻探过程的冲洗液，冲洗液有冷却钻头，把钻渣带出钻孔的作用。由于红砂岩具有遇水崩解的特性，在钻探过程中，红砂岩与水接触可导致软化、崩解，使得芯样强度下降较大，甚至破裂，无法取样。导致试验结果失真或无法试验。

为探寻抑制红砂岩崩解的方法，刘晓明等对红砂岩崩解性状进行了崩解实验，发现红砂岩在不同化学成分的崩解液中的崩解程度和性状不同(刘晓明，熊力，张亮亮，赵明华.I类红砂岩崩解性抑制措施试验研究，公路交通科技，2011，28(3)：25～29)。公开号为CN103627373A的中国专利文献公开了一种以钙离子、乙醇为主要成分的能抑制红砂岩地区锚杆钻孔崩解的冷却液，其配方是：水溶液中各物质的浓度：钙离子的浓度0～0.8mol/L，乙醇的体积分数8～10％，pH值10～14。该方法中的冷却液也具有抑制红砂岩崩解的作用，但其配比较为复杂，价格较高，且有效成分为乙醇，有安全问题，且在自然环境中容易挥发。因此，在红砂岩钻探取样中，有对价格更低廉，使用更方便的抑制崩解方法的需求。

技术实现要素：

为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种抑制红砂岩崩解的方法，特别是应用于抑制红砂岩取样过程的崩解。

一种抑制红砂岩崩解的方法，将红砂岩与阴离子表面活性剂水溶液接触。

所述的抑制红砂岩崩解的方法，在红砂岩与接触的水中，添加阴离子表面活性剂形成水溶液，如此，接触红砂岩的就不是水，而是阴离子表面活性剂形成水溶液。

本发明中，接触方式可为将包含阴离子表面活性剂的水溶液喷洒在待抑制崩解的红砂岩表面；或者在浸泡有红砂岩的水溶液中添加阴离子表面活性剂；或者将红砂岩浸泡在包含阴离子表面活性剂的水溶液中。

本发明中，可将本发明方法应用于红砂岩钻芯取样过程中，用于抑制红砂岩的崩解。

作为应用，将阴离子表面活性剂添加至红砂岩钻芯取样所用冷却液中。

一般岩土勘察和室内红砂岩钻芯取样过程中，所述的冷却液为水溶液。

也即是，可将阴离子表面活性剂添加红砂岩钻芯取样所用的冷却用水中。

通过研究发现，阴离子表面活性剂水溶液中，阴离子表面活性剂的重量百分浓度不低于10％。

在红砂岩钻芯取样过程中，优选采用的冷却液为包含不低于10wt％阴离子表面活性剂的水溶液。

进一步优选，阴离子表面活性剂水溶液中，阴离子表面活性剂的重量百分浓度10～20％。

本发明人还发现，将红砂岩完全浸泡在所述浓度的阴离子阴离子表面活性剂的溶液中即能有效预防红砂岩遇水崩解。浓度大于20％以后，抑制效果并没有明显改善。浓度低于10％后，抑制效果不稳定，即对有些岩石崩解有抑制作用，有些则没有。

本发明中，所述的阴离子表面活性剂可采用本领域技术人员所熟知的阴离子阴离子表面活性剂或包含阴离子阴离子表面活性剂的商用产品，例如某些品牌的洗洁精。

发明人还选择了阳离子表面活性剂进行试验，发现阳离子表面活性剂难溶于水，其水溶液没有明显抑制红砂岩崩解的作用。采用5％乙醇作为阳离子表面活性剂的助溶剂，增大阳离子表面活性剂的溶解度后，其水-乙醇溶液抑制作用依然不明显。

本发明人发现，在浸泡红砂岩的水中加入阴离子表面活性剂可有效抑制红砂岩崩解。其机理为：降低水的表面张力，能减少或避免水进入岩石毛细孔隙，从而降低岩石毛细孔隙端部气体对岩石的壁压迫，进而达到抑制红砂岩崩解的目的。因此具有以下3方面特性的表面活性剂对抑制红砂岩崩解具有明显作用：

1、能易溶于水，形成一定浓度溶液；

2、显著降低水表面张力；

3、又不与红砂岩成分产生反应的。

本发明与既有产品的优势在于所用阴离子表面活性剂浓度低，容易获得，无安全隐患，具有一定推广价值。

附图说明

图1为红砂岩自然条件下的红砂岩崩解图；

图2为被自来水浸泡的红砂岩崩解图；

图3为被浓度5％阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵)水溶液浸泡的红砂岩崩解图；

图4为被浓度5％阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基氯化铵)水溶液浸泡的红砂岩崩解图；

图5为被浓度5％阴离子表面活性剂水溶液浸泡的红砂岩崩解图；

图6为被浓度10％阴离子表面活性剂水溶液浸泡的红砂岩崩解图；

图7为被浓度20％阴离子表面活性剂水溶液浸泡的红砂岩崩解图。

具体实施方式

图1所示为长沙地区所产红砂岩(地质名称为：中风化泥质粉砂岩)在自然条件下崩解严重。

实施例1

将红砂岩浸泡于重量百分浓度为5％的阴离子表面活性剂(洗洁精)水溶液中，浸泡24h，红砂岩崩解情况见图5，被浓度5％阴离子表面活性剂(洗洁精)水溶液浸泡的红砂岩仍有一定程度崩解，但情况比纯水浸泡改善。

实施例2

将红砂岩浸泡于重量百分浓度为10％的阴离子表面活性剂(烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠)水溶液中，浸泡24h，红砂岩崩解情况见图6，稍有崩解。

实施例3

将红砂岩浸泡于重量百分浓度为20％的阴离子表面活性剂(活性成分为：烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠)水溶液中，浸泡24h，红砂岩崩解情况见图7，显示基本不崩解。

对比例1

将红砂岩浸泡于自来水中，浸泡24h的崩解情况见图2，显示红砂岩完全崩解。

对比例2

十六烷基三甲基溴化铵是一种阳离子表面活性剂，难溶于水。选用有抑制红砂岩崩解的乙醇作为助溶剂。在自来水和重量百分浓度5％乙醇溶液中，再添加重量百分比5％的阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵)，浸泡24小时的红砂岩，如图3所示，十六烷基三甲基溴化铵不溶于水，需用乙醇作助溶剂，事实上是乙醇在一定程度上抑制崩解，岩石崩解还是较严重。

对比例3

十六烷基三甲基氯化铵也是是一种阳离子表面活性剂，难溶于水。选用有抑制红砂岩崩解的乙醇作为助溶剂。在自来水和重量百分浓度5％乙醇溶液中，再添加重量百分比5％的阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基氯化铵)，浸泡24小时的红砂岩，图4被阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基氯化铵)溶液浸泡的红砂岩；十六烷基三甲基氯化铵表面活性剂与岩石浸水后析出的离子反应形成絮状物，十六烷基三甲基氯化铵不溶于水，且需用乙醇作助溶剂，事实上是乙醇在一定程度上抑制崩解，岩石崩解还是较严重。