生物聚合物（黄原胶，瓜尔胶）

生物聚合物，特别是黄原胶和瓜尔胶，是深基础施工中用于调控钻井液流变性和滤失性能的关键天然聚合物添加剂。黄原胶通过黄杆菌发酵产生，形成具有高黏度和剪切稀化特性的长链多糖分子。瓜尔胶则提取自瓜尔豆种子的胚乳，具有类似的增稠效果但分子结构不同。这两种材料均为高效增稠剂，无需化学合成，因此相较于合成聚合物更环保，同时在多种岩土工程应用中表现出卓越性能。 在灌注桩、连续螺旋钻（CFA）施工及大直径竖井开挖等打桩作业中，生物聚合物可在高静水压力和多变地层条件下维持钻井液稳定性。这些添加剂可提高泥浆黏度以支撑孔壁、减少向地层的滤失量，并促进钻屑有效排出，同时与地层矿物的化学反应极小。在深基坑地下连续墙和地下水截渗墙施工中，生物聚合物可稳定膨润土-聚合物泥浆，防止泥浆流失，并确保导管浇筑混凝土时墙体的垂直完整性。在微型隧道和微型桩施工中，它们优化了流体性能，有助于控制导向稳定性和地层变形。地基改良工程（如注浆和喷射注浆）也因浆液一致性和悬浮稳定性提升而受益。 该类材料以干燥粉末形式供应，典型含水量低于12%，需在常温下密封储存并防潮。现场使用时需先在淡水或部分盐水环境中水化，再加入活性泥浆系统，水化时间通常为15–45分钟，具体取决于粉体颗粒大小和搅拌强度。使用胶体搅拌机或文丘里混合装置等适当分散设备，可确保充分水化并防止结块。在合适的仓储条件下，储存期可达12–24个月，但在暴露或潮湿环境中其水化性能可能下降。 主要产品类型包括食品级和技术级黄原胶，区别在于纯度（通常活性成分含量为85–98%）以及影响钻井液密度和电解质平衡的残余盐含量。瓜尔胶则有标准级和耐高温改性品种，适用于井下温度超过120°C的工况。技术规格通常参考其黏度贡献（通常为每100毫升水中每克产生15–25厘泊）以及通过API滤失试验测定的滤失控制效果。 选型依据包括地层岩性、钻孔深度、孔径大小和环境敏感性。工程师根据所需塑性黏度、动切力及静止状态下的凝胶强度发展情况来确定生物聚合物的类型和掺量。在地热或深部勘探钻井中，热稳定性尤为关键。还需仔细评估与固相含量的相容性、页岩水化行为以及在微咸地下水区域中的盐类相互作用。由于环境影响小、回收简便且处置物流成本低，生物聚合物在成本效益分析中通常优于合成材料。 行业标准如ISO 13500、API 13A和EN 12104规定了生物聚合物的技术要求、黏度测试方法及钻井液添加剂的质量验收准则。欧洲（OSPAR）等地区的环保法规以及严格的海上作业标准可能强制要求使用生物聚合物而非合成聚合物。通过认证实验室进行合规性检测，可确保其性能一致性并获得不同司法管辖区的监管认可。