粘土固化浆液性能研究

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1、研究与探讨广东建材2011年第4期粘土固化浆液性能研究韩春雨张可能何文(中南大学地球科学与信息物理学院)摘要：本文简要介绍了粘七固化注浆的基本知识，通过实验研究了浆液的流变模型，塑性强度及其影响因素以及试样渗透系数等性能，对浆液用于实际工程提出了一些建议。关键词：粘土固化剂浆液；塑性强度；渗透系数1引言随着国民经济建设的增长，注浆技术在铁路、隧道、地铁、矿山开采等诸多方面得到了广泛的应用。一般地说，注浆的效果与成本在很大程度上取决于注浆材料的合理选取。为了提高浆液的可灌性和稳定性，并降低注浆成本，在水泥中加入一定量的粘土形成水泥粘土浆液，

2、当粘土加量超过水泥时为粘土固化浆液【l】。本文在前人的基础上，以城门山铜矿二期帷幕注浆室内试验为依托，在粘土水泥浆的基础上加入一定量的固化剂(水玻璃)，对该种粘土固化浆液的技术性能进行了初步研究。2试验材料、方法及浆液性能2．1试验材料及方法(1)粘土为城门山湖泥，其含沙量较小，其经过液塑限联合试验得出，此次试验的湖泥塑性指数为19．2。(2)固化剂为水玻璃，水玻璃符合国家质量要求，波美度为38一--43Be’，模数2．4．-一3．0。(3)水泥为425#普通硅酸盐水泥；水为自来水。试验中水玻璃加量百分比为相对于水泥，我们配置了原浆比重为

3、1．299／cm3，漏斗粘度17．3s和1．39g／cm3，漏斗粘度20．2s的两组进行实验。2．2试验方法(1)标准漏斗粘度计仪器测泥浆的实际粘度，使用前应用清水进行校正。该仪器测量清水的粘度为15±0．5s。若误差在±1s以内，可用下式计算泥浆的实际粘度。实际粘度=羔写蠹禳麟(2)ZNN型电动六速旋转粘度计，主要用于测量泥浆的流变参数。(3)改进维卡仪测试试样的塑性强度，改进维卡仪是一120一在传统的维卡仪的金属棒的下端装上圆锥体。(4)变水头渗透试验测定两组试样的渗透系数。2．3浆液流变特性浆液流变性是指它的流动和变形的特性，我们常

4、说的表观粘度、塑性粘度、结构粘度、动切力、静切力和触变性等都是衡量浆液流变性的参数。2．3．1浆液流变模型不同浆液的流变关系大体上可以分为四种理论流型，即牛顿流型、宾汉流型、幂律流型和卡森流型【刳。浆液的流型主要取决于构成泥浆的材料组成及其它们的含量。由于一般浆液存在粘土颗粒之间的结合力，具有一定程度的网架结构。因此，浆液在发生流动之前需要克服一定的结构力，其流型用宾汉流型来反映较为合适。2．3．2试验浆液流型及分析本实验中粘土水泥浆为一种多相流体，流变特性可视为粘塑性流体(近似为宾汉姆流体)。其流变曲线见图1：对于粘塑性流体(施维多夫流

5、体)：dv百图1流变曲线钆2亩叫，南㈨’I面J式中u．是表观粘度(又称有效粘度或视粘度)，它等于塑性粘度与由屈服值(动切力Td)和流速梯度所决定的这部分粘度即结构粘度的和。由上式可知泥土固化广东建材2011年第4期研究与探讨浆液具有剪切稀释性，表观粘度随着流速梯度的增加而减小，这种特性，对提高浆液的可注性及迅速有效的封堵地层涌水是十分有利的。从实验过程中可以知道动切力T。与原浆重度，水泥加量多少有关，随着以上三种因素的增大，动切力随着增大。另外，随着时间的推移，浆液中各种反应的进行，动切力也逐步增大。3浆液塑性强度研究3．1浆液塑性强度注

6、浆浆液在岩石裂隙中充填凝结后，起抵抗地下水压力而不被挤出的堵水作用的力学指标并非结石体的抗压强度，而是抗剪切的塑性强度。因此，塑性强度Ps是粘土类浆液性能中最具重要性的指标【3】。塑性强度是用改进的维卡仪测定的，如图2所示。图2Ps测定原理图Ps=K乓(式2)h‘K_(cos‘a／2)／(丌·tana／2)(式3)Ps——塑性强度，102Pa，即g／cm2h——试锥沉入试样的深度，cm。3．2影响塑性强度的因素(1)固化剂(水玻璃)加量对Ps的影响。由图3可分析得：结构剂(水玻璃)加量增加，将使Ps值增长速度加快。所以遇到水流较急的暗河、

7、大裂隙等可以加大固化剂的加量，但要注意，加量要根据现场实验确定比例，以免发生堵2塞注浆管事故发生。l23●5t‘D巨亟匦E五画函E互函圃图3固化剂对PS的影响(2)水泥加量对Ps的影响。由图4可知：塑性强度Ps随着水泥加量的增加而增大，而且增加量较大。这与水泥与土颗粒、水泥与水玻璃的反应有关。A(】d'由踟锄棚姗鲫O173‘Jt∞区亟i亟囤图4水玻璃对Ps的影响(3)此外，原浆比重、水泥品种、温度、反应时间等也会对浆液的塑性强度产生影响[4】。研究发现：实验中几种配比的浆液在4个小时前Ps值较小，可泵性高，所以建议接近此种配比的浆液，在该

8、段时间内注浆。且根据可注浆期的规定：粘土固化浆液在加入结构剂之后到其结石体塑性强度值Ps小于等于50KPa这样一段时间称为可注期。所以一般12h内可以进行重复注浆。4试验渗透率采用变水头试验对