第3章灌浆浆液

第三章 灌浆浆液 灌浆浆液基本上可分为两类。一类是悬浮液，系采用固体颗粒浆材，例如水泥、粘土、沙等制成的浆液，其颗粒处于分散的悬浮状态；另一类是真溶液，系由化学浆材，例如环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸盐等制成的浆液。 基岩固结灌浆和帷幕灌浆均以水泥基浆液为主，遇到一些特殊地质条件，例如断层、破碎带、微细裂隙等，当使用水泥浆液难以达到预期效果时，方采用化学灌浆材料作为补充，并且化学灌浆也多是在水泥灌浆基础进行的。 第一节 浆液的选择 在大坝地基处理灌浆施工中，浆液的选择非常重要，在很大程度上直接关系到帷幕的防渗效果，地基岩石在固结灌浆后的力学性能、以及灌浆 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 的费用。因此研究灌浆材料及其配浆工作一直是灌浆工程中的一个重要课题。通过多年来的试验研究和工程实践，在灌注浆液方面取得了很大成绩。 由于灌浆的目的和地基地质条件的不同，组成浆液的基本材料和浆液中各种材料的配合比例也有很大变化。一般讲用于大坝岩石地基灌浆的浆液应具备下列性能： 1.水泥浆液中水泥颗粒应具有一定细度，便于充填基岩中微细裂隙，通常的说法是，颗粒细度应为裂隙宽度的1/3～1/5，方能有效的充填，例如水泥粒径为80μm时，能灌入0.24 ～0.40mm宽度的岩体裂隙。 2.浆液应具有较好的稳定性，析水率低，因为固体颗粒过早析水沉积，将会影响浆液继续灌注。 3.浆液需具有良好的流动性，粘度不宜过大，以有利于灌注施工和增大浆液的扩散范围。 4.浆液填满岩体裂隙硬化形成结石后，应致密、均一，并具有良好的防渗性能、必要的强度和粘 结力。帷幕灌浆水泥结石在长时期高水头作用下，应能保持稳定，不产生溶蚀和破坏，耐久性强，28天强度宜达到5～10MPa；固结灌浆水泥结石应能满足地基安全承载和稳定的要求。 第二节 浆液性能试验 一、浆液密度 浆液密度与浆液所用浆材的配比直接相关，只要知道浆材配比，使用绝对容积的原理，就可以计算出浆液密度。浆液密度宜使用比重秤测定，因其简单易行，测值较准。浆液密度也可采用波美比重计测定，但其测值欠准，尤其不适于在浓度大的浆液中测试。 二、析水率 析水现象是由于浆液中固体颗粒的沉积而引起的，沉积后所析出的水的体积（V1）与浆液体积(V)的 比值，即α=V1/V,称为析水率。 水泥浆的析水率与浆液的浓度、水泥颗粒细度以及水泥品种等因素有关，同样水泥品种，同样水灰比的情况下，水泥颗粒愈细，析水率愈小。 常用的试验方法为，取200mL水泥浆，盛于直径相同有刻度的玻璃量筒内（例如直径为3.5cm高度为25cm），用塞子塞紧加以摇荡或在量筒内使用长棍快速搅拌，使浆液混合均匀。然后将量筒静放在试验台上，水泥颗粒开始下沉，清水厚度自上向下逐渐增加，每隔一定时间，读记清水厚度一次，一直继续到清水高度呈稳定状态停止。稳定标准一般是连续三个析水值的读数相同或者有微小差距。这个析水的全过程时间称为析水时间。 最好是同时做几组平行试验，以其平均值作为试验成果。试验工作宜在常温20℃左右的情况下进行。 三、浆液流动性 水泥浆液流动性与浆液所用的水灰比直接相关，水灰比愈大，稠度愈小，流动性表现为愈大。但水泥的品种、细度、浆温等因素对其也有一定影响。 水泥浆液流动性经常采用标准漏斗或马什(Marsh)漏斗测定。两种漏斗的规格尺寸见图3.2-1 和图3.2-2。测试成果以秒（s）表示。 本文中使用“浆液流动性”一词，表示其现在后“四”流变参数文中所述的塑性粘度有所区别。 图3.2-1标准漏斗粘度计和量筒图(长度单位：mm) ①漏斗；②细管；③量杯的上部，容积500mL； 图3.2-2马什(Marsh)漏斗(长度单位：mm) ④—量杯的下部，容积200mL ①漏斗;②细管；③将浆液倒入漏斗内1.5l后，液面高度 １.标准漏斗 即以前称之为1006型泥浆粘度计。 测试方法：用清水将漏斗和量杯 冲洗干净，在漏斗上面设置过滤网，用以除掉浆液中的杂质。用手紧堵漏斗下部细管的管口。先用量杯将其下部200mL浆液通过过滤网注入漏斗内，继之将其上部500mL浆液注入。而后将量杯放在漏斗下，让500mL容积向上。手指离开漏斗细管下口，同时开动秒表，记下漏斗内流出500mL浆液所历经的时间，这个时间就代表浆液的流动性，以秒数表示。 用标准漏斗测得清水流出的时间一般应为15s，如测出时间不是15s，则测出值可用下式予以校正： η1∶D=15∶S η1=15D/S η1—校正值； D—实测浆液流动性值； S—实测水的流动性值。 2．马什漏斗 国内约在1990年以后开始应用，近期应用比较普遍。 测试方法：测试程序与标准漏斗相同，仅是将浆液倒入漏斗内1.5L，测记其流出1L所需的时间。 用马什漏斗测得清水和浆液流出的时间见表3.2-1。 *表3.2-1用马什漏斗测定水泥浆液流动性值 水∶水泥 平滑表面 (S) 粗糙表面 (S) 比值 水∶水泥 平滑表面 (S) 粗糙表面 (S) 比值 水 20.6 25.5 0.81 0.7∶1 23.3 28.4 0.82 1∶1 21.8 27.2 0.80 0.6∶1 27.0 32.0 0.84 0.8∶1 22.2 27.6 0.80 0.5∶1 40.0 46.0 0.87 *此表摘自隆巴迪《内聚力在岩石水泥灌浆中所起的作用》一文。 由表3.2-1中可以看出，用马什漏斗测试出的水泥浆液流动性值与漏斗表面粗糙程度有较大关系，平滑表面与粗糙表面两者测值之比约为0.80～0.87。故在用马氏漏斗测试浆液流动性之前，一定要先测试出水的流动性值（s），以为比较之用。 使用漏斗测出的水泥浆液流动性值实质上是浆液的流变性与漏斗表面粗糙程度的综合值，所以使用“表观粘度”一词比较合适。 实践经验认为：浆液粘度使用标准漏斗测试流动性值小于40s，以25～35s为好；使用马什漏斗测试值小于50s，应以28～38s为好。 四、流变参数 1．牛顿浆体和宾汉浆体 液体在流动时有两种不同的流态，即层流和紊流。 当流速较小时，液体中全部质点是以平行而互不混杂的方式形成流线，有条不紊的运动，这种流态叫做层流。 当流速较大时，液体质点互相混掺，互相碰撞，它们除了沿流向的运动以外，还作其它方向的运动。液体内部在互相混掺，互相碰撞中还会出现大大小小涡体，致使形成杂乱无章的运动，这种流态叫做紊流。 浆液在流动时具有不同的特性，按其流变性质考虑，可以将浆液分为“牛顿浆体”和“宾汉浆体”两类。 牛顿浆体为粘性流体，是一种没有刚度极易流动的液体。当液体受到外力的作用，即使这个力很小，液体也开始流动。图3.2-3分别表示出了牛顿浆体和宾汉浆体的流动速度υ与流动阻力F的关系。在一定的外力作用下，浆体的流动速度取决于该浆体的粘度。水和多数的化学浆液均属于牛顿浆体。 宾汉浆体则为粘－塑性流体，它是具有一定抗剪强度和固性的液体。当浆体受到外力作用时，若这个力小于浆体的屈伏强度(或称屈伏应力)，则只能使浆体变形作功，而不能使浆体流动。只有在外力超过屈伏强度时，浆体才开始流动。由固体颗粒材料制成的悬浮型浆液，例如水泥浆和粘土浆，除了一些非常稀薄的浆液以外，都属于宾汉体。 显然，宾汉浆体比牛顿浆体具有较高的流动阻抗，所以它较难进入微细缝隙，只有在较高的压力下，才能使它扩散到较远的距离。 国外资料认为，在层流条件下水泥浆液的性状属于宾汉浆体。当水灰比小于0.9（重量比）后，浆液的抗剪强度和塑性粘度都迅速地增加。 图3.2-3 不同浆体流动速度与流动阻力的关系示意图 1— 牛顿浆体；2—宾汉浆体 抗剪屈服强度τ0与水灰比Ｗ之间的关系，可以近似地用下述方程式表达： τ0=τ1eK/W 3.2-1 式中：τ1=3.5×10-５N/cm2，K=2.1。 塑性粘度η与水灰比W之间的关系，可以近似地用下述方程式表达。 η=η１eＫ／Ｗ 3.2-2 式中η1为水的粘度(1cP)；Ｋ为常数，变化在1.6～2.2之间。表3.2-2中d 计算值，系假定Ｋ＝1.8而求出的。 根据式（3.2-1）和(3.2-2)，可以计算出水泥浆的临界流动性与其水灰比之间的关系，列如表3.2-2。 表3.2-2 纯水泥浆的抗剪强度和塑性粘度① 水灰比 (W) 抗剪强度 τ0 (Pa) 塑性粘度 η (cP) 水灰比 W 抗剪强度 τ (Pa) 塑性强度 η (cP) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 384.0 67.0 23.0 12.0 7.0 2.9 403 90 37 20 13 6 2.0 5.0 10.0 20.0 水 1.0 0.53 0.43 0.39 0 2.5 1.4 1.2 1.1 1.0 ①摘自G.S.小约翰，水泥基浆液的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 。 从表3.2-2中可以看出，若从粘度角度考虑，用水灰比为5：1的水泥浆液作为灌浆初始用的浆液，应是完全可以的，而不需采用较5：1更稀的浆液。国内的试验资料与此类似，即水灰比为5：1水泥浆的粘度与10：1甚至20：1的很接近。 2．浆液流变参数的测定 流变参数常采用NXS-11型旋转粘度计或2NN-D6型旋转粘度计（即范式六速旋转粘度计）进行测定计算。测试成果以抗剪屈服强度τ０（Pa）和塑性粘度（又称塑性粘性系数）η（Pa.s或cP）表示。 1cP(厘泊)=0.01P(泊)=0.001Pa·s=1mPa·s表示。 NXS-11型旋转粘度计，分15档调节转子转速，可测牛顿浆体和宾汉浆体。稳定浆液的流变性可以用宾汉浆体描述，测试原理为： 滨汉浆体流动方程τ=τ0+η 式中τ—拉剪强度(又称剪切应力)(Pa) τ0—抗剪屈服强度(Pa) η—塑性粘度(Pa·s) dv/dx—剪切速率(1/s) 以不同的剪切速率通过测量获得相应的剪切应力，绘制τ～dv/dx关系曲线，求出屈服强度和塑性粘度。测试试例见图3.2-4。 （暂缺） 图3.2-4流变参数测试曲线 3．塑性粘度 浆液的塑性粘度是指浆液在运动时，具有不同流速的各层面间的内摩擦力，通常用η 表示，以“泊”（P）为单位，厘泊(cP)为1/100泊。 1泊等于层与层间相距1cm，速度相差1cm/s，在1cm2面积上的摩擦力为1达因(dyne)。 τ=μdv/dy 1dyne/cm２=μ =μ·1/s ∴ μ=1dyne/cm２×S=10４dyne/m２×S (1N=105dyne) ∴ μ=0.1N/m２×S=0.1帕(Pa)·秒 1泊(P)=0.1帕秒(Pa·S) 1厘泊(cP)=1/100泊(P)=0.001帕秒 式中μ为粘性系数，即塑性粘度。 4．参数控制 浆液的抗剪屈服强度τ0宜小于20Pa，否则浆液流动性差，甚至泵送困难，一般以1～7Pa为宜。 浆液塑性粘度宜小于40cP，否则浆液显浓，不易灌入，一般以5～15cP为宜。 5．水泥浆流变参数试验资料示例见表3.2-3和表3.2-4，供读者应用参考。 表3.2-3 渡口525#普通硅酸盐水泥试验资料 水灰比W/C 流变参数 τ0(Pa) η(mPa·S) 0.8 1.2 3.8 0.6 4.7 6.3 表3.2-4 冀东525#普通硅酸盐水泥试验资料 水 灰 比 W/C 流 变 参 数 τ0(Pa) η(mPa·S) 0.8 1.8 4.9 0.7 2.8 6.8 0.6 6.3 10.2 0.5 11.4 56.2 五、凝结时间 按GB1346-1989标准，采用水泥稠度凝结测定仪测定浆液的初凝和终凝时间。 六、抗压强度 将浆液装入50mm×50mm×50mm试模中，试件成型2d折模，置于标准养护室内养护 至3d、7d、28d，参照SD105-1982标准中“混凝土立方体抗压强度试验”测定抗压强度。 七、弹模 将浆液装入Φ50mm×100mm的试模中，试件成型后2d拆模，置于标准养护室内28d，参照SD105-1982 标准中“混凝土静力抗压弹性模量试验”进行。 八、渗透系数 将浆液装入上口直径Φ70mm，下口直径Φ80mm，高30mm的截圆锥内。试件2d拆模，置于标准养护室28d后，参照SD105-1982标准中“混凝土抗渗试验（一次加压法）”进行。 第三节水泥浆液 一、概述 水泥浆是由水泥和水混合经搅拌而制成的浆液。为了改进浆液性能，有时向浆液中加入少量外加剂。 水泥浆的胶结性能好，结石强度高，也便于施工，是大坝地基岩石灌浆工程中最普遍采用的一种浆 液。 配制水泥浆时，多依照重量比例配制，也有按体积比例配制的。我国各灌浆工程都采用重量比，帷幕灌浆使用范围一般多为水：水泥＝5：1～0.5：1，固结灌浆多为2：1～0.5：6。英、美等国多采 用体积比，近年来也有改用重量比的。 二、适于灌注水泥浆的岩体的条件 （１）岩体的裂隙宽度大于0.2mm。 （２）岩体的单位吸水量大于0.01L/(min．m．m)或透水率大于1lu。 （３）一般灌浆 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 或文献中规定地下水流速不大于600m/d，但实践经验认为地下水流速不大于80～100m/d，才可灌注水泥浆，超过此值，需考虑在浆液中掺加速凝剂。 （４） 地下水的化学成分不妨碍水泥浆的凝结和硬化。 三、使用水泥作为灌浆材料的主要特点 （１）水泥颗粒较细，强度为42.5、52.5级普通硅酸盐水泥，其粒径多小于80μm可以灌入宽度为 25～0.4mm的较小裂隙中，在压力作用下能扩散至一定范围。 （２） 水泥浆硬化所成的水泥结石，其强度和粘结强度都较高，能满足帷幕灌浆和固结灌浆的要求。 （３）浆液易配制，施工较方便。 0. （４）材料来源方便，价格较低。 四、水泥浆的配制和检验 配制水泥浆液一般有以下三种情况： （１） 将水泥和水依照规定的比例直接拌合，这种情况最为简单。先将计量好的水放入搅拌筒内， 再将水泥按所规定的重量秤好后，放入筒中直接搅拌即可。例如欲配制各种浓度的水泥浆100Ｌ，其所用的水泥量和水量可由表3.3-1中查得。 （２） 在灌浆过程中，常需要将搅拌桶内的水泥浆变浓或变稀。一般也可按照表3.3-1中所列的加料数值，再通过计算即可。 （３） 当采用集中制浆时，原浆的水灰比多采用0.6：1或5：1。将这种浆液输送到灌浆施工地点。在拌制所需浓度的水泥浆时，需要放入一定量的原浆，再加入一定量的水，其加入量可由表3.3-2中查得。 此外，在灌浆过程中，有时需要检验配制好的浆液的水灰比，以了解其是否符合规定的比值，最常用的方法就是测定浆液的密度，由密度值即可计算出浆液的水灰比。 表3.3-2 配制水泥浆需用的原浆和加入水量表 (配置浆量按100L计，原浆浓度水∶水泥=0.6∶1) 材料名称 水 灰 比 10∶1 8∶1 6∶1 5∶1 4∶1 3∶1 2∶1 1∶1 0.8∶1 掺 用 量 原浆(L) 加水量(L) 9.30 90.7 11.4 88.6 15.0 85.0 18.0 82.0 21.9 78.1 28.5 71.5 40.7 59.3 71.4 28.6 84.1 15.9 五、 水泥浆的各项试验 灌浆施工前，或在灌浆试验阶段，应根据灌浆的目的和受灌岩层的地质条件，对水泥浆液进行各项必要的有关试验，以了解浆液的性能，便于正确地操作，达到灌浆的目的。由于材料品种、技术设备条件的不同，已有的同类浆液性能试验成果虽然可以参照使用，但最好根据灌浆工程的具体情况做些必要的或是校验性的试验。 1．水泥浆密度 水泥浆密度是表示水泥浆浓度的一种方法。水泥浆浓度也可用水灰比来表示，所以水泥浆密度与水灰比有着直接的关系。在灌浆过程中，要检验或了解已制成水泥浆的水灰比的实际情况，可以通过测定浆液密度来完成。 测量水泥浆密度的方法见本章与第二节中所述。 图3.3-1中的曲线代表水泥浆密度与水灰比之间的关系。该关系曲线是以水泥比重按3计而绘制的，在实际应用中可能稍有误差。 图3.3-2表示水泥浆比重与单位浆液体积内含有的水泥和水量的关系。 图3.3-1 水泥浆密度与水灰比关系图 图3.3-2单位浆液体积内所含有的水泥或水量(kg/L) (水泥密度以3计) 2．水泥浆析水率 析水率的测试方法见本章第二节中所述。 表3.3-3、表3.3-4为试验室内所做水泥浆的析水率成果示例，使用的水泥为不同水泥厂生产的500 号普通硅酸盐水泥。 图3.3-3为试验室内取200mL不同水灰比的浆液，其析水过程与全析水时间情况示例，使用的水泥也是500号普通硅酸盐水泥。 表3.3-3 水泥浆的析水率 浆液浓度 (水:水泥) 10∶1 8∶1 6∶1 5∶1 4∶1 3∶1 2∶1 1.5∶1 1∶1 0.8∶1 0.6∶1 0.5∶1 析水率(%) 89 87 84 81 76 70 58 49 35 27 20 10 表3.3-4 水泥浆的析水率 W/C 10 8 6 4 3 2 1 0.8 0.7 0.6 0.5 备 注 析水率% 87 86 83 74 67 63 35 22 17 12 4 引自二滩大坝基岩灌 标准漏斗流动性(s) — — — — 16 17 19 22 24 29 60 浆在实验室内试验资料 表3.3-5 水泥浆的析水率 W/C 2∶1 1∶1 0.8∶1 0.6∶1 备 注 析水率% 64 37 25 15 引自新疆克孜尔水库大坝地基灌浆在实验室内试验资料 标准漏中流动性（s） 19 21 23 55 图3.3-3 水泥浆的全析时间与析水值关系试例图 从这些析水率试验资料中可以看出，稀的浆液的析水率可达80%～90%以上，1：1浓度的浆液的析水率约为35%左右，说明灌浆过程中所灌入岩层裂隙或孔洞中的稀浆，其中大部分的水是要析出去的，仅有少部分的水是与水泥起化学作用而凝结成结石。 上述的析水率试验是在试验室内做的，与实际灌浆时浆液的析水率有所不同。在实际灌浆过程中，浆液一般是在相当大的压力作用下灌入岩层裂隙中去的，由于这种压力作用，全析水时间就会缩短，也要多挤出去一部分水，因而结石更密实，强度也会增高。 ３． 水泥浆流动性 水泥浆流动性试验方法见本章第二节中所述。 图3.3-4为一个水泥浆流动性与水灰比关系试验实例，使用的是500号普通硅酸盐水泥，采用标准漏斗测试，当水灰比为0.5：1时，流出的时间就比较长了。 浆液的凝结时间要延长，影响结石的强度，情况严重的甚至会发生浆液不凝的危险。 表3.3-6为一浆液搅拌时间与凝结情况的试例。由表中反映出，稀浆搅拌时间超过4h，则浆液失去 凝固的性质。图3.3-5是水泥结石强度与浆液搅拌时间关系的又一个实例，它反映了结石强度与搅拌时间关系特性的一般情况。由图3.3-5中可看出，当搅拌60min时，结石强度一般是最高的，搅拌时 间超过2h ，结石强度开始下降；搅拌时间超过4h ，则结石强度急速下降。SL62-1994《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》中规定：“浆液的搅拌时间，使用普通搅拌机时，应不少于3min；使用高速搅拌机时，宜不少于30s。水泥浆自制备至用完的时间宜小于4h。” 图3.3-4 水泥浆水灰比与流动性关系示例图 ４． 水泥浆搅拌时间 在灌浆过程中，为保持水泥浆呈均匀状态，必须连续搅拌。实践表明，搅拌超过一定时间后，不仅 灌浆施工时，为保证浆液质量，凡是搅拌超过4h尚未灌入的浆液，除经专门试验，证明其性能尚可满足要求的仍可使用外，一般均宜视为废浆，不能再作灌注浆液。 表3.3-6结石凝结情况与搅拌时间的关系 水泥种类 标号 水灰比 搅拌时间 (h∶min) 气温 (℃) 结石凝结情况 备 注 普通硅酸盐水泥 400 8∶1 1∶00 2∶00 3∶00 4∶00 凝固 凝固 微凝 不凝 普通硅酸盐水泥 400 10∶1 1∶00 2∶00 3∶00 4∶00 32 32 32 32 凝固 凝固 微凝 不凝 35～38 35～38 35～38 凝固 凝固 凝固 不凝固 结石良好。 结石较好，稍有脱开现象。 结石较差，脱模后，试件自行坏掉，内部空隙多。 表面发裂，四天后仍有水排出，不凝固。 ５．水泥浆凝结时间 水泥浆的凝结程度分初凝与终凝两种，从浆液配制成起到产生初凝现象所历经的时间，称为初凝时间；到达产生终凝现象所历经的时间称为终凝时间。 为了适应灌浆施工的要求，水泥与水混合制成浆液后，既不能凝结太快，也不能凝结太慢。凝结太快，则等不到浆液扩散到要求的范围或尚未填满裂隙，就失去流动性，使继续灌注成为不可能，这在不同程度上将会影响灌浆质量。凝结太慢，不但在凝结前，浆液有被地下水流冲走的危险，影响灌浆质量，而且待凝需要一些时间，也会影响灌浆工程进度。因此，为了取得良好的灌浆质量和加快施工进度，要求初凝时间长一些，而终凝时间短一些。如果需要缩短凝结时间，使浆液速凝时，可在浆液中掺加速凝剂。 各种配合比的水泥浆的初、终凝时间的测定，可参照国家标准GB/T1346-1989中规定的方法进行。 图3.3-5 水泥浆搅拌时间与结石强度关系试例图 1— 水∶水泥=0.7∶1；2—水∶水泥=1∶1；3—水∶水泥=2∶1；4—水∶水泥=3∶1；5—水∶水泥=7∶1 ６．水泥浆结石强度 水泥浆结石强度与水泥的标号、浆液的浓度以及搅拌时间等因素有关。结石强度也是反映灌浆质量的重要指标。 对帷幕灌浆来讲，要求结石密实性强，基本不透水，耐久性好；对固结灌浆，则还要求更高的抗压强度和粘结强度。 水泥浆结石强度室内试验可参照有关混凝土强度试验的方法进行，见本章第二节中所述。 ７． 结石的孔隙率和容重 （１） 水泥结石的孔隙率 水泥结石的孔隙率与浆液的水灰比、龄期及养护条件有关。图3. 3-6是一试验成果示例。从该图中看出，孔隙率是随着水灰比的增加而显著上升，在水中养护的情况下，结石孔隙率比空气中养护的要小。 图3.3-6 水泥浆结石孔隙率与水灰比关系试例图 图3.3-7水泥浆的结石密度与浆液水灰比 1—龄期90d,空气中养护；2—龄期28d,空气养护； 关系试例图(500号普通硅酸盐水泥) 3—龄期28d,水中养护；4—龄期90d，水中养护 1-湿的结石密度；2—干的结石密度 （２） 水泥结石的密度 水泥结石的密度与孔隙率有关，它是随着浆液水灰比的减少而增大。根据室内试验得出，当水灰比在0.4～10之间变化时，水泥结石密度则在1.13～1.95g/cm3的范围内变化，图3.3-7是一试例，可供参考。 由此看出，为增大结石的密度，即提高结石的密实性和强度，最好少用稀的浆液。但在裂隙细微、采用一般细度的水泥材料，若使用较稀的浆液灌注，宜尽可能采用较大的压力，使灌入裂隙中较稀的浆液多挤出一些水，降低其水灰比，从而降低结石的孔隙率，增加结石的密度。 第四节 细水泥浆液及改性磨细水泥浆液 细水泥浆系指干磨细水泥浆、湿磨细水泥浆和超细水泥浆，主要作用是灌注基岩微细裂隙。 干磨水泥浆或超细水泥浆是使用磨细水泥或超细水泥（见前第二章第三节）与水混合进行搅拌制 成。应予注意的是在搅拌成浆时，必须采用转速大于1400r/min的高速搅拌机和掺入高效减水剂。湿磨细水泥浆则是将普通水泥浆通过湿磨机加工，使水泥颗粒细化而成。 一般讲干磨或湿磨细水泥浆中水泥最大粒径Dmax在35μm 以下，平均粒径D50为6～10μm，基岩中宽度小于0.2mm甚至小于0.1mm的微细裂隙较易灌入。而超细水泥浆，Dmax一般在12μm以下，Ｄ50为3～6μm，能灌入宽度更微细的裂隙。 一、 干磨细水泥浆（以下简称磨细水泥浆） 改性磨细水泥（见前第二章第三节）的研究是我国“七五”科技攻关项目之一。1990年1月首次应用于新安江大坝二、三坝良帷幕补强灌浆试验，取得了良好的灌浆效果，1990年10月通过部级科技鉴定，以后又在福建古田溪三级电站大坝、安徽梅山水库大坝的防修补强灌浆，1996年长江三峡基岩灌浆试验等工程上应用，以及2001年在湖南江垭水电站大坝7#、8#坝段基岩层间溶蚀带补强灌浆中结合化学灌浆使用，灌浆效果均较好，达到了预期目的，但使用量均较小。河北省大黑汀水库坝基除险加固工程采用改性磨细水泥对存在微细裂隙的47个坝段基岩进行灌浆，是国内首次较大规模的应用。 （一）磨细水泥浆性能应用实例 1．1990年在新安江大坝二、三坝段帷幕补强灌浆灌浆试验所用的改性磨细水泥是用冀东525#早强普通硅酸盐水泥，内掺膨胀剂、促凝剂，助磨剂等在工地磨细而成，当时减水剂是在水泥浆搅拌时加入的。冀东水泥性能见表3.4-1。 磨细后水泥性能： (1) 密度和细度 密度3.07g/cm3，最大粒径24μm，颗粒组成情况见表3.4-2。 表3.4-1冀东水泥细变、矿物组成和化学成分 细 度 矿 物 组 成 (%) 4900孔/cm2 筛余量(%) 比表面积g/cm2 C3S C2S C3A C4AF 其他 2.6 3567 48.82 27.42 8.65 10.58 4.53 化 学 成 份 (%) CaO SiO２ Al２O3 Fe2O3 MgO 游离CaO 其他 65.13 22.38 5.49 3.48 1.12 0.86 1.54 表3.4-2水泥颗粒组成 粒径(μm) 1 2 4 6 16 24 32 累积含量(%) 14.6 25.8 36.9 52.7 76.1 100 100 （2）凝结时间 磨细水泥颗粒细，且加有促凝剂，在水灰比相同的情况下，凝结时间较短，当水灰比为0.4时，冀东水泥浆初凝时间约为4h40min，终凝时间约7h10min，而磨细后相应为2h50min和4h。 （3）析水率 水泥经磨细后析水率较低，水灰比为2.0、1.5、1.0和0.7时，其析水率分别为37%、19%、4%和基本不析水。 （4）流变参数 浆液的流变性随水泥磨细程度的增加而有改变，因此需要加入高效减水剂以提高浆液的流动性。 当水灰比为0.7时，磨细水泥抗剪强度为15Pa，塑性粘度η为6.5 cP。掺入高效减水剂0.8%，抗剪强度降低约42%，塑性粘度降低21%。 2．1996年长江三峡工程主体建筑物基岩灌浆试验所用改性磨细水泥是用江山水泥厂的525#Ｒ普通硅酸盐水泥加入特制的灌浆剂（含高效减水剂）共同细磨制成。 江山525#Ｒ水泥细度为80μm方孔筛筛余量4.9%。凝结时间初凝2h27min，终凝3h28min。 磨细后改性水泥和水泥浆的主要性能如下： （１）细度水泥的最大粒径Dmax为13.8μm，平均粒径Ｄ50为3.7μm，接近超细水泥的标准。 （２）凝结时间初凝1h38min，终凝3h9min。 （３）析水率当水灰比为2.0、1.5、1.0和0.7时，其析水率分别为：14.1%、5.8%、1.2%和0。 （４）流动性采用标准漏斗测试，当水灰比为2.0、1.5、1.0和0.7时，其流动性分别为16s、18 s、 20s和大于45s。 （５）流变参数用旋转粘度计测试，当水灰比为2.0、1.5、1.0和0.7时浆体的流变曲线，见图3.4-1。从曲线看，浆体为宾汉体。其抗剪强度和塑性粘度见表3.4-3。 图3.4-1不同W/C时浆体的流变参数 表3.4-3不同W/C时浆体的流变参数 流变参数 W/C 0.7 1.0 1.5 2.0 抗剪强度τ0(Pa) 16.0 2.4 1.3 0.7 塑性粘度η(cp) 17.8 8.2 4.8 4.5 （二）磨细水泥的应用① 河北省大黑汀水库是开发滦河和引滦入津的大型骨干工程。大坝为砼宽缝重力坝，坝高 52.8m。坝基主要为角闪斜长片麻岩和花岗片麻岩，节理裂隙极为发育，微细裂隙多。 大坝于1973年动工共建，1986年竣工投入运行。1989年，主廊道排水孔和缝隙内出现析出物，1994年析出物显著增多，并有逐年增大的趋势，进一步发展可能危及大坝安全，经研究确定对坝基的防渗进行补强灌浆，Ｆ1～33#坝段共计47个坝段，采用改性磨细水泥施灌，其它部位采用强度52.5级普通硅酸盐水泥灌注。 改性磨细水泥灌浆地段，全长770m，设计工作量为：砼钻孔进尺515m，基岩钻孔进尺9387m，孔深一般入岩25m，防渗标准为1Ｌu。1999年8月开始施工，先进行灌浆试验，而后为生产性试验灌浆和正式灌浆施工，于2001年竣工。 1.改性磨细水泥性能见表3.4-4。 2．改性水泥检测成果 在工地对水泥品质每30t进行一次抽检，检测成果见3.4-5。 表3.4-4改性水泥技术性能 项 目 技术性能 密 度 3.07t/m3 细 度 小于6μm颗粒≥40%；小于30μm颗粒≥95% 凝结时间 初凝不早于45min；终凝不迟于270min 强 度 抗压强度：3天 31.0MPa；28天 62.5MPa 抗折强度：3天 5.5MPa； 28天 8.0MPa。 膨 胀 率 3天≥0.05%；28天≤0.6% 浆体析水率 W/C=1.0时，自由沉降析水率≤5% 浆体流动性 W/C=1.0时，流时≤20s(马什漏斗) 表3.4-5改性水泥检测成果表 检测项目 检 测 指 标 最 大 值 最 小 值 平 均 值 备 注 细 度 D95＜30μm 28.61 22.8 26.73 取样17组，两个试样初凝时间小于45min，3个试样3天膨胀率小于0.05%，其他均满足要求。 D40＜6μm 5.96 4.6 5.49 凝结时间 初凝 不早于45min 145 32 66 终凝 不迟于270min 205 94 127 强 度 抗压强度 3天 31 68.5 51.5 57.9 28天 62.5 90.0 67.8 78.2 抗折强度 3天 5.5 9.8 7.5 8.5 28天 8 11.4 9.6 10.4 膨 胀 率 3天 ≥0.05% 0.07 0.03 0.05 28天 ≤0.60% 0.13 0.05 0.08 浆体析水率 W/C=1.0 自由沉降率≤5% 4.8 3.6 4.4 浆体流动性 W/C=1.0 流时≤20秒 19.6 18.2 18.9 3．灌浆 施工工艺 钢筋砼化粪池施工工艺铝模施工工艺免费下载干挂石材施工工艺图解装饰工程施工工艺标准钢结构施工工艺流程 灌浆采用孔口封闭灌浆法，分为三序施工，最大灌浆压力3MPa。灌浆浆液采用ZJ-400L高速搅拌机制浆，搅拌时间45～60s，SNS100/10灌浆泵灌注。浆液配比一般为2：1、1：1、0.6：1三级。灌浆全过程采用自动记录仪对灌浆压力、注入量实行监控和记录。水泥注入总量195t占耗用量466t的41.8%，水泥损耗率高，故应结合地质条件，工地布置等情况进一步研究经济合理的灌浆工艺，采取各项有利措施，降低成本，提高效益。 4.灌浆资料成果分析见表3.4-6和表3.4-7。 ５．结论 大黑汀水库坝基帷幕补强灌浆，在Ｆ1～33#坝段部位采用高压灌浆工艺和改性磨细水泥对微细裂隙进行灌注和处理断层十分有效，提高了灌浆帷幕的防渗能力。降低了坝基物压力减少了排水孔排水量和坝基析出物，提高了大坝坝基安全度。设计和施工都是成功的。 帷幕灌浆工程年需用改性磨细水泥量若大于400t时，采用新型高细磨现场生产较为经济。生产简单，质量控制稳定，运输和储存方便。 表3.4-6 改性水泥灌浆各次序孔透水率区间段数和频率 部位 次序 平均透水率 (Lu) 压水总段数 透水率(Lu)区间分布［段数/频率%］ ＜0.5 0.5～1.0 1.0～2.0 2.0～10.0 ＞10.0 F1～33坝段 Ⅰ 0.57 652 358/54.9 195/29.9 85/13.0 11/1.7 1/0.1 Ⅱ 0.51 662 403/60.9 180/27.2 65/9.8 11/1.7 0/0.0 Ⅲ 0.47 1306 810/62.0 355/27.2 117/9.0 21/1.6 0/0.0 合计 2620 检查孔 0.26 234 232/99.1 2/0.9 0 0 0 表3.4-7 改性水泥灌浆单位注入量段数和频率 部 位 次序 孔数 平均单位注入量(kg/m) 单位注灰量(kg/m)区间分布［段数/频率%］ ＜5 5～15 15～50 50～100 ≥100 F1～33坝 段 Ⅰ 93 31.31 88/13.5 242/37.1 233/35.7 46/7.1 43/6.6 Ⅱ 94 20.30 119/18.0 294/44.4 210/31.7 19/2.9 20/3.0 Ⅲ 187 16.09 299/22.9 606/46.4 346/26.5 32/2.5 23/1.8 合计 374 20.93 506/19.3 1142/43.6 789/30.1 97/3.7 86/3.3 检查孔 40 0.74 100/100 二、 超细水泥浆 超细水泥是将颗粒磨得极细的水泥，其粒径较磨细水泥还小，一般讲其最大颗粒Dmax在12μm以下，平均粒径D50为3～6μm。日本比较早地进行研制超细水泥及其灌浆技术，其所生产的超细水泥Dmax为10μm，D50为4μm，比表面积为8000cm2/g，能渗入到渗透系数为10-3～10-4cm/s的细砂层中。1982年美国纽奥尔良土工灌浆合成上首次发表了日本研制和应用超细水泥的资料。我国在水利水电工程中，中国水利水电科学研究院在四川省二滩水电站弱风化岩体基岩加固灌浆试验中首先采用了超细水泥。 中国水利水电科学研究院生产的超细水泥性能见表3.4-8。 表3.4-8超细水泥成分及基本性能 矿 物 组 成 (%) ＜5μm 5～10μm ＞10μm C３S C2S C３A C３AF 其他 3.1 60.88 36.41 2.71 8000～8500 52.08 22.70 9.17 11.30 4.75 化 学 成 份 (%) CaO SiO２ Al2O３ Fe2O3 MgO Na２O K2O SO3 TiO2 其他(含烧失量) 61.21 20.51 5.50 3.51 1.79 1.20 0.99 1.67 无 3.62 在灌浆试验中采用了以渡口水泥厂生产的625号硅酸盐水泥为主，超细水泥为辅的原则进行灌注。由于浆液灌入能力往往取决于浆液中的较大颗粒，因此超细水泥浆液不宜同普通水泥浆液在同一灌浆段中掺混在一起使用，在试验施工中需研究和探讨两种浆液在先后次序和不同段位上如何采用的问题。 该灌浆试验原则上规定，使用超细水泥可按岩体单位吸水率和灌浆孔序控制。Ⅰ、Ⅱ序孔中ω小于0.03L/min.m.m的孔段和Ⅲ序孔各孔段中采用，或仅在Ⅲ序孔中ω值较小的孔段中使用。超细水泥灌浆采用1：1和0.6：1两个比级。浆液中加入高效减水剂并通过胶体磨快速搅拌、分散。灌浆试验取得了良好效果，达到了预期目的。 宏观看，超细水泥在析水率、流动性和凝结时间等方面有着与磨细水泥类似的规律。 1990年以后由于改性磨细水泥研制成功，并取得了较好的灌浆效果，对于岩体中微细裂隙或基岩中存在的断层、层间溶蚀带等不良地质条件部位，一般多采用高压改性磨细水泥或高压改性磨细水泥和化学材料复合灌浆方法处理，超细水泥的应用就不很普遍了。 三、 湿磨细水泥浆 湿磨细水泥浆是将普通水泥浆通过湿磨机研磨改性后，制成粒径更细的水泥浆液，供为灌注基岩微细裂隙之用。 （一）湿磨机的类型 经常使用的有下列两种型式： 一种型式类似胶体磨，由料斗、磨头、粒度调节盘、高速电动机、排浆口及循环系统构成。磨头 内有齿式定盘和转盘，电动机直接驱动转盘，使其与定盘作相对高速转动。将已拌制好的水泥浆由料斗内输入，通过定盘和转盘间的间隙，经受很大的剪切力、摩擦力、离心力的作用，同时还受到转盘转动过程中产生的高频振动作用，从而使水泥颗粒高效地被粉碎、分散和搅拌，达到颗粒进一步细化的目的。细化粒度可用粒度调节盘调整。 长江委科学院于1990年研制GSM型湿磨机，见图3.4-2。整机尺寸Φ400mm×1200mm，重量125kg，制浆能力40～45L/min以上，动力动率5.5kW。通过湿磨机，水泥粒径Dmax＜40μm，D50约为8～10μm比表面积大于5000cm2/g。湿磨时间以2～3min为宜。适用于水灰比为2.1、0.6的水泥浆。 湿磨水泥制浆及灌浆工艺流程见图3.4-3。 图3.4-2 GSM型高效水泥湿磨机 图3.4-3湿磨水泥制浆工艺流程图 另一种型式为筒型湿磨机，磨机主要由机身、磨筒、轴承座、传动系统、冷却系统、送料系统、电器系统和研磨介质以及电动机等组成。由电动机通过皮带传动，带动磨筒内的圆盘高速转动、强烈搅拌筒内的研磨介质和水泥浆，使得筒内的水泥浆受到剪切、冲击、分散和研磨等作用，从而达到将水泥颗粒粉碎的目的。 中国水利水电基础工程局研制的SM型湿磨机见图3.4-4。整板尺寸1200mm×880mm×1350mm,重量1000kg，制浆能力40Lmin以上，动力动率15kW,转速1055r/min,介质为粒径2～3mm瓷珠。水泥浆水灰比1：1时，湿磨时间5min为宜。比表面积可达7800cm2/g，见表3.4-9。研磨10min， Dmax为30μm，D50约为6μm。研磨时间愈长，颗粒愈细。测试成果见图3.4-5。施工实践认为研磨时间以2min左右为宜。 表3.4-9湿磨细水泥浆比表面积测试成果 湿磨时间 （min） 水灰比 0.5∶1 1∶1 2∶1 3∶1 比表面积(cm２/g) 5 7900 7800 6640 6440 10 8490 8420 8100 7960 15 9570 9400 9270 8580 图3.4-4 SM型筒式湿磨机 图3.4-5湿式磨细水泥粒径分布曲线 (1)—日本湿法超细水泥； (2)—W/C=1∶1，湿磨时间15min； (3)—W/C=1∶1湿磨时间10min； (4)—W/C=2∶1湿磨时间10min。 （二）湿磨水泥浆性能 湿磨水泥浆的性能依所使用水泥的品种、湿磨机的类型、高效减水剂的掺入以及湿磨时间等的不同而异，这里仅介绍其大致的情况，列举一些试验资料供读者了解、研究和应用。 1．细度，增加湿磨时间，水泥比表面积增大，颗粒总体细度提高，对降低Dmax、D50尺寸显著。使用SM型湿磨机试验成果见表3.4-10。 表3.4-10GSM型湿磨机试验成果(W/C=1∶1) 湿磨时间(min) 比表面积S(cm２/g) Dmax(μm) D50(μm) 0 3246 ＞0.080 0.023 1 4620 ＜0.040 0.010 2 — ＜0.040 0.009 4 6750 ＜0.040 0.008 湿磨水泥浆常常采用激光衍射法或沉降法测定其细度，前者自动化程度高，测试精度高、速度快，但设备较为复杂精密，价格昂贵。后者价格较便宜，适合在工地使用。 光透射粒度测定仪是利用颗粒在液体中沉降过程符合stokes定律，采用光透过量来测定水泥粒径的。在给定沉降高度情况下，测量不同大小颗粒的不同沉降时间与光透过量的关系，即通过光透过量和液体浓度的关系来测定颗粒粒径。表3.4-11为使用该仪器对几种水泥品的测试成果。 stokes定律 式中：Vs—颗粒沉降速度； ρf—浆液密度； x—粒子直径； g—重力加速度； ρs—粒子密度； μ—液体粘度。 表3.4-11 光秀射粒度测定仪对水泥样品测试成果(累积筛余%) 粒径(μm) 水泥品种 2 5 10 20 30 40 50 80 峨嵋普硅水泥 0.26 2.65 24.04 58.51 77.66 85.04 91. 87 100 细 水 泥 1.45 14 46.45 91.14 99.33 100 1 1 超 细 水 泥 2.28 25.28 63.6 96.99 99.96 100 1 1 湿 磨 水 泥(2min) 1.26 12.5 39.66 79.16 96.15 99.58 100 1 湿 磨 水 泥(5min) 1.57 21.75 54.11 93.27 99.48 100 1 1 湿 磨 水 泥(10min) 3.69 51.17 94.37 100 1 1 1 1 2．析水率，析水率随湿磨时间增加 减小，见表3.4-12。 3．流动性，流动性随湿磨时间增加，流出时间增大流动性减小，见表3.4-12(采用马什漏斗)。 4．凝结时间，湿磨水泥比普通水泥凝结时间有所延长。 5．流变参数，湿磨水泥的抗剪强度和塑性粘度比普通水泥大的较多，而且随湿磨时间的延长而增大。 见表3.4-12。 表3.4-12湿磨水泥浆液性能试验 研磨 时间(min) 水灰比 UNF-5 （%） 相对 密度 漏斗 粘度（s） 泌水率 （%） 流动度 （cm） 流变参数 凝结时间（min） τ0 （Pa） η (mP.s) 初凝 终凝 2 1 0.4 1.45 29.0 38 40.5 3.02 6.2. 9:58 16:20 5 1 0.4 1.49 30.0 12 34.5 6.42 7.20 10:28 16:45 10 1 0.4 1.48 滴流 3.0 17.5 34.18 46.00 11:18 17:26 6． 抗压强度、弹性模量和渗透系数，当水灰比一定时，浆液结石的抗压强度Ｒ、弹性模量Ｅ和渗透系数的Ｋ随研磨时间延长而降低。见表3.4-13。 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 上述情况，湿磨机研磨时间一般以不超过2min为宜。 表3.4-13湿磨水泥浆液结石性能试验 研磨时间 （min） 水灰比 抗压强度（MPa） 弹性模量 （MPa） 渗透系数 （cm/s） 3d 7d 28d 2 1 7.93 13.33 24.13 2000 8.97×10-10 5 1 3.71 6.83 8.72 2006 2.36×10-9 10 1 4.70 5.36 6.92 1850 7.86×10-9 （三）湿磨水泥浆的应用 GSM型湿磨机不仅能将水泥浆中的水泥颗粒研磨的更细，还可起到快速搅拌和分散作用，对改进浆 液性能有利。GSM型湿磨机应用比较普遍，因其工艺简单，灌注效果也较好，很多工程均在使用。例如湖南省有五强溪水电站，大坝为砼重力坝，基岩为前震旦系板溪群石英岩、石英砂岩、砂质板岩、千枚状板岩，岩体中软弱夹层和微细裂隙十分发育。左岸18#～25#坝段，右岸13#～15#坝段经采用525#普通硅酸盐水泥，帷幕防渗标准达不到透水率q＜1lu的要求，经研究确定在该部位帷幕中间增加一排湿磨水泥灌浆孔，灌浆进尺约1000m。经灌注后效果显著。18～23坝段，经湿磨水泥灌浆后q≤1Lu所占百分率由灌前72.5%上升到97.6%；24#～25#坝段由51.3%上升到100%，达到了设计要求。院基寺水库使用湿磨细水泥处理F4新层破碎带达到了预期效果。类似这样实例较多。我国著名的三峡大坝，由于基岩岩体中微细裂隙发育在基岩固结和帷幕灌浆中较为普遍地使用了湿磨细水泥浆。 另外，湖北省隔河岩大坝在坝体接缝灌浆施工中对于张开度小于0.5mm的接缝，也采用湿磨水泥浆灌注，取得良好灌浆效果。 应提醒注意的是对GSM型湿磨机应做好保养和维护，在每一次灌浆后均需加以很好地冲洗。将机体内水泥浆洗净，防止其在机体胶结，影响湿磨机的正常运行。 第五节 稳定浆液 广义讲，稳定浆液系指2小时内析水率小于4%或5%的浆液。达到此指标的浆液类别很多，例如高标号的普通硅酸盐水泥，当水灰比为0.5时，或一般普通硅酸盐水泥，水灰为1、0.8、0.6掺入适量的膨润土时，或改性磨细水泥水灰比为1时，以及流动性较小的水泥粘土浆等在2小时内析水率均小于5%。 采用稳定浆液进行灌注的主要优点是：（1）稳定浆液析水少，不会因灌浆后由于浆液中多余水分的析出逸走而留下来较多的末能填满的空隙，有利于将受灌岩体中的空隙充满填实；（2）稳定浆液结石的结构密实，力学强度高，抗溶蚀能力强，与缝隙两壁的粘附力也较高；（3）相对来说，使用稳定浆液灌浆，可减小表面抬动，也可避免不必要的大量的吸浆，节约浆材；（4）灌注时间相对较短。 我国水利水电工程较早地使用稳定浆液进行灌浆的是在1990年新疆自治区克孜尔水率右坝肩倾倒体的固结灌浆。当时对灌浆浆液的提出要求为：（1）析水率小于5％；（2）28天龄期抗压强度大于10MPa；（3）标准漏斗测试流动性控制在25～30s。 1、 1989年室内实验情况 使用的原材料： 1.水泥，拜城水泥厂生产的425#普通硅酸盐水泥，其细度为通过4900孔/c