探究影响浆液稳定的因素

（一）水灰比

水泥浆体中的水有两方面的作用，其一是与水泥颗粒起水化反应，使之凝结硬化；其二是使水泥浆体具有足够的分散性和流动性，这时水对水泥颗粒起着分散和运载作用。水泥浆体中的水要多于水泥的水化水。超过水泥水化水以外的那部分水，在它完成颗粒分散和运载作用之后，即成为“多余水”了。“多余水”容易造成水泥颗粒在浆体中的沉淀分层，影响浆体的稳定性和水泥浆液结石性能，导致充填水泥的连续性中断，形成空囊、水泡及泌水通道。水利部信息研究所郭玉花在20世纪80年代的试验资料说明：只有水灰比小于1.5的情况下，水泥浆液的表观粘度才随着水灰比的增加而显著减小；当水灰比大于1.5时，水泥浆液的表观粘度随着水灰比的增加而下降得很不明显；浆液水灰比大于3.0以后，浆液粘度不随水灰比增加而下降，而浆体结石的强度将随水灰比增加而明显下降。水泥全水化所需水灰比为0.437，如果水灰比值大于该值愈多则结石中形成的毛细孔和毛细水愈多，就会导致结石强度和抗渗性下降。因此，在灌浆过程中应尽可能地减少浆体中的“多余水”。表4-4所示资料系黄委会勘测规划设计研究院1995年的试验结果。从表中可见，当水灰比由0.55逐渐增大到0.85时，浆液的粘度、粘聚力和比重逐渐减小，初凝时间增长，析水率增大。可见减小水灰比使用稠浆能改善浆液的稳定性。但减小水灰比，又可使粘聚力增大，浆液的流动性变差。表列资料说明，要想获得稳定性和流动性均好的水泥浆液，还需要借助其他机械和物理化学作用的手段来实现。

表4-4　水灰比对纯浆性能的影响

（二）搅拌速度

浆体中的颗粒往往是以絮凝体形式悬浮于体系之中的，在浆体浓度较大的情况下，这种群体形式更多。机械分散颗粒群是通过对颗粒团的剪切作用而实现的。制浆时，机械剪切作用愈大，颗粒分散就愈充分。表4-5 所示的是一组搅拌速度对浆液性能影响的试验结果。从表中可见，随着搅拌速度的逐渐增大，浆液的粘度、析水率和粘聚力就逐渐减小。通过高速转子的旋转，使浆液产生具有猛烈剪切作用的旋涡，这种旋涡就像离心分离器一样，使水泥颗粒相互分离，使每个水泥颗粒完全湿化，并提高其化学活性，改善水泥浆液的粘度、粘聚力和析水率。

表4-5　搅拌速度对浆液性能的影响

注　荆门水泥，ZNN 型泥浆粘度计测定粘度。

（三）增粘剂

向普通水泥浆中加入粘性土和某些矿物质，增加浆液粘度，可阻止浆体的沉降分离。在粘性土类中，以膨润土改善浆体稳定性的效果最佳。膨润土改善水泥浆体稳定性的作用机理在于离子交换。膨润土中的蒙脱石有着强烈的同晶置换作用，润胀的膨润土与水泥浆中Ca2+发生交换作用，产生了一种絮凝物质，它可阻止水泥颗粒的沉降，并分散水泥颗粒。膨润土对水泥浆稳定性的改善程度与膨润土的润胀程度有关。预先润胀膨润土的目的在于充分分散膨润土，以加大膨润土遇水泥浆体产生的絮凝物的数量。若将未预先用水润胀的膨润土干粉直接加入水泥浆体中，此时膨润土对水泥浆体稳定性的改善效果甚微，这时膨润土的作用可能仅仅是提供一种附加的细粒而已。根据膨润土成分中所含阳离子不同，可将其分为钠性膨润土和钙性膨润土两种。作为灌浆用膨润土，当以钠性膨润土为好，因为钠性膨润土亲水性较好，遇水时能很快吸收水分子，形成膨胀、分散颗粒。室内试验表明：浆液配比中膨润土掺量对浆液各项性能指标尤其是析水率、粘度和单位面积的粘聚力的影响甚为显著。如表4-6所示，增加膨润土的掺量，浆液的析水率将明显下降。可见膨润土能有效地改善水泥浆液的稳定性，但同时也会提高浆液的粘度和粘聚力。

表4-6　膨润土掺量对浆液性能的影响(www.xing528.com)

注荆门水泥，减水剂为天津产UNF—5，搅拌速度为2800r/min，ZNN型泥浆粘度计测定粘度。

（四）高效减水剂

水泥浆液是一种不均匀的混合体，高效减水剂能吸附在水泥颗粒表面，在一定时间内起着阻碍或破坏水泥颗粒间凝聚作用。加入高效减水剂能改善浆液的流动性能，浆液的流变参数粘度和凝聚力随减水剂掺量的增加而减少，但减少到一定程度后，再增加减水剂的掺量，降粘幅度减缓。可以认为，对某一水泥浆液而言，减水剂对浆液的降粘作用存在着效果最优的掺量范围，未及该范围，减水剂不能充分发挥降粘作用；超出此范围，降粘效果不显著，且带来浆体析水率增大和颗粒容易分层的不利因素。如表4-7所示。

表4-7　减水剂掺量对浆液性能的影响

续表

注　荆门水泥，ZNN 型泥浆粘度计测定粘度。

表4-7中所说的“分层”是指浆液在量筒中沉降后，可分出上下几层界面，最上层析出的液体浑浊而不能保持清澈时的状态。可以认为未掺减水剂的浆液，絮凝体的沉降迫使细小颗粒与大颗粒以一个团体同步沉降，细小颗粒的慢速沉降难以反映出来；而掺入非适量的减水剂后，水泥颗粒分散开来，此时控制浆液的析水沉降主要是水泥颗粒自重，细小颗粒的缓慢沉降则显示出来了，结果使得大颗粒沉淀于底层，细小颗粒悬浮于上层，所以，呈现出“分层”现象。

通过上述对影响浆液稳定的4大因素的研究，我们认为浆液的流动性和稳定性是一对矛盾体，稳定浆液则是两者对立统一的结果。当同时采用高速搅拌、掺加适量膨润土、掺加适量高效减水剂，并尽可能减小水灰比制浆以后，经多次配制试验，是可以获得既具有良好流动性，又能满足稳定性要求的稳定浆液。