稳定浆液运动特性研究

（一）水泥细度对浆液的稳定性和流变性的影响

1.水泥细度对浆液稳定性的影响

不同细度水泥浆体的沉降析水率和析水稳定时间见表4-18。

水泥愈细即比表面积（S 值）愈大，其析水率就愈小，析水稳定时间就愈长，且水灰比（W/C）减小，析水稳定性改善愈显著。但是，水泥细度越细，析水率越小，表明保水性越强，浆液凝结剩余W/C 大。浆液的压力滤水测定结果如表4-19 所示。

表4-18　水泥细度对浆液析水稳定性的影响

表4-19　浆液的压力滤水测定结果

在相同W/C下，细的水泥浆液的失水量明显小于粗的浆液，即使在压力滤水条件下，其剩余W/C 也很大，水灰比大时这一影响更为突出。试验证明，如果剩余W/C大，则水泥结石中孔隙就多，结构不致密，其强度也低。表4-20中的浆液淤积流速vC为0时，表示只要处于流动状态，浆体就能保持稳定，水泥颗粒几乎不发生沉降分离。细度越细，相同水灰比的水泥浆体的vC越小，即稳定性越好，水泥细度越粗，vC增高，其稳定性越差。

表4-20　水泥细度对浆体淤积流速的影响

2.水泥细度对浆液流变性的影响

表4-21为水泥细度对浆液流变性影响的测试结果。

表4-21　细度对水泥浆液流变性的影响(www.xing528.com)

①　τf（10-5N/cm2）；
②　ηP1［cPa（厘帕）］。

从该表中可见，水泥的比表面积增大，浆液的流变参数τf 和ηP1增加，而浆液的流动性降低；水灰比小时，水灰比同细度的变化对浆液流变参数的影响极大，但当水灰比大于2.0时，上述因素的影响变得不很明显。

从上述分析可知，水泥颗粒细度对浆液的稳定性、流变性有着明显的影响。欲提高细裂隙的可灌性，就应提高水泥的比表面积，但水泥太细又势必导致浆液流变性差，收缩量增大，结石强度降低。综合考虑上述因素，合理确定超细水泥的颗粒粒径组成，采用掺和外加剂和高速搅拌制浆技术，是当前提高细裂隙可灌性的重要措施。

（二）稳定浆液的运动特性

水和石油等液体为牛顿体，用一个粘滞度参数就可描述其流变性了。

稳定浆液实际上是不沉淀浆液，它在流动时，属于宾汉流体，其特性要用粘滞度、凝聚力（屈服强度）和密度三参数来描述。

牛顿体与宾汉体最根本差异就在于后者的凝聚力，它无论如何也达不到像水一样等于零的程度。

稳定浆液的粘滞度为流动阻力参数，制约着浆体的流动速度；稳定浆液的凝聚力制约着浆体的扩散半径。

水和稳定浆液在流变学理论中是两个极端情况，都有各自的描述参数。其运动方式是可以计算的或者说是可以预估的。非稳定浆液的普通浆体，既不能用水力学运动理论，也不能用宾汉体理论进行计算。

宾汉流体（或液体）是粘-塑型。牛顿流体是纯粘性。图4-6表示了在圆管内纯粘性流和粘一塑型流的流动速度在剖面上的分布情况，该图的图4-6（a）表示水或石油在圆管内流速剖面分布情况；图4-6（b）表示稳定浆液在圆管内流速剖面分布情况，在圆管的中心部分，分布着等速运动的核心（硬核），它的半径e=2C/γJ，这个等速流核心的半径e 的大小，与凝聚力C 值成正比，与密度γ和压力梯度J 成反比。等速核只分布于运动中的宾汉体内。实验表明，如果圆管内壁非常粗糙，e 值有可能等于管子半径，此时流动立即停止，e 值也立即等于零。图4-6（c）表示管壁非常光滑的情况，浆液运动属于等速挤出运动。压力梯度的大小与凝聚力的大小有关，即C 值愈大，启动流动的压力梯度也愈大。

图4-6　粘性体和粘塑体在圆管内的剖面流速示意图［11］

（a）纯（古典的）粘性流：牛顿体；（b）粘塑流（e 为硬核半径）：宾汉体；（c）挤出运动（光滑壁，硬体移动）
δ—滑动层厚度；r—圆管半径；v0—挤压滑动速度