浆液的粘度及其影响-坝基防渗与灌浆技术（第2版）

浆液的粘度是浆液的一个重要参数，它决定着浆液在地层孔隙中的流动速度和渗透距离。研究证明，浆液在砂层中的流动速度和渗入距离很明显地反比于浆液的平均粘度。

粘度是表示浆液在流动时由于相邻层之间流动速度的不同，而发生的内摩擦力的一种指标。如图9-1所示，在外力作用下浆液在管中流动时，各部分的流动速度是不相同的；与管壁接触的一层因受管壁的牵制流速为零；中心部位流速最大。

以dx表示相邻层中点间的距离，dv表示其流速的增量，则称为流速梯度，或称剪切速率。如流速的单位取cm/s，距离取cm，则流速梯度的单位即为s-1。由于各层浆液的流速不同，各层间就要产生摩擦阻力，以阻止相对高流速层的运动，从而表现出浆液具有粘滞性。对于一定的浆液，在一定的温度条件下，液流层间的摩擦阻力F与层间接触面积S、流速梯度成正比，即

图9-1　浆液在水平管道中流动时的流速分布

则

式中　τ——单位面积上的内摩擦力（或称剪切力），单位为dyn/cm2，即0.1Pa；

　　　η——比例常数，称作液体的粘滞系数（或内摩擦系数），简称粘度，单位为泊（P），一般取其千分之一称为厘泊（cP），1cP=10-3Pa·s。

通常所说的浆液粘度，是指浆液刚制成后的粘度。随着时间的延长，大多数浆液的粘度迅速增大。水的粘度为10-3Pa·s。除个别化学浆液（如甲凝）的初始粘度接近10-3Pa·s之外，大多都是从几10-3Pa·s到上千10-3Pa·s不等。表9-2为几种常用浆液的粘度值。

测定浆液粘度有许多种方法。常用的有斯托默（Stormer）旋转式粘度计，用它可以测定剪切速率与剪切应力之间的关系，并绘出粘度曲线。然而，在工程现场最常使用的还是锥形漏斗，用它来量测一定浆量从漏斗流出的时间长短，以表示浆液粘度的大小。图9-2表示在欧洲经常使用的三种漏斗的尺寸。由于各种漏斗的浆液量、斗壁的粗糙程度都不是标准化的，所以用不同漏斗测定的粘度成果难以进行比较。表9-3示出用平滑与粗糙壁面马什漏斗所做的一些试验成果。一般认为，用上述器具测定的粘度，对宾汉体浆液来说是包括粘聚力在内的表观粘度，而不是单纯表示摩擦力大小的真粘度。

表9-2　几种常用浆液的粘度

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图9-2　锥形漏斗类型

（a）马什（Marsh）漏斗；（b）梅开索（Mecasol）漏斗；（c）普里帕克（PrePakt）漏斗（长度单位：mm）

表9-3　水泥浆液马什漏斗流出粘度试验结果

注　引自G·隆巴迪。

水泥浆粘度取决于水灰比（W/C）、温度、水泥的品种、细度、颗粒形状以及水化进行的程度（凝聚结构形成的程度）等多种因素。水灰比愈大（即浆液愈稀），粘度愈小。

试验资料表明，水泥的细度越高，所成浆液的粘度就越大。表9-4所示为长江水利委员会水利水电科学研究院所做的试验成果。对此可作如下解释：水泥的颗粒愈小（比表面愈大），其水化的速度就愈快，在相同时间内其水化与絮凝程度就愈高，从而引起浆液变稠，粘度增加。

在水泥灌浆施工中经常遇到这样的现象：水泥浆在经过连续搅拌和在孔管中长时间地循环流动以后，出现了“回浓”，粘度也大大增加了。有人做过试验：把水灰比1∶1的水泥浆连续搅拌和循环24h以上，成了像“豆腐脑”一样的粘稠物，静置后立即成了“海绵体”，测其比重并无明显增加。

表9-4　水泥细度与浆液粘度的关系

图9-3表示的是几种典型浆液粘度随时间增长的过程。其中唯独丙烯酰胺浆例外，虽然其聚合反应早已开始，但粘度在较长时间里一直保持不变，直到突然变成凝胶体为止。