【水利工程施工技术】护壁泥浆【水电工程施工技术】.docx

《【水利工程施工技术】护壁泥浆【水电工程施工技术】.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【水利工程施工技术】护壁泥浆【水电工程施工技术】.docx（34页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第四节 护壁泥浆1 概述1.1 泥浆的定义及组成泥浆是粘土颗粒分散在水中的悬浮液。用于稳定孔壁或槽壁的泥浆叫做护壁泥浆，它是混凝土防渗墙施工不行缺少的介质材料。护壁泥浆一般由水、粘土及化学处理剂组成。泥浆用水有淡水和矿化水，不同的水配 成的泥浆具有不同的性能。粘土是泥浆中的主要固相成分，其颗粒粒径大多数小于0.005mm，它具有带电、吸附离子、水化膨胀以及分散或絮凝等性能。常用的膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物成分的特别粘土，它的制浆性能优于其它粘土。参加化学处理剂的目 的，是为了改善泥浆的性能，以满足不同工艺的要求。有时为了提高泥浆的比重或防漏失 力量，在泥浆中参加重晶石粉、石灰石粉、方铅矿粉

2、、纤维等惰性材料。根底工程用泥浆源于地质钻探和石油钻井用泥浆，故广义的泥浆也称冲洗液，它包括聚合物泥浆、乳化泥浆、植物胶泥浆等特别泥浆。防渗墙施工用泥浆与地质钻探和石油钻井用泥浆在作用、性能要求及使用条件等方面均不完全一样，故特别泥浆较少使用。1.2 泥浆的功用泥浆的正确使用和泥浆性能的掌握是泥浆护壁挖槽法成败的关键。泥浆的功能主要表达在以下几方面：（1） 防止槽壁坍塌。泥浆的浆柱压力可抵抗槽壁上的土压力和水压力，并防止地下水渗入槽内；同时，泥浆渗透到地层中的肯定范围，粘结该范围内的地层颗粒，并在槽壁表 面形成泥皮。这种双重作用削减了槽壁坍塌的可能性。（2） 防止渗漏。防渗墙在施工的过程中，孔

3、内泥浆在浆柱压力的作用下注入地层，堵塞渗漏通道，防止泥浆的大量漏失，使施工能顺当进展。静止状态的泥浆在受压脱水后， 具有较高的抗渗性能；防渗墙与两侧的泥皮和泥浆渗入带共同起防渗作用，提高了恼的整 体防渗效果。（3） 悬浮和携带钻碴，清洗孔底，提高钻进工效，使造孔挖槽施工有效地进展。对于用抽砂筒出碴的冲击钻进，泥浆有悬浮钻碴的作用；对于循环出碴的各种钻进方式，泥浆 有携带钻碴和清洗孔底的作用。（4） 冷却钻具，防止钻头过早磨损。1.3 泥浆的类型我国混凝土防渗墙施工用护壁泥浆有一般当地粘土泥浆简称“粘土泥浆”、膨润土泥浆及混合泥浆三种类型。一般粘土泥浆与膨润土泥浆的特性比较见表7-4-1。当所承

4、受的粘土质量不能完全满足要求时，或为了兼顾两者的特性时，可使用掺加局部膨润土的 混合泥浆，其特性介于两者之间。44表 7-4-1一般粘土泥浆与膨润土泥浆特性比较表工程/类型单 位一般粘土泥浆膨润土泥浆备 注密度比重浓度 含砂量g/cm3%1.151.25, 较大3245，较大5，较大1.031.10，较小412，较小1，较小漏斗粘度s30603060造浆率m3/t2.63.5，较小725，较大失水量ml/30min2030，较大1020，较小泥皮厚悬浮钻碴力量mm24，较厚较大0.52，较薄较小100ml 水中含土量g946/1500ml 漏斗混凝土转换效果外观性状制浆使用与治理价格较差较好自

5、然产状，有结块，含水 经过加工的商品，袋装粉量较大末，含水量较低用低速 叶片 式搅 拌机搅 用高速搅拌机搅拌，搅拌时拌，搅 拌时 间长 30 间短37min 45min不便循环使用，耗量大， 便于循环使用，耗量小，设设备修理及治理工作量大 备修理及治理工作量小元/m31030，较低3060，较高膨润土泥浆的密度较小，浇筑混凝土时的置换效果较好，有利于成墙质量，同时也便于泥浆循环使用；故在承受循环出碴方式造孔或用抓斗成槽时，宜优先选用膨润土泥浆。随着施工技术的进步，膨润土泥浆的应用越来越普遍。鉴于水利水电工程常常遇到含有大颗粒漂卵石和严峻渗漏地层的状况，以及各施工单位的现有装备水平，粘土泥浆仍旧

6、具有肯定的有用价值，不会被完全淘汰。粘土泥浆的密度较大，悬浮钻碴和堵漏防塌的力量较强；且料源广，本钱低廉。使用常规冲击钻机抽砂筒出碴在含有漂卵石的地层中造孔时，宜选用一般粘土泥浆或混合泥浆。为避开密度和粘度过大对混凝土浇筑质量的不利影响，在浇筑前清孔时可换入密度和粘度较小的泥浆。按泥浆中粘土颗粒含量的多少，护壁泥浆还可分为高固相、低固相和无固相三类泥浆。低固相泥浆是指粘土颗粒含量小于 10%的泥浆，膨润土泥浆一般在此范围内。无固相的聚合物泥浆在水利水电工程混凝土防渗墙施工中较少使用。1.4 护壁泥浆的必要性质用于混凝土防渗墙施工的护壁泥浆应具备以下根本性质。（1） 良好的物理稳定性。泥浆在静置

7、一段时间后，其中的粘土颗粒不会在重力的作用下析水、沉淀的性质，是对护壁泥浆最根本的要求。泥浆外表的析水量越少，其稳定性越 好。析水量大的泥浆是没有护壁作用的。（2） 良好的化学稳定性。泥浆在使用的过程中，环境中的阳离子等会使泥浆的性质逐渐发生变化，即从悬浮分散状态向凝集状态转化。这种影响进展到肯定的程度，泥浆就会脱水絮凝，失去护壁作用。泥浆抵抗化学侵蚀的力量越强，重复使用的时间越长，则其化学稳定性越好。（3） 适当的密度比重。泥浆的密度大有利于孔壁稳定和悬浮钻碴；但不利于混凝土浇筑质量，并要求有较大的泵送力量，动力和材料消耗较多。泥浆的密度应依据地质条件、施工阶段和施工阅历确定，不宜过大或过小

8、。松散易塌地层和造孔阶段宜使用密度较大的泥浆；密实稳定地层和清孔时宜使用密度较小的泥浆。（4） 适当的粘度。粘度是流体内部阻碍其相对流淌的一种特性。粘度的作用和影响与 密度类似，两者亲热相关，同类泥浆一般粘度随密度的加大而加大。粘度大则护壁、防渗、堵漏以及悬浮、携带的力量强；过大则输送和混凝土置换困难。（5） 良好的触变性。触变性是指泥浆、水泥浆等塑性流体搅拌后变稀静切力降低，静置后变稠静切力上升的特性。触变性好的泥浆，在静止时有较强的护壁力量，在流 动时泵送阻力较小，有利于孔壁稳定和提高施工效率。（6） 较好的滤失性。孔内泥浆在向四周地层渗透的过程中，一样体积的泥浆在一样的压力差作用下，经过

9、一样的时间，失水量较小且形成的泥皮薄而致密，则其滤失性较好。 膨润土泥浆的滤失性一般要优于一般粘土泥浆。（7） 较小的含砂量。砂是泥浆中的惰性有害物质。含砂量高会给泥浆性能和成墙质量带来多种不利影响；故必需将泥浆的含砂量掌握在肯定的范围内。1.5 泥浆的使用方法混凝土防渗墙在造孔挖槽和清孔换浆时，必需依靠泥浆将钻碴带出孔外。依据成槽和清孔的不同方法，泥浆的使用方法大致可分为静止和循环两种方式。循环方式按孔内泥浆流淌的方向又可分为正循环和反循环；其中，按抽吸孔底泥浆的设备和原理不同，又可分为泵吸反循环、气举反循环和射流反循环三种工作方式。1.5.1 静止方式静止方式是指在出碴过程中泥浆本身并不流

10、淌，孔底含碴泥浆被造孔挖槽工具一起提出孔外，随着孔深的增加和泥浆的消耗不断向孔内补充颖泥浆的工作方式。排出的泥浆一般不作净化处理和重复使用。抓斗挖槽和冲击钻机造孔、抽砂筒出碴均属于泥浆静止工作方式；不同的是抽砂筒出碴的泥浆耗量较大，而抓斗挖槽的泥浆耗量较小。1.5.2 循环方式循环方式是指在造孔挖槽过程中，依靠不断循环流淌的泥浆将孔底钻碴携出孔外，并随着孔深的增加不断向孔内补充颖泥浆的工作方式。返回的含碴泥浆一般经过净化处理后重复使用。通过钻杆或适浆管把泥浆压送到孔底，含碴泥浆在管外上升，把钻碴携出地面的工作方式称正循环。泥浆从排碴管外流入槽内，孔底含碴泥浆通过排碴管被抽吸到地面上来的工作方式

11、称反循环。泥浆的携碴力量和排碴效率除与泥浆本身的性质有关外，还与泥浆的流速有关；流速越大，携带碴土的粒径越大。由于反循环是通过排碴管排碴，其过流面积远小于管外的单孔或槽孔，故其排碴流速和排碴力量比正循环要大得多。混凝土防渗墙施工除在细颗粒地层中建筑薄型防渗墙外，一般不承受正循环工作方式。泵吸反循环在孔深较小时效率较高，适用深度一般在 50m 以内。气举反循环在孔深较大时效率较高，适用深度一般在 30m 以上。射流反循环的效率较低，很少承受。2 泥浆的性能与测试方法2.1 泥浆的性能指标2.1.1 泥浆性能指标的种类泥浆的性能指标可分成以下几类：（1） 流淌特性指标。属于这方面的指标有：漏斗粘度

12、F.V；表观粘度A.V；塑性粘度P.V；静切力凝胶强度G.S；动切力屈服值Y.V。（2） 稳定性指标。属于这方面的指标有：胶体率泌水性；稳定性上下比重差；化学稳定性。（3） 失水和造壁性指标。属于这方面的指标有：失水量F.L；渗失量K；泥皮饼厚度F.C。（4） 其他性能指标：密度比重；含砂量；pH 值。2.1.2 泥浆性能指标的定义（1） 相对密度。泥浆的相对密度是指泥浆的重量与 4时同体积淡水重量之比，常用符号“”表示，无量纲没有单位。实际工作中，相对密度简称“密度”或俗称“比重”。泥浆的密度随着配制浓度的增加而加大。泥浆浓度是指每 100ml 水中所含粘土颗粒的质量g。（2） 粘度。粘度表

13、示泥浆流淌时内部各流层之间摩擦阻力的大小。通常所说的“粘度 ”是指用漏斗粘度计测定的粘度值，常用符号“”表示，单位为“秒”s。同一泥浆使用的测量仪器、方法不同，粘度的测值也不一样。（3） 含砂量。含砂量是指泥浆中大于 74m 的非粘性砂粒所占泥浆体积的百分比。实际测值中包括未搅拌开的粘土粗颗粒。（4） 胶体率。胶体率是指泥浆静置24h 后，外表析水量所占泥浆体积的百分比。胶体率可粗略地表示泥浆中粘土颗粒的分散和水化程度。（5） 稳定性。稳定性是指同一容器中的泥浆静置24h 后，上半局部泥浆与下半局部泥浆的密度比重差。稳定性测值是泥浆沉降稳定性和絮凝稳定性的综合表达。沉降稳定 性是指泥浆中的粘土

14、颗粒在重力的作用下是否简洁沉淀的性质。絮凝稳定性是指泥浆中的 粘土颗粒受阳离子侵蚀后是否简洁降低分散性、相互粘结变大的性质。（6） 失水量、泥皮饼厚。在泥浆的过滤试验中，肯定体积的泥浆在肯定的压力作用下，通过肯定面积的过滤材料，在30min 时间内滤失的水量称为失水量，以ml 为单位。在同一试验中，附着在过滤材料上的失水粘土颗粒聚拢层的厚度称为泥皮饼厚，以mm 为单位。失水量是表达孔内泥浆在压力差的作用下向四周地层渗透的过程中，其中的自由 水滤失量大小的性能指标。泥皮饼厚是衡量泥浆造壁性能的指标。（7） pH 值。pH 值是衡量泥浆酸碱度的指标。pH 值共分为 14 级，16 级为酸性，7 级

15、为中性，814 级为碱性。当pH 值为 1 时，酸性最强；当pH 值为 14 时，碱性最强。酸碱度pH 值是泥浆性质的综合指标，一般应呈碱性，至少是中性。2.1.3 泥浆的流变特性流变性是与液体流淌和变形有关的特性。泥浆的流变特性对混凝土防渗墙施工的造孔效率、孔壁稳定和成墙质量有直接的影响。液体在肯定的外力和边界的作用下，其内部各点会发生相对位移，从而引起液体的流 动或变形。按流变特性的不同，大致可以分为牛顿流体和塑性流体两类流体。牛顿流体是 指其变形或流淌与作用力的大小成正比，且相关直线通过坐标原点的流体，如水、甘油等。塑性流体是指作用力较小时不会流淌，作用力超过肯定数值后才开头流淌，其流速

16、梯度随 剪应力的增加而增加，即 du/dy 关系曲线不通过坐标原点的流体。抱负的塑性流体是完全直线型的，也称宾汉流体。泥浆、水泥浆等具有塑性流体的流淌特性。两类流体的流淌 特性如图 7-4-1 所示。宾汉流体 力应剪塑性流体牛顿流体ACY 力应 剪 BO流速梯度 du/dy图 7-4-1 流体的流变特性O流速梯度 du/dy图 7-4-2 塑性流体的流变特性下面用图 7-4-2 说明泥浆四项流变特性指标的含义。（1） 塑性粘度P.V在图 7-4-2 中，剪应力与流速梯度关系曲线的直线段CA 的斜率称为塑性粘度。塑性粘度表示泥浆、水泥浆等具有构造的塑性流体的实际粘度，它是打算于流体本身性质的某一

17、 定值，与流淌状态无关。塑性粘度的大小取决于流体中固体颗粒之间的磨擦、固体颗粒与 液相之间的摩擦、液体本身对流淌的阻抗等因素。假设泥浆中的固体成分增多，摩擦力就 增大，塑性粘度也随之提高。塑性粘度的单位为厘泊cP，量纲为 mPas。（2） 表观粘度A.V在图 7-4-2 中，原点 O 与实线BA 上的任意一点连接起来的直线OC 的斜率称为表观粘度。表观粘度又称有效粘度或视在粘度，是泥浆外观上的粘度，其数值等于塑性粘度与动 切力的和。它不仅取决于泥浆本身的性质，还随着流淌状态的变化而变化，并与测量仪器 和测量方法有关。表观粘度在开头流淌时较大，随着流速的加快而减小，并接近于某一个 数值。为了便于

18、测量，根底工程施工用泥浆主要使用表观粘度作为推断标准。当用旋转粘 度计测量时，其单位为厘泊cP；当用漏斗粘度计测量时，单位为秒s。 漏斗粘度F.V的测量方法较简洁，适合于现场测定；但在粘度较高的状况下，其测值不准确。（3） 静切力凝胶强度G.S在图 7-4-2 中， du/dy 关系曲线起点B 点的值表示破坏泥浆中单位面积上的网状构造，使泥浆开头流淌所需要的最低切应力；此极限切力简称静切力，用 表示，单位为 PaN/m2。泥浆触变性的大小，过去是以静置 1min初切和 10min终切的静切力来表示；现在依据国际上通用的标准，是以静置10s 和 10min 的静切力来表示。（4） 动切力屈服值Y

19、 .V动切力是泥浆在流淌状态下，为保持流淌所需要的最小切应力。在数值上它等于图 7-4-2 中流变曲线 du/dy直线段CA 的反向延长线与 轴交点Y 点数值的3/4，单位为Pa。切力低于此数值泥浆不能保持流淌状态。综上所述，泥浆启动的阻力是静切力；泥浆流淌时的阻力由动切力和塑性粘度两局部 组成，其基底局部是动切力。由此可见，在施工中应将泥浆的动、静切力掌握在适当范围。切力过大，则起动泵压高，流淌阻力大，消耗动力多，砂子不易沉淀，泥浆净化困难；切 力过小，则泥浆固壁和携带钻碴的效果不好。漏斗粘度是表达泥浆流淌特性的综合指标， 所以它是施工各阶段和日常质控的必测工程。2.1.4 泥浆性能指标确实

20、定泥浆的性能指标应依据地质条件确定；不同施工阶段对泥浆性能的要求不尽一样，测 定的工程也有所不同。泥浆性能指标的测定工程和掌握范围参见表 7-4-2、表 7-4-3 和表7-4-4。表 7-4-2各施工阶段泥浆性能的测定工程泥浆种类阶 段鉴定土料造浆性能粘 土 泥 浆膨 润 土 泥 浆确定、校验泥浆协作比密度、漏斗粘度、含砂量、胶体率、稳定 密度、漏斗粘度、稳定性、失水量、性静切力、塑性粘度密度、漏斗粘度、含砂量、胶体率、稳定 密度、漏斗粘度、稳定性、失水量、性、失水量、泥饼厚度、静切力、pH 值泥饼厚度、静切力、pH 值施工中日常质控密度、漏斗粘度、含砂量密度、漏斗粘度、含砂量表 7-4-3

21、粘土泥浆性能指标项目单 位制泥浆造孔时清孔用浆砼浇筑前备 注一般地层松散地层孔内泥浆孔底泥浆相对密度比重1.151.201.201.251.301.201.31002 型比重称漏斗粘度s18282545204518231830500/700ml 漏斗含砂量%558510胶体率%96969596稳定性0.030.030.040.03上、下比重差失水量ml/30min303050301009 型失水仪泥饼厚mm44641009 型失水仪10min 静切力Pa2.05.04.010.02.512.01.54.0旋转粘度计pH 值71081079811表 7-4-4膨润土泥浆性能指标项目单 位制泥浆重

22、复使用清孔用浆砼浇筑前备 注一般地层松散地层孔底泥浆相对密度比重1.031.071.061.101.201.051.151002 型比重称漏斗粘度s3250456032603238946/1500ml漏3245斗含砂量%11514胶体率%98989598稳定性0.010.010.020.01上、下比重差失水量ml/30min30305030ZNS 型失水仪泥饼厚mm3353ZNS 型失水仪塑性粘度cPmPas820163040820旋转粘度计10min 静切力PaN/m21.04.03.08.01.510.01.03.0旋转粘度计pH 值7.5118117.5117.511一个工程的地基往往是

23、由多种不同性质的地层组成，泥浆性能指标的选择应以主要地层为准。对于次要地层或特别地层，一般在钻进过程中实行其它措施调整。2.2 泥浆性能的测定方法2.2.1 密度测定泥浆的密度一般用专用的泥浆密度计比重称测定；也可在测定体积和质量后计算 其密度。图 7-4-3 是 1002 型泥浆密度计，它由支座、泥浆杯、称杆、游码平衡容器等部件组成；其测量范围为 0.95 g/cm32.00g/cm3，秤杆上的刻度每小格表示 0.01g/cm3。图 7-4-31002 型泥浆密度计1-泥浆杯；2-泥浆杯盖；3-游码；4-标尺；5-平衡容器；6-刀口；7-刀架；8-底座；9-水平泡测量泥浆密度时，首先要用清水

24、对仪器进展验证，马上泥浆杯内注满清水，游码左侧 对准 1.0 刻度线，秤杆水平气泡应保持居中。否则，应通过增减调平容器里的金属粒校准。然后将待测泥浆注满泥浆杯，盖上杯盖使多余的泥浆从杯盖中心孔溢出，擦干外表，将秤 秆刀口对准刀架放好，移动游码，使水平泡居中，读出游码左侧的刻度，即为泥浆的密度 值，单位为g/cm3。2.2.2 漏斗粘度测定测量漏斗粘度FV的仪器有两种图 7-4-4，一种是我国目前岩芯钻探和混凝土防渗墙施工中广泛使用的 1006 型漏斗粘度计苏式漏斗粘度计；另一种是美国石油协会API规定的马氏Mach漏斗粘度计。两种漏斗的容积不同，测得的数据不同。本节中所指粘度凡未注明者，均系

25、1006 型漏斗粘度。使用 1006 型漏斗测量时，用量杯往漏斗中注入700ml 泥浆，用秒表测量从漏斗下口中流出 500ml 泥浆的时间，单位为s，即为泥浆的漏斗粘度。仪器使用前用清水校正，清水的漏斗粘度为 15s，如有误差，按下式修正，误差过大的仪器不能使用。图 7-4-41006 型漏斗粘度计左和马氏漏斗粘度计(右)(单位：mm) 1-漏斗；2-管子；3-量杯；4-筛网用马氏漏斗测量时，往漏斗中注入 1500mL 泥浆，经漏斗下口流出 946mL 的时间即为泥浆的马氏漏斗粘度。清水流出的时间应为26s0.5s。我国混凝土防渗墙施工过去多使用粘土泥浆，用 500/700mL 漏斗测量泥浆的

26、粘度。为了利用以往积存的阅历，现行的混凝土防渗墙施工标准中仍旧承受 500/700mL 漏斗粘度作为粘土泥浆的掌握指标；对于应用渐渐增多的膨润土泥浆，则承受国际上通用的马氏漏斗 粘度作为掌握指标。500/700mL 漏斗粘度与 946/1500mL 漏斗粘度之间没有肯定的比照关系， 表 7-4-5 列出了各种密度的粘土浆和膨润土浆的 1006 型漏斗粘度和相对应的马式漏斗粘度的参照值。表 7-4-5粘土1006 型漏斗粘度与马氏漏斗粘度的比照关系参考值泥浆膨润土泥浆密度(g/m3)1006 漏斗粘度(s)马氏漏斗粘度(s)密度(g/m3)1006 漏斗粘度(s)马氏漏斗粘度(s)1.22395

27、21.1162771.2027401.1037511.1822381.0928411.1620371.0823361.1419331.0721321.1217291.0619301.1016271.0518282.2.3含砂量测定测定含砂量的方法有筛析法和沉淀法两种方法。用筛析法测量含砂量Cs的仪器，见图7-4-5。仪器的过滤筒中装有200 目/in80 孔/cm的滤网；玻璃量筒用来计量泥浆体积和砂粒体积，直径约45mm, 最大容积 200mL 底部瘦长，容积为 5mL，最大分值为 0.2mL。测定方法是：将 20mL40mL 泥浆装入量筒中，用 160mL 清水稀释后再转移到过滤筒内用水冲洗

28、，直至水清为止，并用毛刷将小泥团弄碎；再把漏斗套在过滤筒上，渐渐翻转 过来插入玻璃量筒，用清水将筛网上的砂粒全部冲到玻璃量筒内；待砂粒全部沉淀后，读 出其体积，按下式计算含砂量。砂子体积(mL)含砂量Cs 所取泥浆体积(mL)100%7-4-2用沉淀法测量含砂量的仪器如图 7-4-6 所示。测试时取 50mL 泥浆和 450mL 清水注入含砂量测定杯内，充分摇摆混合均匀，静置1min 后，从仪器下端刻度线上读出砂子的体积数，试验读数乘以2 即为所测泥浆的含砂量，以%表示。使用这种仪器时，往往有很多未分散的泥团与沙子一起沉淀，影响了测量的准确性。图 7-4-5ZNH 型泥浆含砂量测定仪1-过滤筒

29、；2-滤网；3-漏斗；4-玻璃量筒2.2.4 胶体率测定图 7-4-6含砂量测定杯(单位：mm)胶体率的测量方法为：将 100mL 搅拌均匀的泥浆倒入 100mL 之玻璃量筒中，盖上玻璃板，静置 24h 后，读出量筒上部泥浆析出的清水量，按下式计算胶体率，以%表示。胶体率%=100清水量mL(7-4-3)假设量筒上部无清水，则该泥浆的胶体率为100% 。2.2.5 稳定性测定泥浆的稳定性可用专用稳定仪测定，也可一般的1000mL 玻璃量筒测定。稳定仪是一个在中部和下部装有出水口和阀门的特制量筒。将搅拌均匀的泥浆置于其 中，静置 24h 后，将稳定仪中部阀门翻开，放出上半部的泥浆，测出其密度。再

30、从下阀门放出下部的泥浆，测出其密度。下部与上部泥浆的相对密度差即为泥浆的稳定性测值，以 无量纲数值表示。用 1000mL 量筒测定时，稳定性测值为上、下部各 500mL 泥浆的相对密度差。重复试验一次，两次试验的误差应不超过0.03，否则进展第三次测定。2.2.6 失水量和泥皮厚度测定泥浆的失水量和泥皮厚度的测定在同一测试仪器中同时进展。以往大多使用 1009 型重锤式泥浆失水量测定仪测定；现在膨润土泥浆一般是承受符合API 标准的ZNS 型气压式泥浆失水量仪测定。两种试验方法所用的仪器和压力均不一样，试验结果也不会一样浓度6%9%、加碱率为4.5%3.5%的湖南澧县膨润土泥浆30min 失水

31、量气压法的实测值为1312mL,油压法的实测值为 10.59.0mL,相差 2.53.0mL；因此，不同的试验方法应承受不同的检测标准。对于粘土泥浆，在制定标准之前，宜连续沿用 1009 型泥浆失水量测定仪。1009 型泥浆失水量测定仪的构造如图7-4-7 所示。加压重锤质量为 2kg，柱塞截面积为 2cm2，工作压力为 0.1MPa，柱塞行程全长 100mm，滤板直径 53mm。试验时将两张7cm中速滤纸润湿后贴在滤板上，装好泥浆罐，向泥浆罐中注入约120mL 泥浆，将机油注入柱塞筒内，使油面距套筒的顶端约 1cm。将加压重锤套在柱塞上，调整放油螺丝使重锤上的刻度标尺对齐“0”位；然后松开仪

32、器底部的顶杆，使放水阀门翻开，并同时启动计时器， 计时至 30min 时，刻度标尺上的读数即为失水量的测定值mL。假设测试前刻度零线低于指示线，且在 10cm3 以内，则仍可连续试验，但测定结果应减去指示线与刻度零线之间相差的数值。图 7-4-71009 型泥浆失水量测定仪1-加压重锤；2-柱塞套筒；3-放油螺丝；4-泥浆罐；5-滤板；6-胶垫板；7-下壳；8-顶杆；9-支架；10-机油；11-泥浆；12-泥皮t1t2307.5当不要求试验结果格外准确时，为了缩短时间，一般可只测定7.5min 时间的失水量， 然后乘以 2 就是 30min 的失水量，由于失水量与时间的平方根接近成正比。即：Q

33、 1 =Q2= 2(7-4-4)式中：Q1标准测定时间的失水量，mL； Q2实际测定时间的失水量，mL； t1标准测定时间，min； t2实际测定时间，min。假设所测泥浆的失水量超过了仪器的测量范围，也可承受此方法用较短时间的失水量测值按 7-4-4 式求出 30min 的失水量值。失水量试验完毕后，从滤板上将滤纸和泥饼一起揭起，用水轻轻冲洗泥饼上的浮泥，再用游标卡尺量出泥饼的厚度，准确到 0.1mm。假设测定的时间是 7.5min，则泥饼的厚度应乘以 2。使用“硬的”、“软的”、“韧性的”、“致密的”、“疏松的”“薄膜状的”等文字对泥饼质量作说明。ZNS 型气压式泥浆失水量测定仪的构造如图

34、7-4-8 所示，主要包括一个内径为 76.2mm， 高度至少为 64.0mm 的筒形泥浆盒，其顶部能很便利地使用压缩气体进展加压和卸压。压力盒底部的支撑板上放置直径 90mm 的滤纸，过滤面积为 4530mm2，支撑板下有滴水管可将滤液排入量筒中。气源可用打气筒、气瓶、气泵、气弹等，工作压力为0.7MPa。图 7-4-8ZNS 型气压失水仪120mL 量筒；2泥浆杯；3放空阀；4输气部件；5、9 气压表；6减压阀；7进气胶管；8打气筒；10储气缸试验方法与步骤如下：将泥浆样品注入泥浆杯中，浆液面至顶部距离小于 13mm； 放好 O 型密封圈和一张滤纸，旋紧杯盖后装在放气阀上，在滴水管下方放置

35、20mL 量筒接收滤液；关闭放气阀和减压阀，连接气源并向高压室充气，当压力表显示压力为 0.73MPa 时停顿充气；顺时针方向旋转调压手柄开启减压阀，使高压室气体进入低压室，将压力 调整到 0.7MPa；从第一滴水流出时开头计时，30min 后关闭减压阀，翻开放气阀，记录量筒中的滤出水量准确到 0.1mL。这种方法也可用 7.5min 的测试结果换算成 30min 的失水量；但当 7.5min 的失水量小于8mL 时，应连续测量 30min 的失水量。2.2.7 流变性测定（1） 用旋转粘度计测定泥浆的表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力等流变性指标可用 ZNN-D6 型旋转粘度计测量。其他型号

36、的同类仪器有 ZNN-D1 型、ZNN-D2 型等。ZNN-D6 型旋转粘度计的构造如图 7-4-9 所示，其测量范围为：塑性粘度P.V： P = 600 300mPas7-4-5表观粘度视粘度A.V：= 1 600mPas7-4-6动切力屈服值Y.V： d =0.511( 300 P) Pa7-4-7静切力凝胶强度G.S：=0.511 3Pa 7-4-81=0.511 3Pa7-4-910式中：初切力10s 或 1min 的静切力1终切力10minr 静切力10 600、 300、 3分别为 600、300、3 r/min 时仪器刻度盘的读数。过去一般承受泥浆静止1min 和 10min 后

37、测定的静切力分别作为初切力和终切力的标准，现在按 API 标准，普遍承受泥浆静止 10s 和 10min 后测定的静切力分别作为初切力和终切力的标准；式7-4-8中的适用于这两种状况。1操作要点及留意事项：粘度：牛顿流体 0300mPas ;非牛顿流体 0150 mPas剪应力：0153.3Pa旋转粘度计的工作原理是：电动机带动外筒以肯定速度旋转，扭矩通过流体的内摩擦 力传到静止的内悬柱上，使内悬柱旋转肯定角度，同时通过扭力弹簧与内悬柱相连的读数 盘指示出扭转角。它反映了液体在某一剪切速率下承受的剪切应力的大小。见图 7-4-10图 7-4-9电动六速旋转粘度计图 7-4-10旋转粘度计工作原

38、理图1-底座；2-开关；3-电机；4-支架；5-1-外转筒；2-内悬柱；3-流体；4-泥浆杯变速手柄；6-测量局部；7-读数窗；8外筒； 9-泥浆杯；10-托盘；11-指示灯旋转粘度计的转速有 3、6、100、200、300、600r/min 等六个档次，分别测定内悬柱在各种转速下的扭转角，然后依据测定结果用以下各式计算流变性指标的数值。A2试验前检查刻度盘上的指针是否对准“0”，如未对准应进展调整。泥浆杯内的泥浆应加至刻度线处约350mL；调整托盘高度，使泥浆面与外筒上的刻度线对齐。假设使用其他样品杯，杯底与外筒之间的距离不得小于1.3cm。即时变换转速，快速由高速至低速进展测试，分别记录各

39、转速下的读数，转速为600r/min 和 300r/min 时应取最小读数。测定泥浆静切力的方法。先用 600r/min 的转速搅拌泥浆 1min，静置 10s或 1min 后以 3r/min 的转速测试其初切力，再静置 10min 后同样以 3r/min 的转速测试其终切力，每次均读取最大读数。（2） 用 1007 型泥浆静切力计测定图 7-4-11 1007 型泥浆静切力计1-悬柱体；2-钢丝；3-布芯；4-支柱；5-泥浆筒6-转盘；7-轴承；8-电动机；9-弹簧圈；10-底盘；11-刻度盘；12-标线架；13-量勺泥浆的静切力还可用 1007 型泥浆静切力计测定，该仪器的构造见图7-4-

40、10，测量范围见表 7-4-6。1007 型泥浆静切力计的工作原理是：电动机带动泥浆筒旋转，在泥浆切力的作用下内悬柱和连接在内悬柱上部的刻度盘也随之转动；同时，一端与内悬柱相连另一端固定在支架顶部的钢丝受扭；当钢丝的扭矩与泥浆的切力平衡时，内悬柱的转角到达最大值。依据的钢丝单位转角力矩即可计算出泥浆的切力。表 7-4-61007 型泥浆静切力计的测量范围钢丝编号钢丝直径mm钢丝系数 CPa/1测量范围Pa1、20.30.029430.0392403.9243、40.40.107910.1177209.815、60.50.284490.2943019.62用 1007 型静切力测定仪测定泥浆静切

41、力按下述方法操作：选择好钢丝先选取粗的后选细的，其一端固定在悬柱体裁上。将悬柱体挂在支架上，钢丝的另一端与支架固定，调好中心，使之与外转筒同心， 指针对正刻度盘零位。将要测试的泥浆搅拌均匀后，取 120mL 倒进泥浆筒里，泥浆面应与内悬柱顶面齐平。把悬柱体扭转 6070，利用钢丝的扭力再把泥浆搅动 10s，停顿后，开动秒表记录时间，并同时登记刻度盘上的起始度数 0。在泥浆恰好静置 1min或 10s时，开动电动机带动泥浆筒转动，读出悬柱体随着转动时刻度盘所示的最大转角值 1。在泥浆静置 10min 时，再起动电动机，读出刻度盘上的最大转角，10按下式计算泥浆的静切力：= C 110= C101

42、00(7-4-10)(7-4-11)式中：泥浆静止 1min或 10s时的静切力初切力Pa；1泥浆静止 10min 时的静切力终切力Pa；10C钢丝的刚性系数(9.8110-2Pa/1)；转动角度的起始读数；0泥浆静止 1min或 10s后再启动时刻度盘转动的最大角度。1泥浆静止 10min 后再启动时刻度盘的最大转角。10由泥浆的 1min 和 10min 的静切力可以得到泥浆的触变性Sn，即nS = -(7-4-12)101式中：Sn泥浆的触变性Pa；、意义同前。110用旋转粘度计测得泥浆的表观粘度和用漏斗粘度计测得的漏斗粘度之间没有的固定的比例关系。表 7-4-7 是煤矿行业依据一些实例

43、整理得出的近似关系。可供参考。漏斗粘度(s)表观粘度(mPas)1719202223252628293132343537384041434446475023467910121314151617181920212223242527表 7-4-7漏斗与旋转粘度计测值的近似关系2.2.8 泥浆的pH 值测定测试泥浆的pH 值常用试纸比较法。取一条 pH 试纸浸入失水仪滤过的水或泥浆的液面， 半分钟后取出与标准色比较，同色的标准pH 值即为泥浆的pH 值。假设试纸的颜色在两种标准颜色中间，则取其中间值。3 制浆材料3.1 制浆粘土泥浆是粘土颗粒小于2 m分散在水中所形成的溶胶悬浮体系。粘土的性质对泥浆的性能及化学处理效果均有直接的影响。这里所说的粘土是广义的粘土，包括一般粘 土和膨润土。3.1.1 粘土的成分和粘土矿物（1） 粘土的成分粘土的主要成分是粘土矿物含水的铝硅酸盐；此外，还有不定量的