咸水環(huán)境下防滲墻成槽泥漿配合比研究

張山，閆飛，于濤

（南水北調(diào)東線山東干線有限責任公司，山東　濟南　250013）

咸水環(huán)境下防滲墻成槽泥漿配合比研究

張山，閆飛，于濤

（南水北調(diào)東線山東干線有限責任公司，山東濟南250013）

以山東省南水北調(diào)雙王城水庫防滲墻施工過程中利用咸水制備泥漿為例，分析了制漿材料膨潤土和添加劑CMC、NaOH對咸水泥漿性能的影響，確定了防滲墻咸水護壁泥漿的各組分最佳配比。

防滲墻；地下咸水；泥漿制備；混凝土配合比

雙王城水庫圍壩全長9 636 m，壩基防滲采用塑性混凝土防滲墻方案，墻厚30 cm，平均深度為28 m，墻頂高程3.5 m。庫區(qū)地下水類型以氯化鈉水為主，礦化度范圍值3.00～87.72 g/L，pH值7.39～8.35，全硬度457.2～17 119.8 mg/L，屬極硬咸水～咸水。最大氯離子含量為42 923.2 mg/L，最大硫酸根離子含量為4 832.3 mg/L。除個別地表淡水水體附近為氯化重碳酸型水，對混凝土無腐蝕性外，其它絕大多數(shù)為氯化鈉型水，對普通混凝土具結(jié)晶類硫酸鹽型強腐蝕，局部兼有分解結(jié)晶復合類硫酸鎂型弱～強腐蝕；對抗硫酸鹽水泥具結(jié)晶類硫酸鹽型弱～中等腐蝕。

1　泥漿配合比設計

以往泥漿的制備均采用淡水，雙王城水庫受水質(zhì)條件的制約，深井淡水資源有限，擬通過試驗取得咸水制備泥漿的優(yōu)化配合比。

首先采取加火堿（NaOH）的方式，增加咸水情況下的泥漿穩(wěn)定性和黏度。

為了選出滿足泥漿性能指標要求的泥漿配合比，并考慮制備泥漿的經(jīng)濟性，必須從眾多的方案中選出最優(yōu)的配合比，為此最初采用了2因素（膨潤土摻量、NaOH摻量）和3種NaOH變量進行泥漿配合比設計實驗。

2　試驗過程

試驗分四組進行，制備泥漿用水量每組均取1 000 ml咸水，第一組摻和膨潤土100 g，第二組摻和膨潤土125 g，第三組摻和膨潤土150 g，第四組摻和膨潤土175 g，每組分4份，每份分別摻入10 g、15 g、20 g、25 g的火堿，共16份實驗泥漿，配置完成后，別攪拌5 min，待膨潤土膨化二十四小時后用肉眼觀察看所配泥漿是否離析，并測試其泥漿相關(guān)指標性能。

3　試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表1所示，試驗泥漿經(jīng)過24 h膨化后粘度較小、低于施工規(guī)范要求，且肉眼觀察離析現(xiàn)象嚴重，從而證明在該地下咸水條件下依靠摻入膨潤土和火堿兩種材料容易離析，護壁效果較差，造成前期實驗槽段塌孔嚴重，難以達到施工所要求的泥漿護壁效果。為取得更好的泥漿優(yōu)化配合比，增加泥漿黏度，減少失水量，使泥皮韌性、泥漿靜切力提高，穩(wěn)定性增強，防止沉淀，又嘗試在上述兩種材料的基礎上在泥漿制備中添加一定比例的CMC（羧甲基纖維素鈉）做相關(guān)實驗，探討制備泥漿有效配合比問題。

CMC是常用的膠體和黏結(jié)劑，在泥漿中起到增黏度、乳化、保水、懸浮、增加泥漿穩(wěn)定性，為此又通過不同類別的CMC作為摻和材料進行泥漿實驗。

具體實驗方案如下：CMC分兩大類進行，一類采用絮狀CMC，一類采用粉狀CMC（價格較絮狀便宜）。每類按NaOH摻量分三大組，第一組采用15 g，第二組采用20 g，第三組采用25 g，水源統(tǒng)一采用1 000 ml咸水，膨潤土（3級）固定摻量150 g，CMC摻量從2 g依次遞增。

表1　咸水制備泥漿試驗結(jié)果

拌制泥漿配置完成后分別攪拌5 min，待膨潤土膨化24 h后用肉眼觀察看所配泥漿是否離析，并測試其泥漿相關(guān)指標性能。經(jīng)觀察，摻入CMC后的咸水泥漿離析現(xiàn)象消失，泥漿比重、黏度、pH值等指標顯著改善。泥漿性能指標測試結(jié)果詳見表2、表3。

表2　絮狀CMC泥漿配比試驗成果表

通過數(shù)據(jù)分析，泥漿pH對火堿（NaOH）摻量較為敏感，加入過量火堿（NaOH）泥漿pH值將超過規(guī)范要求7～11范圍；雖兩種CMC均能緩解泥漿離析現(xiàn)象，對改善泥漿性能有幫助，但過量加入將會使泥漿黏度大為增加，超過規(guī)范25（s）～45（s）要求。粉狀CMC在火堿摻量較小時難以滿足黏度指標，在火堿摻量較大時又難以滿足pH值要求。

表3　粉狀CMC泥漿配比試驗結(jié)果表

4　結(jié)語

通過上述試驗可以看出在該咸水條件下單純依靠膨潤土加火堿制造泥漿容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，難以滿足施工所要求的泥漿性能，CMC（羧甲基纖維素鈉）對提高泥漿的比重和黏度有顯著的效果，在滿足施工要求的泥漿比重和黏度的條件下CMC用量與火堿用量有著負相關(guān)關(guān)系，在咸水泥漿中適當摻入一定數(shù)量的CMC，可相應減少火堿的應用數(shù)量，對降低漿液的酸堿度效果較為明顯，但過量加入也將導致泥漿黏度過大難以現(xiàn)場應用，較為優(yōu)良的咸水泥漿配置比例為：咸水1 000 ml：膨潤土150 g：火堿15 g：CMC（絮狀）10 g。

（責任編輯遲明春）

TV543

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1009-6159（2016）-06-0031-02

2016-02-23

張山（1964—），男，高級工程師