張山，閆飛，于濤

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東　濟(jì)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(zé)任公司，山東濟(jì)南250013）

以山東省南水北調(diào)雙王城水庫(kù)防滲墻施工過(guò)程中利用咸水制備泥漿為例，分析了制漿材料膨潤(rùn)土和添加劑CMC、NaOH對(duì)咸水泥漿性能的影響，確定了防滲墻咸水護(hù)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(kù)圍壩全長(zhǎng)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(kù)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(gè)別地表淡水水體附近為氯化重碳酸型水，對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性外，其它絕大多數(shù)為氯化鈉型水，對(duì)普通混凝土具結(jié)晶類硫酸鹽型強(qiáng)腐蝕，局部兼有分解結(jié)晶復(fù)合類硫酸鎂型弱～強(qiáng)腐蝕；對(duì)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(shè)計(jì)

以往泥漿的制備均采用淡水，雙王城水庫(kù)受水質(zhì)條件的制約，深井淡水資源有限，擬通過(guò)試驗(yàn)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(biāo)要求的泥漿配合比，并考慮制備泥漿的經(jīng)濟(jì)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(rùn)土摻量、NaOH摻量）和3種NaOH變量進(jìn)行泥漿配合比設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

2　試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)分四組進(jìn)行，制備泥漿用水量每組均取1 000 ml咸水，第一組摻和膨潤(rùn)土100 g，第二組摻和膨潤(rùn)土125 g，第三組摻和膨潤(rùn)土150 g，第四組摻和膨潤(rùn)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(shí)驗(yàn)?zāi)酀{，配置完成后，別攪拌5 min，待膨潤(rùn)土膨化二十四小時(shí)后用肉眼觀察看所配泥漿是否離析，并測(cè)試其泥漿相關(guān)指標(biāo)性能。

3　試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，試驗(yàn)?zāi)酀{經(jīng)過(guò)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(yán)重，從而證明在該地下咸水條件下依靠摻入膨潤(rùn)土和火堿兩種材料容易離析，護(hù)壁效果較差，造成前期實(shí)驗(yàn)槽段塌孔嚴(yán)重，難以達(dá)到施工所要求的泥漿護(hù)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(qiáng)，防止沉淀，又嘗試在上述兩種材料的基礎(chǔ)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(shí)驗(yàn)，探討制備泥漿有效配合比問(wèn)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(guò)不同類別的CMC作為摻和材料進(jìn)行泥漿實(shí)驗(yàn)。

具體實(shí)驗(yàn)方案如下：CMC分兩大類進(jìn)行，一類采用絮狀CMC，一類采用粉狀CMC（價(jià)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(rùn)土（3級(jí)）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(yàn)結(jié)果

拌制泥漿配置完成后分別攪拌5 min，待膨潤(rùn)土膨化24 h后用肉眼觀察看所配泥漿是否離析，并測(cè)試其泥漿相關(guān)指標(biāo)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(biāo)顯著改善。泥漿性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表2、表3。

表2　絮狀CMC泥漿配比試驗(yàn)成果表

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，泥漿pH對(duì)火堿（NaOH）摻量較為敏感，加入過(guò)量火堿（NaOH）泥漿pH值將超過(guò)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(duì)改善泥漿性能有幫助，但過(guò)量加入將會(huì)使泥漿黏度大為增加，超過(guò)規(guī)范25（s）～45（s）要求。粉狀CMC在火堿摻量較小時(shí)難以滿足黏度指標(biāo)，在火堿摻量較大時(shí)又難以滿足pH值要求。

表3　粉狀CMC泥漿配比試驗(yàn)結(jié)果表

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述試驗(yàn)可以看出在該咸水條件下單純依靠膨潤(rùn)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(duì)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(fù)相關(guān)關(guān)系，在咸水泥漿中適當(dāng)摻入一定數(shù)量的CMC，可相應(yīng)減少火堿的應(yīng)用數(shù)量，對(duì)降低漿液的酸堿度效果較為明顯，但過(guò)量加入也將導(dǎo)致泥漿黏度過(guò)大難以現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，較為優(yōu)良的咸水泥漿配置比例為：咸水1 000 ml：膨潤(rùn)土150 g：火堿15 g：CMC（絮狀）10 g。

（責(zé)任編輯遲明春）

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2016-02-23

張山（1964—），男，高級(jí)工程師