張貴金，劉 杰，胡大可，王江營(yíng)

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 水利工程學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410114； 2.中國(guó)電建集團(tuán) 中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 長(zhǎng)沙 410014)

黏土水泥膏漿流變性能及其對(duì)灌漿的影響

張貴金1，劉 杰1，胡大可2，王江營(yíng)1

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 水利工程學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410114； 2.中國(guó)電建集團(tuán) 中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 長(zhǎng)沙 410014)

黏土水泥膏漿性能優(yōu)越，可廣泛用于土木、水利等工程的防滲堵漏和基礎(chǔ)加固，其流變性能對(duì)灌漿工程施工及灌漿效果有重要影響。利用Brookfield+R/S流變儀對(duì)其流變參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，研究固化劑摻量、溫度及時(shí)間等因素對(duì)流變性能的影響。結(jié)果表明：膏漿的黏度及屈服應(yīng)力均隨時(shí)間增大；固化劑摻量為水泥質(zhì)量的1.0%左右時(shí)的膏漿為Herschel-Bulkey流體，并且具有觸變性，防滲堵漏效果最佳；溫度在5～40 ℃之間，溫度影響膏漿的黏度及屈服應(yīng)力，但不影響膏漿的流型，溫度越高，黏度越大，28 ℃下的屈服應(yīng)力最大。室內(nèi)灌漿模擬試驗(yàn)及抗沖試驗(yàn)，證明其擴(kuò)散距離可控，抗水沖釋性能強(qiáng)，與純水泥膏漿相比，初始屈服應(yīng)力及黏度更大，觸變性可控，漿體的穩(wěn)定性更好。黏土水泥膏漿是含水及大孔隙地層、松軟地層等復(fù)雜地層灌漿防滲堵漏的優(yōu)選材料。

黏土水泥膏漿；流變性能；觸變性；灌漿工程；松軟地層

1 研究背景

黏土水泥膏漿是在水泥漿材的基礎(chǔ)上加入一定量的黏土和固化劑改良而成，可廣泛用于土木、水利等工程的防滲堵漏與基礎(chǔ)加固[1-2]。漿材的流變性能對(duì)其流動(dòng)性、可灌性以及灌注效果均有直接影響，而黏土水泥膏漿的流變性與普通漿液存在顯著區(qū)別，故有必要對(duì)其進(jìn)行專門研究。

王小萍等[3]探討了硅酸鈉溶液模數(shù)和濃度、礦渣及緩凝劑摻量對(duì)漿液流變性能的影響；馬昆林等[4]研究了水泥-粉煤灰-石灰石粉復(fù)合漿體的流變性能，分析了不同粉體含量以及石灰石粉顆粒粒徑對(duì)復(fù)合漿體屈服應(yīng)力、塑性黏度以及觸變性的影響；李術(shù)才等[5]研究了速凝漿材的黏度時(shí)變性能，得到了不同水泥漿水灰比和不同漿液混合體積比下的黏度時(shí)變方程；王星華等[6]研究了黏土水泥漿的流變特性及其影響因素，得到了一種雙曲流變模型；閆加旺等[7]研究了粉煤灰和石灰對(duì)加氣混凝土料漿流變性能、發(fā)氣速率和稠化速率的影響；王發(fā)洲等[8]研究了剪切速率對(duì)CA砂漿流變性的影響；何濤等[9]研究了不同外加劑對(duì)水泥基灌漿材料流變性能的影響，結(jié)果表明，不同條件下測(cè)得的流變曲線均符合Herschel-Bulkey(n<1)的流體模型；張景富等[10]探討了溫度、外加劑等對(duì)流變性能的影響規(guī)律及其本質(zhì)；何世明等[11]研究了注漿水泥流變學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮溫度、壓力對(duì)水泥漿流變性的影響，溫度對(duì)流變性的影響要比壓力顯著得多。

上述研究雖然取得了比較豐碩的成果，促進(jìn)了巖土灌漿材料的發(fā)展與推廣應(yīng)用，但在有些方面仍值得進(jìn)一步探討：首先，現(xiàn)有研究主要集中在普通水泥等細(xì)顆粒漿材，鮮有涉及黏土水泥膏漿，二者的流變性能和工程應(yīng)用范圍均存在顯著區(qū)別；其次，目前對(duì)于漿材流變性能的研究多局限于單個(gè)影響因素。張景富等[10]雖然探討了溫度和外加劑的影響，但卻未考慮時(shí)間因素，且研究對(duì)象并非黏土水泥膏漿；再次，已有研究成果多局限于材料本身性能的室內(nèi)試驗(yàn)，未緊密結(jié)合漿材的實(shí)際工程應(yīng)用背景進(jìn)行研究。與傳統(tǒng)水泥漿材相比，黏土水泥膏漿雖然具有凝膠時(shí)間可控、抗水沖釋性強(qiáng)、抗震性能好和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但由于相關(guān)試驗(yàn)研究和機(jī)理分析的不足，致使其工程應(yīng)用仍比較有限。

本文充分考慮實(shí)際灌漿工程環(huán)境和漿材在灌漿過(guò)程中的影響，擬通過(guò)大樣本試驗(yàn)，研究固化劑摻量、溫度、時(shí)間等主要因素對(duì)黏土水泥膏漿流變性能的影響，分析其內(nèi)部機(jī)理，并與傳統(tǒng)純水泥膏漿進(jìn)行對(duì)比，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展室內(nèi)模擬試驗(yàn)，充分探討其流變性能對(duì)實(shí)際灌漿效果的影響，以期為相關(guān)理論研究和工程實(shí)踐提供一定參考和依據(jù)。

2 試驗(yàn)概況

2.1 原材料

試驗(yàn)使用湖南懷化托口水電站料場(chǎng)黏土，黏土總體偏酸性，天然含水率為20%～30%，塑性指數(shù)>14，液性指數(shù)為0.30～0.45，平均相對(duì)密度為2.73，主要成份為埃洛石(Al2[Si2O5](OH)4·2H2O)，次要成份為SiO2[12]。試驗(yàn)所用水泥為湖南碧螺牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥，添加研發(fā)的固化劑。材料配比如表1所示。

表1 漿材配比Table 1 Mix proportions of grouting materials

2.2 試驗(yàn)方案

已有研究表明，固化劑摻量、溫度和時(shí)間是影響巖土灌漿材料流變性能的3個(gè)最主要因素，因此，本文在試驗(yàn)中重點(diǎn)考慮了這3方面的影響。

時(shí)間對(duì)漿材流變性能的影響主要體現(xiàn)在屈服應(yīng)力方面，擬分別在0，10，20，30，60，90 min測(cè)試不同配比或溫度下漿材的屈服應(yīng)力。

固化劑摻量對(duì)漿材流變性能的影響試驗(yàn)中，溫度取28 ℃，固化劑摻量如表2所示。

表2 固化劑摻量試驗(yàn)方案Table 2 Test schemes of mixing amount of curing agent

注：試驗(yàn)采用的黏土原漿相對(duì)密度為1.25；水泥∶黏土的質(zhì)量比為1∶1；固化劑摻量取水泥質(zhì)量的百分比。

《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(1994)規(guī)定漿液溫度應(yīng)保持在5～40 ℃之間，因此，選擇試驗(yàn)溫度為：5，15，24，28，35，40 ℃，固化劑摻量取1.0%，如表3所示。

表3 溫度試驗(yàn)方案Table 3 Test schemes of temperature

2.3 試驗(yàn)儀器

采用美國(guó)Brookfield公司的R/S+plus流變儀，測(cè)試系統(tǒng)采用V60-30-3tol 槳式轉(zhuǎn)子，并用Rheo3000軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2.4 試驗(yàn)方法

(1) 黏度測(cè)試。保持轉(zhuǎn)子剪切速率為30/s不變，測(cè)試2個(gè)點(diǎn)/min的數(shù)據(jù)，連續(xù)測(cè)定90 min 內(nèi)膏漿黏度的變化。

(2) 漿材的流變曲線。使轉(zhuǎn)子剪切速率在0～60/s范圍內(nèi)變化，變化1次/s剪切速率，連續(xù)測(cè)定120 s內(nèi)漿液的剪切應(yīng)力變化。

(3) 觸變性測(cè)試。在120 s內(nèi)使剪切速率從0增加到60/s，然后在相同時(shí)間內(nèi)從60/s降至0，測(cè)試剪切應(yīng)力隨剪切速率的關(guān)系。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 固化劑的影響

3.1.1 流變特性

圖1為黏土水泥膏漿和純水泥膏漿隨固化劑摻量變化的流變曲線。

圖1 不同固化劑摻量下的膏漿流變曲線Fig.1 Rheology curves of plaster slurries with different proportions of curing agent

由圖1可知，固化劑影響膏漿的流型，摻量較低時(shí)，均為賓漢流體，摻量較高時(shí)，均為帶屈服值的偽塑性流體，即Herschel-Bulkey流體；摻量較高時(shí)，剪切應(yīng)力先隨剪切速率增加而減少，最終趨于穩(wěn)定，且穩(wěn)定時(shí)的剪切應(yīng)力值相近；在同一剪切速率下，剪切應(yīng)力先隨固化劑摻量的增加而增大，最終趨于穩(wěn)定。

3.1.2 黏度時(shí)變性

圖2為黏土水泥膏漿和純水泥膏漿黏度時(shí)變曲線?？芍?，黏土水泥膏漿黏度隨時(shí)間呈先增加后保持穩(wěn)定的趨勢(shì)，各組黏度值交替增長(zhǎng)，趨于穩(wěn)定的時(shí)間點(diǎn)隨固化劑摻量的增加而增長(zhǎng)，而各組黏土水泥膏漿黏度值較接近。固化劑摻量對(duì)純水泥膏漿黏度的影響較黏土水泥膏漿大，黏度先隨時(shí)間增長(zhǎng)逐漸增大，最終趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)間約20～30 min，穩(wěn)定后的黏度隨摻量增加而增長(zhǎng)。

圖2 膏漿黏度時(shí)變曲線Fig.2 Time-history curves of viscosity of different plaster slurries

3.1.3 屈服應(yīng)力隨時(shí)間的變化

表4為黏土水泥膏漿，表5為純水泥膏漿隨時(shí)間的屈服應(yīng)力變化值，均隨時(shí)間增大，且增長(zhǎng)速率隨固化劑摻量增加而增大。相同固化劑摻量時(shí)，黏土水泥膏漿的屈服應(yīng)力較純水泥膏漿大，隨時(shí)間增長(zhǎng)速率也較純水泥膏漿大。

表4 黏土水泥膏漿屈服應(yīng)力Table 4 Yield stresses of clay-cement plaster slurries

表5 純水泥膏漿屈服應(yīng)力Table 5 Yield stresses of cement plaster slurries

對(duì)于固化劑摻量為1.0%的黏土水泥膏漿，60 min后屈服應(yīng)力增長(zhǎng)緩慢，膏漿基本穩(wěn)定，因而灌漿施工宜在60 min內(nèi)進(jìn)行。

3.1.4 對(duì)膏漿觸變性和振凝性的影響

由圖3可知，黏土水泥膏漿的觸變性及振凝性比較復(fù)雜。固化劑摻量為1.0%的膏漿表現(xiàn)出振凝性，1.5%的膏漿表現(xiàn)出觸變性，總的來(lái)看，隨固化劑的增加，黏土水泥膏漿表現(xiàn)從振凝性向觸變性轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)；純水泥膏漿則表現(xiàn)為單純振凝性, 即隨時(shí)間越來(lái)越稠，且隨固化劑摻量的增加，振凝性增強(qiáng)。

與純水泥膏漿相比，黏土水泥膏漿穩(wěn)定性更好，觸變性可控。

圖3 膏漿觸變性曲線

3.2 溫度的影響

3.2.1 對(duì)流變特性的影響

圖4為黏土水泥膏漿隨溫度的流變曲線。由圖4可知，溫度影響膏漿的剪切應(yīng)力，但不影響膏漿的流型，固化劑摻量為1.0%時(shí)，黏土水泥膏漿在各溫度下均為Herschel-Bulkey流體。

圖4 黏土水泥膏漿流變曲線

3.2.2 對(duì)黏度的影響

圖5為典型溫度下黏土水泥膏漿的黏度隨時(shí)間變化曲線。對(duì)于所選用的漿材配比，在5～35 ℃之間，溫度越高，黏度越大。

圖5 黏土水泥膏漿黏度時(shí)變曲線

圖6 不同溫度下 屈服應(yīng)力值Fig.6 Yield stresses at different temperatures

3.2.3 對(duì)屈服應(yīng)力的影響

圖6為不同溫度下屈服應(yīng)力值，可知，溫度對(duì)黏土水泥膏漿初始屈服應(yīng)力的影響呈明顯的階段性，當(dāng)溫度低于28 ℃時(shí)，初始屈服應(yīng)力隨溫度升高而增大，當(dāng)高于28 ℃時(shí)，隨溫度升高而降低。即在28 ℃左右黏土水泥膏漿的屈服應(yīng)力可達(dá)到最大值。

4 機(jī)理分析

試驗(yàn)所用黏土化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因而固化劑主要通過(guò)影響水泥的水解進(jìn)而影響膏漿的流變性，主要反應(yīng)如下：

NaAlO2+2H2O→Al(OH)3+NaOH ；

(1)

2NaAlO2+3CaO+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH；

(2)

2NaOH+CaSO4→Na2SO4+Ca(OH)2。

(3)

鋁酸鈉與水作用生成氫氧化鈉，氫氧化鈉與水泥中的石膏反應(yīng)生成過(guò)渡性的產(chǎn)物硫酸鈉，使水泥漿中起緩凝作用的可溶性的濃度明顯降低，同時(shí)水化產(chǎn)物C3AH6可加速漿液的凝結(jié)。表現(xiàn)為隨固化劑摻量的增加剪切應(yīng)力增大，當(dāng)水泥中的石膏充分反應(yīng)后，再增加固化劑，漿液的流變性不再變化。

漿液的剪切應(yīng)力隨膏漿的剪切速率提高而減小，是由于隨著剪切速率的增大，膏漿結(jié)構(gòu)被破壞，結(jié)構(gòu)阻力減小，導(dǎo)致膏漿黏滯阻力降低，當(dāng)膏漿中的結(jié)構(gòu)全部破壞時(shí)，體系剪切應(yīng)力會(huì)保持一穩(wěn)定值，剪切應(yīng)力最終趨于穩(wěn)定。

固化劑摻量對(duì)黏土水泥膏漿觸變性的影響規(guī)律原因包括：固化劑濃度較高時(shí)，其膠結(jié)程度較高，形成一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到外力作用和持續(xù)剪切時(shí)，這種內(nèi)部構(gòu)造被破壞從而導(dǎo)致分子間的各種作用力的減弱或消失，最終宏觀上表現(xiàn)為變形和流動(dòng)；而當(dāng)外力消失時(shí)，分子間又自發(fā)形成新的有序排列，但較剪切前的結(jié)構(gòu)弱，從而表現(xiàn)出觸變性。而低濃度固化劑下的膏漿由于分子的相互作用力較弱，分子的布朗運(yùn)動(dòng)范圍較大，在一個(gè)方向上持續(xù)作用外力，那么分子做有方向性的積聚，最后分子容易接近和相互作用，從而產(chǎn)生某種凝結(jié)，最終宏觀上表現(xiàn)為膏漿屈服應(yīng)力變大，及振凝性。

黏土化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，本身具有較大黏性，且對(duì)漿材的黏度起主要作用，因此黏土水泥膏漿的初始屈服應(yīng)力及黏度較純水泥膏漿大。

溫度對(duì)黏土水泥膏漿黏度的影響規(guī)律的原因：溫度升高，分子間熱運(yùn)動(dòng)加劇，范德華力作用增大，從而使黏度增大。

溫度對(duì)黏土水泥膏漿屈服應(yīng)力的影響規(guī)律原因：28 ℃是固化劑與水泥及水反映的最佳溫度，在此溫度下，其反應(yīng)速率最快，因此，28 ℃時(shí)膏漿屈服應(yīng)力最大。

5 黏土水泥膏漿流變性能對(duì)灌漿工程的影響

當(dāng)作用于膏漿上的剪切力小于屈服強(qiáng)度時(shí)，漿體靜止不動(dòng)，只有當(dāng)剪切力超過(guò)屈服強(qiáng)度之后漿體才開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，因而膏漿的流變性能對(duì)漿液的抗水沖釋性能和擴(kuò)散距離有很大影響。

5.1 抗沖釋性能

用于動(dòng)水堵漏的漿液必須能在一定的動(dòng)水流速下不被水流沖散、沖走, 然后要能夠迅速凝固、膠結(jié),并具備一定的強(qiáng)度, 從而逐步實(shí)現(xiàn)截?cái)嗨? 達(dá)到堵漏的目的。為了檢驗(yàn)摻入外加劑后的黏土水泥膏漿的抗水沖釋性能, 在室內(nèi)進(jìn)行了不同流速下的抗沖模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度控制為28 ℃，采用固化劑摻量為1.0%的黏土水泥膏漿進(jìn)行試驗(yàn)，水流速度分別為0.2，0.5，0.8，1.2 m/s ?？紤]到膏漿的抗水流沖擊能力及擴(kuò)散距離，模型水槽尺寸為4.00 m×0.35 m×1.00 m(長(zhǎng)×寬×高)，如圖7所示，采用給水泵調(diào)節(jié)流速和流量。

圖7 抗沖試驗(yàn)裝置Fig.7 Anti-scouring test device

試驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表6)表明，流速增加到1.2 m/s時(shí)，漿液的沖釋率為34%，表明黏土水泥膏漿具有良好的抗水流沖釋性能，抗水流沖釋性可以提高膏體作為整體抵抗水流的稀釋和沖刷作用，適合動(dòng)水情況下灌漿堵漏。

表6 黏土水泥膏漿抗沖試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Anti-scouring test results of clay-cement plaster slurries

5.2 擴(kuò)散距離

5.2.1 幾類漿液擴(kuò)散現(xiàn)象對(duì)比

試驗(yàn)裝置如圖8所示，采用長(zhǎng)L=1 m，直徑D=0.07 m的玻璃圓管，將粒徑、壓實(shí)度一致的松散土樣填充至圓管0.8 m高處，在28 ℃下，分別向各管中加入500 mL的不同漿液，1 h后觀察漿液自然擴(kuò)散范圍，試驗(yàn)漿材配比及結(jié)果見(jiàn)表7。

圖8 不同漿液在均質(zhì)土中自然下滲擴(kuò)散比較試驗(yàn)Fig.8 Comparative test of natural seepage and diffusion of different slurries in homogeneous soil

編號(hào)名稱水∶土∶灰∶固化劑擴(kuò)散距離/cm1黏土水泥膏漿1∶0.5∶0.5∶0.00522純水泥膏漿1∶0∶1∶0.0123純水泥膏漿1∶0∶1∶0.005564純水泥漿1∶0∶1∶056

由表7知，純水泥漿及固化劑摻量為0.5%的純水泥膏漿的擴(kuò)散距離為56 cm，固化劑摻量為1.0%的黏土水泥膏漿及純水泥膏漿為2 cm，表明固化劑的加入可通過(guò)增大漿液的初始屈服應(yīng)力，從而減少漿液的擴(kuò)散距離，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散距離可控。

5.2.2 室內(nèi)灌漿模擬試驗(yàn)

采用研制的一套松散地層室內(nèi)灌漿模擬試驗(yàn)裝置，由壓力系統(tǒng)、儲(chǔ)漿系統(tǒng)、受灌體容器、圍壓系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等5個(gè)部分組成，如圖9所示。使用脈動(dòng)灌漿[13]的方式灌注黏土水泥膏漿。

圖9 灌漿試驗(yàn)裝置Fig.9 Laboratory device of grouting test

試驗(yàn)溫度控制為28 ℃，采用固化劑摻量為1.0%的黏土水泥膏漿進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 室內(nèi)灌漿模擬試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Results of laboratory grouting test

由表7可知，灌漿壓力從0.2 MPa增大到0.6 MPa，漿脈擴(kuò)散直徑從0.95 m增至1.20 m，漿材的擴(kuò)散半徑可控。

普通水泥漿穩(wěn)定性較差，不具備抗水抗沖性，在松軟地層灌注時(shí)擴(kuò)散半徑不可控，跑漿、失流現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)工期及成本不利；水泥水玻璃漿液早期強(qiáng)度低、耐久性差的缺點(diǎn)致使其難以廣泛應(yīng)用；普通水泥膏漿抗水性較差，制漿工藝復(fù)雜，成本較高[14]。黏土水泥膏漿具有初始黏度大、觸變性可控、穩(wěn)定性良好、抗沖稀釋能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，很好地解決了松軟地層中普遍存在的跑漿、失流等問(wèn)題，同時(shí)，黏土價(jià)格低廉可顯著降低灌漿成本。

試驗(yàn)表明，漿材配制固化劑加量以水泥質(zhì)量的1.0%為宜，施工溫度28 ℃最佳，應(yīng)待制漿充分?jǐn)嚢韬箝_(kāi)始泵送，宜在60 min內(nèi)施工完畢。

6 結(jié) 論

比較研究了黏土水泥膏漿與純水泥膏漿的流變特性影響因素。

(1) 固化劑摻量較少時(shí)，均為賓漢流體，較多時(shí)為帶屈服值的偽塑性流體，即Herschel-Bulkey流體；摻量變化對(duì)黏土水泥膏漿觸變性影響較大，較低時(shí)表現(xiàn)出振凝性，較高時(shí)表現(xiàn)出較強(qiáng)的觸變性；而純水泥膏漿則隨固化劑摻量的增加，振凝性增強(qiáng)。

(2) 膏漿的黏度均先隨時(shí)間增大后趨于穩(wěn)定；屈服應(yīng)力均隨時(shí)間增大，且增長(zhǎng)速率隨固化劑摻量增加而增大。相同固化劑摻量時(shí)，黏土水泥膏漿的屈服應(yīng)力較純水泥膏漿大，隨時(shí)間增長(zhǎng)速率也較純水泥膏漿大。

(3) 在5～40 ℃之間，溫度影響?zhàn)ね了喔酀{的屈服應(yīng)力和黏度，但不影響膏漿的流型；溫度越高，黏度越大；溫度對(duì)初始屈服應(yīng)力的影響呈現(xiàn)較明顯的階段性變化，變化趨勢(shì)轉(zhuǎn)變點(diǎn)大約為28 ℃，當(dāng)?shù)陀谠摐囟葧r(shí)，初始屈服應(yīng)力隨溫度升高而增大，高于該溫度時(shí)，隨溫度升高而降低。

(4) 與純水泥膏漿相比，黏土水泥膏漿的初始屈服應(yīng)力及黏度更大，觸變性可控，漿體的穩(wěn)定性更好，在灌漿過(guò)程中，當(dāng)漿體的運(yùn)動(dòng)速率減慢或停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，漿體結(jié)構(gòu)的恢復(fù)使得水泥顆粒不至分層沉淀；在大裂隙或孔洞中灌漿，觸變性可防止?jié){體流失過(guò)遠(yuǎn)，減少漿材的浪費(fèi)；在地下水流速較大的地段灌漿，觸變性可提高抗沖釋能力，是含水及大孔隙地層、松軟地層等復(fù)雜地層灌漿防滲堵漏的優(yōu)選材料。

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(編輯：姜小蘭)

Rheological Properties of Plaster Slurry of Clay-cement andIts Influence on Grouting Engineering

ZHANG Gui-jin1,LIU Jie1,HU Da-ke2,WANG Jiang-ying1

(1.School of Hydraulic Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China; 2.Power China Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha 410014, China)

Plaster slurry of clay-cement can be widely used in seepage and leakage prevention and foundation strengthening in civil and hydraulic engineering. Its rheological properties have important influence on the construction and performance of grouting projects. The influences of curing agent’s content, temperature, and time on the rheological properties of clay-cement plaster slurry were researched by testing the rheological parameters through Brookfield+R/S rheometer. Results revealed that 1) the viscosity and yield stress of the slurry increased with time; 2) when the dosage of curing agent reached about 1.0% of cement mass, plaster slurry had optimum anti-seepage performance and belonged to Herschel-Bulkey fluid; 3) at temperature ranging from 5-40 ℃, temperature had impact on the viscosity and yield stress of the slurry, but had no effect on the fluidity, and the higher temperature led to larger viscosity, and in the meantime yield stress reached its maximum at 28 ℃. Through indoor grouting simulation test and anti-scour test, clay-cement plaster slurry was verified to have good water-dilution resistance and controllable diffusion range. Compared with pure cement slurry, clay-cement plaster slurry has larger initial yield stress and viscosity and better stability with controllable thixotropy. It is a preferred material for the seepage prevention in grouting of complex strata such as water-bearing and large-porosity strata as well as loose and soft strata.

plaster slurry of clay-cement; rheological properties；thixotropy; grouting engineering; weak stratum

2016-01-07； 俢回日期：2016-01-19

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51279019)；湖南省重大水利科技項(xiàng)目(湘財(cái)農(nóng)指[2015]245號(hào))

張貴金(1963-)，男，湖南慈利人，教授，博士，研究方向?yàn)樗こ袒A(chǔ)處理，(電話)13873199807(電子信箱)gjzhang84@126.com。

劉 杰(1992-)，男，湖南祁東人，碩士研究生，研究方向?yàn)樗こ袒A(chǔ)處理，(電話)17775757230(電子信箱)240864104@qq.com。

10.11988/ckyyb.20160008

2017,34(3):119-125

TV441

A

1001-5485(2017)03-0119-07