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1、第二节 灌浆材料及浆液1 灌浆材料水泥灌浆的主要材料是水泥和水，根据工程需要也可加入黏土、粉煤灰、膨润土、砂等掺合料和外加剂。1.1 水泥1.1.1 水泥的品种和技术性能水泥是一种粉末状的水硬性无机胶凝材料。水泥的品种繁多，水利水电灌浆工程中使用最多的是普通硅酸盐水泥，根据工程条件也可使用硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和抗硫酸盐水泥。它们的技术特性如表2-2-1、表2-2-2和表2-2-3。表2-2-1 灌浆工程常用水泥水泥品种代号定义混合材料硅酸盐水泥P.P.由硅酸盐熟料、05%石灰石或高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 P.型不掺混合料；P.型在硅酸盐水泥粉磨时掺加不
2、超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）P.0由硅酸盐水泥熟料、6%15%的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料活性混合材料最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性材料来代替矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥）P.S由硅酸盐水泥熟料和粒状高炉矿渣，并加入适量石膏磨细制成的水硬性胶结材料水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为20%70%。允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%，代替后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥）P.
3、P凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料水泥中火山灰质混合材料掺量按质量百分比计为20%50%粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥）P.F凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料水泥中粉煤灰掺量按质量百分比计为20%40%抗硫酸盐硅酸盐水泥（简称抗硫酸盐水泥）P.MSRP.HSR凡以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量的石膏磨细制成的具有抵抗硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料P.MSR为中抗硫酸盐水泥，具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的能力；P.HSR为高抗硫酸盐水泥，具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的能力表2-2-2 几种水泥的技术要求水泥品种硅酸盐水泥
4、普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥适用国家标准GB175GB175GB1344GB1344GB1344密度3.13.23.13.22.93.12.73.12.83.1细度比表面积300/kg以上80m筛余10%以下80m筛余10%以下80m筛余10%以下80m筛余10%以下凝结时间初凝(min)45以上45以上45以上45以上45以上终凝（h）6.5以上10以上10以上10以上10以上安定性（煮沸法）合格合格合格合格合格抗压强度（MPa）见表2-2-3氧化镁（%）5.0以下5.0以下5.0以下5.0以下5.0以下三氧化硫（%）3.5以下3.5以下4.0以下3.5以下3.5以下不溶物（%）P.
5、0.75以下P. 1.5以下烧失量（%）P. 3.0以下P. 3.5以下5.0以下总碱量不大于0.6%或由供需双方商定表2-2-3 水泥强度等级及强度指标强度等级硅酸盐水泥普通水泥矿渣、火山灰水泥抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）3d28d3d28d3d28d3d28d3d28d3d28d32.52.55.511.032.52.55.511.032.532.5R3.55.516.032.53.55.515.032.542.53.56.517.042.53.56.516.042.53.56.516.042.542.5R4.
6、06.521.042.54.06.521.042.54.06.519.042.552.54.07.022.052.54.07.022.052.54.07.021.052.552.5R5.07.026.052.55.07.026.052.54.57.023.052.562.55.08.028.062.562.5R5.58.032.062.51.1.2 专用灌浆水泥水工建筑物水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2001规定，灌浆用水泥的品质必须符合GB175 或采用的其它水泥的标准，同时要求帷幕灌浆和坝体接缝灌浆所用水泥的细度宜为通过80m方孔筛的筛余量不大于5%。这就是说，当进行帷幕灌浆和坝体
7、接缝灌浆时，如有可能采用的水泥应当比GB175、GB1344所要求的细度标准更高一些，通过80m方孔筛筛余由10%以下提高到5%以下。实践证明一般的水泥厂家可以达到这一要求。灌浆规范还提出，在特殊地质条件下或有特殊要求时，可使用干磨细水泥浆液、超细水泥浆液和湿磨水泥浆液。对于接缝灌浆当缝面张开度小于0.5mm时，可使用细度为通过71m方孔筛筛余量小于2%的水泥浆液或细水泥浆液。为此，国内一些单位开发研制了多种细水泥浆液，这些水泥的主要技术性能如表2-2-4，颗粒级配曲线如图2-2-1。表2-2-4 几种细水泥技术性能水泥名称生产方式细度主要特点工程实例研究或生产单位改性细水泥在普通水泥中加入灌
8、浆剂，使用棒磨机共同磨细。当使用量较大时，可在工地设厂加工600 800 m2/kg之间，颗粒尺寸d50为6m10m，d90=28.42m，小于30m颗粒的累计为95.78%制浆工艺与普通水泥浆一样，生产能力强。价格较高、贮存不便河北大黑汀水库坝基灌浆工程(花岗片麻岩)等中国建筑材料研究院 超细水泥在水泥厂加工生产比表面积大于800 m2/kg、d50在3m5m之间细度高、有微膨胀性、早强。价格高、贮存不便小浪底地下洞室混凝土裂缝漏水处理；长江三峡导流明渠和永久船闸基础固结灌浆等上海洋泾水泥厂湿磨水泥使用盘磨机在现场加工，随磨随用dmax40m，d50=9.36m，小于30m颗粒的累计为92.
9、2%需配置专用湿磨机，可随用随磨，价格较低长江三峡二期工程帷幕灌浆（花岗岩）；江西万安水利枢纽基岩帷幕灌浆（粉细砂岩）长江科学院湿磨水泥使用微粉磨机在现场加工，随磨随用比表面积600 800 m2/kg之间， d90=20m，d50=8.1m同上云南渔洞水库坝基帷幕灌浆（玄武岩）；黄河小浪底二号洞F1断层补强灌浆（断层泥、角砾）中国水利水电基础工程局科研所图2-2-1 三种水泥颗粒级配曲线1-超细水泥；2-改性水泥；3-普通硅酸盐水泥1.2 水凡符合国家标准的饮用水、洁净的江河湖水，均可用于搅制水泥浆。当使用不明情况的地面和地下水制浆时，应当进行水质检验，其所含矿物质不宜大于DL/T5144-
10、2001水工混凝土施工规范中对拌制水工混凝土用水的要求（表2-2-5），同时应进行水泥凝结时间和水泥浆结石抗压强度的试验，要求使用这种水拌制的水泥浆与使用洁净水的试样的初、终凝时间差不得大于30min，水泥砂浆28d的抗压强度与使用洁净水的试样相比不低于90%。表2.2.5 拌和与养护混凝土用水的指标要求项目单位钢筋混凝土素混凝土pH值44不溶物 mg/L20005000可溶物 mg/L500010000氯化物（以Cl计）mg/L12003500硫酸盐（以SO42计）mg/L270027001.3 黏土、膨润土1.3.1 黏土黏土是高分散性材料，试验分析表明，水泥和黏土粗粒部分的含量差不多，但
11、细粒部分却是黏土占优势。表2-2-6是几个灌浆工程中所用黏土和水泥的颗粒含量的资料。 材料各种尺寸颗粒的含量（%） 40m 20m 10m水泥72.552.531.0黏土76.367.555.3 表2-2-6 水泥和黏土细粒部分的含量灌浆浆液中加入黏土的目的是：（1）黏土中含有大量的比水泥颗粒更细小的微细颗粒，能灌注到地层的微小裂隙和孔隙中。（2）当地层吸浆量非常大时，替代部分水泥，降低浆液成本。（3）黏土中的胶体颗粒能大大提高浆液的稳定性。在水工建筑物水泥灌浆施工技术规范中对黏土的质量要求是塑性指数不宜小于14，黏粒（粒径小于0.005mm）含量不宜低于25%，含砂量不宜大于5%，有机物含量
12、不宜大于3%。一般说来，塑性指数和黏粒含量大一些更好，含砂量大了则应当除砂。1.3.2 膨润土膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的黏土，膨润土中的黏粒含量比普通黏土高得多，它可以作为掺合料或外加剂用于水泥浆中。作为掺合料加入水泥浆的比例通常大于水泥重量的5%，它在浆液中起的作用与加入黏土所起的作用是相同的。膨润土作为稳定剂加入水泥浆液的比例通常为水泥重量的1%5%。它的作用主要是提高浆液的稳定性，在配制稳定浆液时它是必不可少的浆液成分。膨润土的性能指标详见本书第六章，作为稳定剂使用的膨润土宜为级土或级土；作为掺和料使用时，各级膨润土均可。1.4 粉煤灰水泥浆液中掺入粉煤灰的主要作用在于节约水泥、降
13、低成本。此外由于粉煤灰成份中含有约70%90%活性氧化物（SiO2和Al2O3等），它们能与水泥水化析出的部分氢氧化钙发生二次反应而生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等较稳定的低钙水化物，从而能使浆液结石的后期强度增长和抗侵蚀耐久性提高。粉煤灰取代水泥的用量要通过试验来确定，通常掺粉煤灰量是水泥重量的30%40%。粉煤灰的质量标准应符合水工混凝土掺用粉煤灰技术规范DL/5055-1996的要求（表2-2-7）。表2-2-7 粉煤灰品质指标和等级序号指标等级级级级1细度（45m方孔筛筛余）1220452烧失量58153需水量比951051154三氧化硫含量333根据工程需要，帷幕灌浆和固结灌浆应采用级或
14、粉煤灰，级粉煤灰可用在回填灌浆中。1.5 砂在水泥浆液中掺入砂，拌制成砂浆主要是用于回填大的空腔或灌注大裂隙、溶洞时使用。以砂浆代替纯水泥浆一可以节约水泥，二可以提高浆液结石强度。水工建筑物水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2001规定灌浆用砂应为质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径不宜大于2.5mm，细度模数不宜大于2.0，SO3含量不宜大于1%（以重量计），含泥量不宜大于3%，有机物含量不宜大于3%。有条件时应尽量使用天然的细砂或中细砂，其磨圆度好，配制的砂浆和易性、可泵性好。1.6 外加剂水泥浆液通常不需要加入外加剂。但有特殊需要时可通过掺入外加剂调节水泥浆液的性质，以适应不同的地质条件和
15、工程要求。外加剂种类繁多，水泥浆中用得较多的如表2-2-8。外加剂的品质要求可参照DL/T5100-1999水工混凝土外加剂技术规程的规定。外加剂品种的选用和掺入量应通过试验确定。表2-2-8 水泥浆的外加剂及掺量名称试剂用量%（占水泥重）说明速凝剂氯化钙12缩短凝结时间硅酸钠0.53铝酸钠缓凝剂木质磺酸钙0.20.5延长凝结时间增加流动性酒精酸0.10.5磷酸氢二钠0.52磷酸氢二铵增塑剂木质磺酸钙0.20.3降低黏度UNF-50.51.0膨胀剂铝粉0.0050.02约膨胀1.5%CEA810约膨胀0.0250.1%UEA812膨胀率0.010.035%AEA810膨胀率0.0030.056
16、%稳定剂膨润土13增加黏度和稳定性灌浆剂灌浆剂12增塑、微膨胀2 浆液的性能灌浆浆液是一种固液两相的流体，有着复杂的流体性质。其中直接影响浆液的可灌性、浆液结石的性质，从而决定灌浆效果特性主要有水灰比、密度、析水率、黏度、屈服强度和凝结时间等。在一般情况下，纯水泥浆可不进行室内浆液试验。但掺加有掺合料和外加剂的水泥系混合浆液应进行必要的室内浆液性能试验，必要时还应进行浆液结石性能试验。在施工现场一般应进行浆液密度、温度、漏斗黏度和析水率的检测和控制。2.1 水灰比和密度浆液中水与水泥含量的比值称为浆液水灰比，我国多采用质量比，美国和欧洲国家也采用体积比。浆液的密度是指单位体积的浆液的质量，单位
17、g/cm3。已知浆液的水灰比，求浆液密度： =c(W +1)(2-2-1)cw +1已知浆液的密度，求浆液的水灰比： w =c(2-2-2)c（1）式中 c 水泥的表观密度，g/cm3； 浆液密度，g/cm3；w 浆液水灰比。各种水灰比浆液的密度见表2-2-9。表2-2-9 水泥浆液密度与水灰比关系对照表水灰比10:18:16:15:14:13:12:1浆液密度1.0651.0821.1071.1271.1561.2041.292水灰比1.5:11:10.8:10.7:10.6:10.5:10.4:1浆液密度1.3721.5131.6051.6631.7351.8251.939注：水泥的表观密
18、度为3.1g/cm3浆液密度的测定方法见本书第七章2.2.1。2.2析水率和结石率浆液的析水率是指浆液在静止状态下由于水泥颗粒的沉淀作用而析出水的比率。析水率的大小是浆液稳定性的标志。析水率的测定方法：（1）取1000mL搅拌均匀的水泥浆，注入有刻度的玻璃量筒内，盖上玻璃板；（2）每隔12min读记上部清水与下部沉淀液之间刻度一次，直至达到稳定标准为止；（3）稳定标准：连续三个读数完全相同；（4）析水率计算：析水率=析出清水体积（ml）/1000（mL），以百分数表示。（5）注意事项：一般应做二次平行试验，以平均值作为试验成果。浆液的水灰比越小，析水率越小，析水时间越长，但大多数浆液在2h内达
19、到沉降稳定（图2-2-2）。图2-2-2 几种水泥浆的析水量与析水时间关系图浆液析水后凝结形成的结石的体积占原浆液的体积的百分数，称为结石率。显然，结石率=1析水率。浆液的析水率、结石率与水灰比的关系如图2-2-3。各种水灰比的浆液的析水率见表2-2-12。图2-2-3 水泥浆液的析水率、结石率与水灰比的关系（425#普硅水泥）1-析水率；2-结石率2.3漏斗黏度、塑性黏度和屈服强度漏斗黏度、塑性黏度和屈服强度（屈服值、动切力）都是表征水泥浆液的流动与变形性质的重要指标，它们的物理意义及测试方法详见本书第七章2.1。采用标准漏斗和马氏漏斗测得的黏度数值不同，标准漏斗清水黏度为15s，马氏漏斗清
20、水黏度为26s。我国以前多用标准漏斗，现在二者都有应用。习惯上简称黏度时，通指标准漏斗黏度，否则应当指明为马氏漏斗黏度，避免混淆。水灰比是影响浆液塑性黏度和屈服强度的重要因素，水灰比越小，塑性黏度和屈服强度越大（图2-2-4）。表2-2-10为不同水灰比水泥浆液的塑性黏度、屈服强度和漏斗黏度示例。水泥的细度对水泥的黏度也有显著影响，表2-2-11为不同细度的水泥和不同水灰比的浆液的塑性黏度、屈服强度示例。图2-2-4 浆液的塑性黏度和屈服强度与水灰比的关系表2-2-10 纯水泥浆液的塑性黏度和屈服强度示例水灰比W塑性黏度mPa.s屈服强度Pa漏斗黏度s水灰比W塑性黏度mPa.s屈服强度Pa漏斗
21、黏度s0.34033842.02.5116.30.490673.01.80.7015.80.53723605.01.40.5315.40.62012298.01.30.450.71372410.01.20.4315.20.8952220.01.10.391.06218.8水1.00151.53.61.3716.8表2-2-11 水泥细度和水灰比对浆液黏度的影响不同水灰比浆液的流变参数050810203050塑性黏度mPa.s屈服强度Pa塑性黏度mPa.s屈服强度Pa塑性黏度mPa.s屈服强度Pa塑性黏度mPa.s屈服强度Pa塑性黏度mPa.s屈服强度Pa塑性黏度mPa.s屈服强度Pa水泥细度c
22、m2/g347536.066.09.68.84.75.62.62.11.82.21.51.3448767.0128.012.520.011.69.43.82.62.51.21.90.7521378.0136.049.049.615.613.53.84.43.63.42.21.9有时候，使用的浆液很浓，水灰比小于0.5:1，漏斗黏度值很大，甚至浆液很难从漏斗中流出，在这种情况下常常使用“流动度”的指标衡量浆液的流动性能，单位为cm。流动度的测量方法见本书第十章第四节2.4.2。2.4浆液的凝结时间凝结时间一般是指在一定温度下，从参加反应的全部组分混合时起，直到凝结体形成的一段时间，单位为h或mi
23、n。初凝时间是指浆液从加水搅拌起，到开始失去塑性的时间；终凝时间是指浆液从加水搅拌起，至完全失去塑性的时间。浆液凝结时间的测定使用凝结时间测定仪，其方法为：（1） 在凝结时间测定仪上装好测针，调整仪器，使测针接触底座玻璃板上的玻璃板时，指针对准标尺零点；（2） 把圆模放在玻璃板上，将搅拌均匀的浆体注满圆模（必要时加套模），待浆体沉降后，吸去上层析水，刮平表面，放入标准养护箱内养护；（3） 根据不同浆体凝结快慢，确定测定时间间隔，一般开始每隔13h测定一次。当快接近初凝时每5min测试一次，接近终凝时每15min测试一次；（4） 测定前，将充满浆体的圆模，移到凝结时间测定仪底座上，移动金属测杆，
24、使测针与浆体表面接触，然后松开测杆的紧固螺丝，使其自由下落，记录标尺的刻度；（5） 从加水搅拌至测针沉入试样中，距玻璃板0.51.0mm时的时间，为初凝时间；从加水搅拌至测针沉入试样不大于1.0mm时的时间，为终凝时间。浆液的凝结时间受多种因素的影响。浆液的水灰比越大，水泥的颗粒越粗（比表面积越小），凝结时间越长；灌浆压力越大，环境温度越高，凝结时间越短。同一种水泥浆液的凝结时间受水灰比的影响很大，表2-2-12为不同水灰比的浆液在自由沉降条件下的凝结时间示例。表2-2-12水泥浆液的凝结时间示例水灰比浆液密度（g/cm3）浆液析水率（%）析水后浆体密度(g/cm3)凝结时间（h:min）初凝
25、终凝0.4:11.951.81.976:558:070.6:11.7413.71.868:369:190.8:11.5928.11.839:2410:301:11.5236.71.859:4711:222:11.3055.01.6210:1011:594:11.1674.01.6210:4514:046:11.1682.31.6313:0516:258:11.0886.41.6618:1421:13注：使用425#硅酸盐水泥，初凝3:27，终凝4:23；凝结时间自析水达到稳定时开始。除上述之外，钻孔固壁泥浆一些性能指标（详见第七章）也常常在灌浆浆液试验中使用。3 浆液结石的性能3.1 浆液结石
26、的主要性能灌浆工程对水泥浆液结石性能的要求主要有密度、抗压强度、弹性模量和渗透系数，在有的情况下还要求抗拉和粘结强度。各项性能指标可采用水工混凝土试验规程DL/T5150-2001中砂浆的试验方法进行测试。浆液结石的密度、力学强度和渗透性能与水灰比有密切关系。浆液结石的密度与浆液水灰比的关系如图2-2-5，不同水灰比的浆液结石的力学性能和渗透系数见表2-2-13和表2-2-14。图2-2-5 水泥浆液结石的密度与浆液水灰比的关系（425#普硅水泥）1-结石湿密度；2-结石干密度表2-2-13 不同水灰比的水泥浆液结石的力学性能示例水灰比抗压强度（MPa）弹性模量（GPa）劈裂抗拉强度（MPa）
27、粘结强度（MPa）0.4：151.314.53.731.110.6：132.212.02.970.850.8：127.56.62.410.731：120.46.82.570.692：114.13.71.800.654：115.41.236：114.61.038：1760.83注：使用水泥品种同表2-2-12，试件龄期28d，试验方法按水工混凝土试验规程SD105-82。表2-2-14 不同水灰比的水泥浆液结石的力学性能和渗透系数示例水灰比抗压强度（MPa）弹性模量（GPa）劈裂抗拉强度（MPa）抗渗等级渗透系数（cm/s）0.4：184.7162.40W10410-110.5：146.0151
28、.65W10710-110.6：145.1121.50W10210-100.8：126.0101.40W6410-91.0：118.78.31.02W4210-71.5：16.85.80.64W2310-4注：使用525#普硅水泥，掺高效减水剂，试件龄期28d，试验方法按水工混凝土试验规程SD105-82。3.4压滤作用对浆液结石性能的影响 实验证明水泥水化所需水分仅相当于水泥重量的25%左右，而灌浆施工所使用的水泥浆液中的水分远大于此，其中的大部分只起着改善浆液的流动性，方便浆液输送的作用。在实际灌浆过程中，当浆液充满岩石裂隙后继续施加压力进行注浆，浆液中的多余水分就会在灌浆压力作用下排出，
29、然后凝固形成水泥结石，这种作用就是压滤作用。表2-2-15为采用模拟压滤作用的“压力滤水成型仪”成型的水泥浆液结石试件进行试验得到的结果，从表中可以看出：表2-2-15 水泥浆液压滤试验成果示例水泥种类编号水灰比浆液密度(g/cm3)压滤压力(MPa)压滤时间(min)结石密度(g/cm3)浆液结石抗压强度（MPa）7d28d普硅水泥YP-151.0850.3252.05314.0824.56YP-221.2350.3252.17316.3031.33YP-321.2700.352.16011.8421.53YP-421.2700.3152.21314.5626.15YP-521.2750.3
30、352.12019.0034.73YP-611.4600.3252.17322.0039.33YP-70.51.8000.3252.24040.1366.00磨细水泥YM-121.290.7602.02765.3377.00YM-211.500.7602.04064.8084.00YM-311.550.7401.86735.2077.07YM-411.490.7202.08029.4752.13YM-50.81.590.7602.06793.0797.00YM-60.61.720.7602.05392.67112.00 （1）水泥浆液经压滤后，由于多余水分的排出，浆液结石的密度比自由沉降浆液结
31、石有很大的增加。浆液水灰比越大，压滤后浆液结石的密度增加越大。（2） 压滤成型试件的早期抗压强度大大提高，7d抗压强度约为28d抗压强度的70%。（3） 同一个水泥品种，不同水灰比的浆液，在560min的压滤时间和0.3、0.7MPa两种压滤压力作用下，所得浆液结石密度和抗压强度相差不大。3.5 浆液结石的膨胀性能自由沉降形成的纯水泥浆液结石，凝固后具有微量的收缩，这对灌浆效果是不利的因素。通过在浆液中加入膨胀剂可以使浆液结石具有微膨胀性能，图2-2-6为水灰比0.8：1的水泥浆分别加入不同量的UEA膨胀剂后，结石体膨胀率的发展情况。图2-2-6 水泥浆液结石的膨胀试验3.6 浆液结石的耐久性
32、水泥浆液结石在水的长期作用下会产生溶蚀，其中的氢氧化钙成分会被逐渐地溶淋损失。图2-2-7为两种自由沉降的水泥浆液结石碎块在0.150.2MPa静水压力下进行的Ca+溶出试验。从图中可以看出，加有膨润土的水泥浆有更好的抗侵蚀性，由此可见，在水泥浆液中加入膨润土或黏土有利于提高浆液结石的耐久性。图2-2-7 水泥浆液结石的溶蚀试验1-0.8:1水泥浆；2-加有2%膨润土的0.8:1水泥浆4 浆液的制备4.1浆液的拌制拌制浆液的材料应当进行称量，称量方法有重量法和体积法。一般情况下，水泥、膨润土粉、细砂和粉煤灰等干料应采用重量称量法；水、黏土浆和外加剂溶液可采用体积称量法。不论何种方法称量误差均应
33、小于5%。拌制浆液时，应根据拌制材料的成分和形态，确定向搅拌机内加料的次序。配置水泥基浆液时，应先加水，而后加入水泥，基本搅拌均匀后再加入膨润土粉和其它掺和料，细砂、外加剂等最后加入。配制水泥黏土浆所使用的黏土分为干料和黏土泥浆两种。采用预先拌制好的黏土原浆制浆时，可先向搅拌桶加入适量的水，再加入计量的水泥，搅拌成水泥浆，而后再放入已测知密度的黏土原浆以及适量的水，就可制成符合配比要求的水泥黏土浆。使用黏土干料制浆时，土料应制成粉末（如商品膨润土那样），将其加入水中搅拌成浆。商品膨润土可以直接使用干粉制浆，但最好应先水化溶胀24h以上，然后以膨润土浆或膨润土膏的形式使用。拌制水泥黏土浆所需用的
34、水泥、黏土原浆和水量，可预先计算好列成表，便于配制浆液时查用，关于计算方法见2-2-4式2-2-7式。浆液需用的搅拌时间，应根据浆液的种类和搅拌机性能而定，其基本原则是在达到充分搅拌、混合均匀和高度分散的前提下时间最短，并便于施工。应当尽量使用高速搅拌机制浆。使用高速搅拌制浆有许多优点：（1）缩短搅拌时间，提高施工效率；（2）提高浆液质量，与普通搅拌机制浆相比较，高速搅拌机拌制的浆液水泥的细颗粒增加，胶体率提高，析水率减小，稳定性提高。表2-2-16为采用高速和低速两种方式搅拌的水泥浆析水率比较结果。表2-2-16搅拌速度对浆液质量的影响搅拌机转速（r/min）不同搅拌时间（min）的浆液析水
35、率（%）24681011017.817.817.417.016.528107.66.16.05.04.1注：使用525#普硅水泥，0.8：1浆液。但是过度搅拌的浆液质量也会下降。试验资料表明，当高速搅拌20min以后，浆液凝结时间延长，结石强度开始下降；慢速搅拌60min以后，浆液凝结时间延长，结石强度开始下降。因此制浆宜使用高速搅拌机，但储浆不宜高速搅拌，储浆搅拌机的搅拌轴转速宜为2060r/min。4.2浆液的配比与材料用量浆液配合比为组成浆液的各种材料含量的质量比，常取水泥的份数为1，水和其他材料则是相对水泥的倍数，如水：水泥=2：1、水泥：黏土：水=1：3：5。在各类灌浆工程中所用的水
36、泥浆配合比一般为5：10.5：1（或50.5）。 4.2.1 浆液用料的计算方法配制配比为水泥：黏土：砂：水 = x：y：z：k的水泥黏土砂浆，所需各种材料用量的计算式为：Wc= xV（2-2-4）x/c+y/e+z/s+k/wWe= yV（2-2-5）x/c+y/e+z/s+k/wWs= zV（2-2-6）x/c+y/e+z/s+k/wWw= kV（2-2-7）x/c+y/e+z/s+k/w式中 Wc 水泥的质量，kg；We 黏土的质量，kg；Ws 砂子的质量，kg；Ww 水的质量，kg；c 水泥的密度，g/cm3；e 黏土的密度，g/cm3；s 砂子的密度，g/cm3；w 水的密度，g/c
37、m3；V 浆液体积，L。当上式中y=0、z=0、k=0时，便成为纯水泥浆的用料计算公式；当上式中z=0、k=0时，便成为水泥黏土浆的用料计算公式。4.2.2 水泥浆浓度变换时加料的计算水泥浆由稀变浓，需向原来的稀浆中加入的水泥数量为：Wc=c(k1-k2)V（2-2-8）K2(1+k1c)水泥浆由浓变稀，需向原来的浓浆中加入水的数量为：Ww=c(k2-k1)V（2-2-9）1+k1c式中 Wc 应加入的水泥量，kg；Ww 应加入的水量，kg；V 原来浆液的体积，L；k1 原来浆液中水占的比例（水泥所占比例为1）；k2 需配制的浆液中水占的比例（水泥所占比例为1）；c 水泥的密度，g/cm3。如
38、果把上式中的水泥密度换成黏土密度，就变成了黏土浆浓度变换的计算公式。为使用简便，可将各种配浆材料用量计算成表，如配制100L水泥浆用料量见表2-2-17，以供参考。表2-2-17 配制水泥浆用料量表（制浆量100L，水泥密度取3.1g/cm3）水灰比水体积(L)水泥重量(kg)水灰比水体积(L)水泥重量(kg)5:194.018.81:175.075.04:192.423.10.8:170.688.63:190.030.00.6:164.2107.02:186.043.00.5:160.0120.01.5:181.254.50.4:154.0137.05 几种浆液的特性和适用范围5.1 纯水泥
39、浆液纯水泥浆具有结石强度高、抗渗性能好、工艺简单、操作方便、材料来源丰富、价格较低等优点，是应用最广泛的一种灌浆材料。由于水泥浆液是一种颗粒材料的悬浊液，其最大粒径约为80m，因此灌注纯水泥浆时应具备如下条件：（1） 受灌岩层的裂隙宽度应大于0.2mm；或者透水率大于1Lu。（2） 对于砂砾石地层，其可灌比值应大于15,或渗透系数大于110-3cm/s。（3） 地层中地下水流速不大于100m/d；当大于此值时需考虑在浆液中掺加速凝剂。（4） 地下水的化学成份不妨碍水泥浆的凝结和硬化。5.2 水泥黏土浆5.2.1水泥黏土浆的特点符合要求的黏土材料具有颗粒细、分散性好、拌制的浆液稳定性好、一般可就
40、地取材、价格低廉等优点，但黏土不能发生水硬性化学反应，不能形成具有足够强度的浆液结石体。水泥黏土浆液则兼有水泥和黏土的优点，稳定性好，可灌性比纯水泥浆液提高，防渗能力强，而价格较低。水泥黏土浆主要应用于砂砾石防渗帷幕的灌浆，国外也有应用于隧洞的回填灌浆的。5.2.2 水泥黏土浆的性能水泥黏土浆中，含水量越多或黏土越少，则析水率越大，稳定性越差。浆液的浓度越大，水固（固体材料，即水泥与黏土干料）比越小，结石的强度越高（图2-2-8）。水泥黏土浆的渗透系数一般为10-710-11cm/s。水泥黏土浆的配合比，通常可采用水泥占干料（水泥加黏土）的20%40%。临时性、低水头的防渗工程，黏土掺量的比例
41、可大一些，但也不宜少于20%。水固比一般为3：11：1。当采用上述范围的配比时，水泥黏土浆液的密度为1.201.48g/cm3，黏度18s37s，稳定性0.02，析水率2%。图2-2-8 不同水固比的水泥黏土浆液结石强度示例黏土质量的优劣是影响水泥黏土浆液质量的最重要的因素。最好采用钠质黏土。当采用钙土时，可加入碳酸钠2%4%，或氢氧化钠1%2%，或磷酸钠0.4%（均按黏土重量计）改善性能。在水泥黏土浆中加入其他外加剂也可以调节改善浆液性能。5.3 水泥砂浆水泥砂浆具有流动度小、灌浆范围易于控制、结石强度高，砂子为当地材料有利于降低造价等优点。水泥砂浆通常应用在大溶洞、空腔、宽大裂缝的灌浆和隧洞回填灌浆中。灌浆用的水泥砂浆应具备如下技术性能： （1）
