灌注膨潤土泥漿性能研究

摘 要：膨潤土是一種具有吸附性、離子交換能力和黏性的黏土礦物。膨潤土可以充分吸收灌漿料中的水分，增加灌漿料的黏性，從而提高填充性和流動性。膨潤土泥漿合格是鉆機開孔的條件之一。以淡白色、淺黃色膨潤土為例，介紹膨潤土的配比方法及試驗參數。根據現場實際泥漿狀況，提出泥漿質量控制方法。

關鍵詞：膨潤土；泥漿性能；灌漿

中圖分類號：TU443 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）08-0119-03

1 鉆孔泥漿膨潤土的選擇

膨潤土按屬性分類有鈉基膨潤土和鈣基膨潤土兩種。按用途分鑄造用膨潤土、冶金球團用膨潤土、鉆井泥漿用膨潤土[1]。鉆孔泥漿應選用鈉基膨潤土，鈉基膨潤土比鈣基膨潤土有更高的吸水膨脹效果、黏度大。鈣基膨潤土吸水膨脹5～10倍，鈉基膨潤土吸水可膨脹20～30倍。鈉基膨潤土通常為淡白色、淺黃色，密度約在1.05 g/cm3左右。本文以淺白色、淺黃色膨潤土為例，介紹膨潤土試驗方法。

規范中關于鉆孔的膨潤土分為鉆井級膨潤土和未處理膨潤土，規范中關于膨潤土的各項技術性能指標要求如表1及表2所示[2]。施工項目工地試驗室沒有做鉆井級膨潤土技術指標的條件，可以參見生產廠家合格證。表3是南京某廠家提供的合格證。

表1來源于《鉆井液材料規范》第5.1.2條。表2來源于《鉆井液材料規范》第6.1.2條，可見南京某廠提供的質量合格證與《鉆井液材料規范》GB/5005—2010不符。表中各項技術指標未見到測試方法及依據。現場采用膨潤土主要是看其造漿能力即泥漿密度、黏度、膠體率是否滿足《公路橋涵施工技術規范》JTGT3650—2020[3]，其指標要求如表4所示。

淡白色膨潤土泥漿含量、pH值、密度、膠體率試驗結果如表5所示。

從表5可以看出，膨潤土含量16%時，泥漿膠體率即可達95%，但黏度僅為16.68 Pa·S；膨潤土含量35%，泥漿黏稠，泥漿黏度可達52.32 Pa·S；當膨潤土含量達60%時，泥漿過于黏稠、絮凝，基本不具備灌注條件。淺黃色膨潤土泥漿含量、pH值、密度、膠體率試驗結果如表6所示。

從表6膨潤土含量50%時，膨潤土泥漿黏度18.38 Pa·S，但膠體率僅為58%；膨潤土含量達80%時，膠體率才到達96%；當膨潤土含量達110%時，泥漿密度達1.413 g/cm3 ，泥漿仍無絮凝現象。

目前黏性土、砂性土施工多采用旋挖鉆施工，旋挖鉆施工泥漿性能要求見表7所示。

按黏度要求，從表5和表6可以看出，施工中旋挖鉆淡白色膨潤土泥漿含量應控制在20%～30%、淺黃色膨潤土應控制在50%～70%。按膠體率要求，從表5和表6可以看出，淡白色膨潤土只要達到16%，就可以滿足要求，淺黃色膨潤土需達到80%才可以達到要求。

根據中、細砂層旋挖鉆實際施工中測量，淡白色膨潤土施工中泥漿含量可控制在20%～40%，淺黃色膨潤土施工泥漿含量可控制在80%～110%。研究認為規范中的泥漿性能要求適用于一般黏性土土層，對于中粗砂層并不適用。中粗砂層就是一般認為的易坍地層。研究認為地層是中、粗砂層，泥漿黏度可以增加。但到清孔時，泥漿密度應在1.03～1.10 g/cm3。

2 泥漿膠體率

泥漿的膠體率特別重要。鉆孔結束到混凝土關注灌注如超過4 h，泥漿沉淀，空口表面將是清水，對保持孔內水壓極為不利，因此保持泥漿一定的膠體率十分必要。從本次試驗來看，淡白色泥漿16%膨潤土膠體率可達95%，滿足施工技術指標要求，淺黃色泥漿需達到80%才能符合技術指標要求。試驗規范中關于膠體率的試驗選用量杯進行，并沒有規定量杯的尺寸，這為膠體率試驗可能帶來誤差。淡白色16%膨潤土泥漿用100 mm量筒為95%，用250 m量杯僅有75%，可見量筒與量杯的差距。量杯的膠體率也不好判斷，建議膠體率采用100 mm量筒代替。

3 失水率和泥皮厚

根據試驗結果，所有泥皮厚度都符合要求而失水率都不滿足要求。失水率不合格是濾紙的問題還是試驗本身判斷不科學有待商榷。

4 膨潤土增加氫氧化鈉的問題

淡白色膨潤土慘加氫氧化鈉可以顯著改善膠體黏度問題，起分散劑作用，泥漿稠度更加均勻。隨著膨潤土用量的增加，摻加氫氧化鈉的作用更加明顯。但當氫氧化鈉有膨潤土含量的1%提高到2%時，泥漿黏度幾乎沒有影響。當膨潤土含量達到35%時，即使添加1%的氫氧化鈉，黏度太大，黏度測試無法完成。

淺黃色膨潤土慘加氫氧化鈉時不同慘量時，黏度幾乎沒有影響。

5 膨潤土增加羧甲基纖維的問題

淡白色膨潤土慘加羧甲基纖維加入土中起絮凝作用。采用1 000 g水+80 g膨潤土+0.8 g羧甲基纖維素試驗時，膨潤土絮凝，３ min即沉淀，有35%清水，絮凝后比重達1.13。1 000 g水+80 g膨潤土加入氫氧化鈉0.8 g及羧甲基纖維1.6 g后，絮凝情況沒有改善。但當膨潤土摻量達22%時，僅加入1%羧甲基纖維素時，黏度由18.82 Pa·S升到28.37 Pa·S；加入1%氫氧化鈉和1%羧甲基纖維素時，黏度由18.82 Pa·S升至36.94 Pa·S。試驗表明，泥漿密度達到1.0 g/cm3后，添加羧甲基纖維素可以增加泥漿黏度的。淺黃色膨潤土慘加羧甲基纖維黏度幾乎沒有影響。

6 結束語

旋挖鉆在易坍土層施工時淡白色泥漿密度應控制在1.10～1.25 g/cm3，含土量應大于22%；淺黃色泥漿應控制1.25～1.40 g/cm3，含土量應大于50%。待清孔時加水稀釋至1.03～1.10 g/cm3。為保證稀釋后黏度符合要求，鉆孔泥漿應加入1%氫氧化鈉或加入1%氫氧化鈉和1%羧甲基纖維素。旋挖鉆應優先選用淡白色膨潤土。

參考文獻

[1] JTGT3650-2020，公路橋涵施工技術規范[S].

[2] GB/T20973-2007，膨潤土[S].

[3] GB/T5005-2010，鉆井液材料規范[S].