湿磨细水泥浆液室内试验研究及其在丰满水电站大坝灌浆试验中的应用

湿磨细水泥浆液室内试验研究及其在丰满水电站大坝灌浆试验中的应用

科技通报第31卷第7期Vol.31No.72015年7月BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGYJul.2015湿磨细水泥浆液室内试验研究及其在丰满水电站大坝灌浆试验中的应用王安，熊国宏（浙江华东建设工程有限公司，杭州310030）摘要：经机械研磨后的湿磨细水泥浆液颗粒粒径比普通水泥小，在微细裂隙灌浆工程中已得到广泛的使用。本文主要介绍湿磨细水泥浆液室内试验的方法、与普通水泥性能参数的比较分析及其在丰满水电站大坝灌浆试验中的应用效果。关键词：湿磨细水泥浆液；室内试验；灌浆效果+中图分类号：TV443.9文献标识码：A文章编号：1001-7119（2015）07-0037-05LaboratoryTestingStudyofWelmillingFineCementPasteandApplicationtotheFengmanHydrostationGroutingWangAn，XiongGuohong（ZhejiangHuadongConstructionEngineeringCo.,LTD.，Hangzhou310030，China）Abstract：Grainsizeofwelmillingfinecementpastemilledbymechineissmallerthannormalcementparticleandwidelyappliedtothemicrofracturegrouting.Thelaboratorymethodofwelmillingfinecementpaste,charctorcomparisonwiththenormalcement’sandefficaciousapplicationtoFengmanHydrostationgroutingisintroduced.Keywords：welmillingfinecementpaste；laboratorytest；efficaciousgrouting0引言的水泥浆液进行灌浆。为了保证湿磨细水泥浆液灌注入大坝混凝土裂隙、空隙、孔洞和蜂窝后水泥作为灌浆材料具有强度高、耐久性好、形成的结石能满足设计在强度、抗渗性和整体性价格低廉等优点，一般灌浆工程多采用普通水泥,上的要求，我们对湿磨细水泥浆液进行了室内试但普通水泥颗粒粒径通常较大，平均粒径多达验，并在灌后采用多种检测手段进行效果检查，70μm以上，不能有效灌入微细裂隙。因此需要综合检测的结果证实湿磨细水泥在丰满大坝灌研制出一种比普通水泥颗粒粒径更小的水泥浆浆试验的应用是行之有效的，现将该工程进行简液，并对其性能指标参数进行有效的室内试验，单的总结介绍，以供同行参考。了解其性能后用于现场灌浆应用。丰满水电站大坝混凝土因长期析钙充填和1水泥浆液室内试验已经多次灌浆处理等原因，裂隙通道已相对束窄且连通性降低，很可能造成普通水泥灌浆效果较1.1试验方法差的情况，因此该工程采用湿磨细水泥，即对普（1）浆液相对密度：采用1002型泥浆密度计通水泥浆液进行加工，研磨生产出平均粒径更小测定。收稿日期：2013-12-14作者简介：王安（1980-），浙江杭州人，本科学历，高级工程师。主要从事岩土工程与工程施工项目管理工作。n38科技通报第31卷（2）漏斗粘度：采用1006型漏斗粘度计测定，度仪，依据《岩石和矿石分析规程》（DZG93-06）即测漏斗内浆液流出所需的时间，测得清水的漏标准进行测定。斗粘度为15.6s。1.2普通水泥与湿磨细水泥室内试验成果分析（3）泌水率：将拌制好的浆液装入100mL的各项试验成果分析如下：量筒中，测定静置2h后浆液泌出的水量。（1）漏斗粘度：（4）流动性：将拌制好的浆液装满上口φ36①所有浆液随水灰比减小，漏斗粘度增大；mm，下口φ64mm，高60mm的截圆锥内然后迅速②同比级浆液，经湿磨后漏斗粘度增大；但上提，测定浆液在玻璃板上的扩散直径。0.5∶1浆液研磨后的漏斗粘度大幅减小；（5）凝结时间：采用水泥稠度凝结测定仪测③同比级的浆液，随着湿磨时间的增加，漏定水泥浆液的初凝和终凝时间。斗粘度增大；（6）流变参数：采用美国35SAFannViscome⁃（2）泌水率：湿磨水泥具有较好的稳定性，相ter粘度计，依据《岩石和矿石分析规程》（DZG93-同水灰比的浆液，随研磨时间的延长，浆液泌水06）标准进行测定。率减小，浆液稳定性增强。（7）抗压强度：将浆液装入70mm×70mm×70（3）流动度：随水灰比减小和研磨时间的延mm试模中，试件成型2d后拆模，置于标准养护长，浆液的流动度减小。室内养护至28d，参照《水工混凝土试验规程》（4）凝结时间：湿磨水泥比普通水泥凝结时（DL/T5150-2001）标准测定抗压强度。间有所延长；当水灰比减小时，凝结时间缩短。（8）弹性模量：将浆液装入φ150mm×300mm（5）流变参数（塑性粘度η）：随水灰比的减小的试模中，试件2d后拆模，置于标准养护室内而增大，且同比级浆液经湿磨后塑性粘度值增28d，参照《水工混凝土试验规程》（DL/T5150-大。灌浆用浆液的塑性粘度宜小于40mPa·s，否2001）标准测定。则浆液太浓，一般灌浆泵送浆困难，故0.5∶1的湿（9）渗透系数：浆液装入上口φ70mm,下口φ磨细水泥浆液需降粘后使用。80mm，高30mm的截圆锥内，2d后拆模，置于标（6）抗压强度：随水灰比的增大而减小，同比准养护室28d后，参照《水工混凝土试验规程》级的水泥浆液湿磨后结石强度降低，但不明显。（DL/T5150-2001）标准测定。（7）弹性模量：随水灰比的增大而减小，同比（10）水泥粒度：采用SKC-2000型光透式粒级的水泥浆液湿磨后结石弹性模量有所降低。表1普通水泥浆液和结石试验成果Table1Theresultsofgroutingcalculusbodyofportlandcementslurry水灰减水剂相对漏斗粘泌水流动流变参数凝结时间（h:min）28d抗压弹性模渗透系数/比UNF/%密度度/s率/%度/cmη/(mPa·s)初凝终凝强/MPa量/MPa(cm/s)2∶1-1.315.650.539.60.512:0615:434.526388.51×10-81∶1-1.5516.427.536.4110:3512:478.731575.72×10-100.7∶1-1.6818.710.532.61.59:1111:5616.145811.98×10-110.6∶10.51.7721.8631.827:4810:0323.55026※0.5∶10.51.86834.524.25.57:228:5425.35379※表2湿磨细水泥浆液和结石试验成果Table2TheresultsofgroutingcalculusbodyofWelmillingfinecementslurry水灰减水剂相对漏斗粘泌水流动度/流变参数凝结时间（h:min）28d抗压弹性模渗透系数/比UNF/%密度度/s率/%cmη/(mPa·s)初凝终凝强/MPa量/MPa(cm/s)1∶11.561810.734.41.511:5716:307.923774.23×10-100.8∶10.51.6918.38.733.69.59:2310:5514.641802.76×10-100.6∶10.51.7423.9431.629.58:1210:2523.14915※0.5∶10.51.8436.12.823.654.57:369:1124.15186※n第7期王安等.湿磨细水泥浆液室内试验研究及其在丰满水电站大坝灌浆试验中的应用39（8）抗渗性能：湿磨细水泥浆液结石的抗渗较差，局部裂隙通道进一步灌注，从而使整个坝性能较普通水泥浆液好，最大渗透系数为4.23×体混凝土强度得到应有的改善，灌浆效果显著。-1010cm/s，最小的在劈开试件未见渗水。（2）22坝段坝基各次序孔的单位注灰量相（9）普通水泥经机械摩擦、压缩、剪切等作用对14坝段坝体幅度小,随灌浆次序的增进呈递减后，达到研磨粉碎的效果，粒度为24.4μm。变化，但递减趋势不明显，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔递减10%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔递减64.7%，Ⅲ序孔比Ⅰ序2湿磨细水泥在丰满水电站大坝混孔递减68.7%，统计数据表明22坝段坝基的混凝土整体结构相对较好，裂隙通道少量存在。凝土灌浆试验应用的效果表314坝段坝体灌浆综合情况统计表Table3Thecomprehensivestatisticsofgroutingof根据对丰满大坝混凝土的现状分析，其内部dammonolithNo.14裂缝相对细小且连通性差，并且已用多种材料经水泥用量单位进行过1~2次灌浆，因此其裂隙通道更为束窄，大灌钻孔灌浆注入大增加了灌浆的难度和复杂程度。因此在遵循排浆孔总长度/长度/量/序次数注灰/kg耗“密孔、浓浆、高压”的原则下，磨细水泥灌浆应是mm（kg/序量/tm）此次试验的重要措施。本次灌浆试验分两试区，14坝段坝体、22坝1Ⅰ4120.00118.02222.242.618.83小计4120.00118.002222.242.618.83段坝基，分别采用不同的施工参数、施工方法、和1Ⅱ375.0073.501246.491.4516.9施工工艺。小计375.0073.501246.491.4516.962.1浆液选择1Ⅲ11275.00269.501612.402.995.98湿磨细水泥浆液不适合在大注入量或大裂小计11275.00269.501612.402.995.98隙的灌浆，由于丰满大坝混凝土内部裂缝和孔洞合计18470.00461.005081.137.0511.02等分布规律性差，本应根据裂缝大小而采取不同2.4灌浆效果其它测试分析的浆液材料。但是在实际施工中很难全部掌握采用综合的测试和分析手段，以达到对灌浆裂缝大小的真实情况，所以在实际实施时，根据效果做出准确的定量评价。灌前压水试验所得的透水率大小加以区分，具体2.4.1灌浆时表面现象分析控制为：根据灌前压水试验结果，当透水率大于（1）在14坝段坝体部分直孔0~15m的部分30Lu时，起始采用普通水泥浆液灌注，当注入率孔段施工（如TW141083第二段即2~5m）时，在设降低时再改为湿磨细水泥浆液进行灌注；当透水计压力值下灌注，堰顶混凝土表面出现潮湿，表率小于30Lu时，采用湿磨细水泥浆液灌注至结明在灌浆时，坝体混凝土受到挤压，毛细裂隙水束。被强制挤出或水泥颗粒进入裂隙通道，置换出毛2.2施工工艺与流程细管道内的水，对14坝段坝体的结构起了加固补按照《水工建筑物灌浆施工技术规范》要求强的作用。执行，流程：钻孔-压水试验-灌浆-封孔-灌后质（2）在灌前，某些灌浆孔部分孔段钻进时，冲量检查。洗液漏失和两孔互串情况时有发生，在灌后检查2.3灌浆试验单位注灰量分析:孔钻进时，再未出现上述现象。可以推断出通过从表3、表4可得出：灌浆，坝体内存在的部分较大裂隙通道已被充（1）14坝段坝体各次序孔的单位注灰量随灌填。浆次序的增进而迅速递减，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔递减2.4.2声波测试成果分析29.2%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔递减53%，Ⅲ序孔比Ⅰ序通过对14坝段坝体及22坝段坝基灌浆前后孔递减66.7%，表明贯通性较好的坝体裂隙通道，单孔及CT声波检测，得出以下结论：在Ⅰ序孔灌浆完成后，便充填了一定的水泥且能（1）14坝段坝体灌前混凝土平均声速范围延伸至通道未稍，随灌浆次序的增进，对连通性4073~4187m/s，灌后混凝土平均声速范围为n40科技通报第31卷表422坝段坝基灌浆情况统计表Table4ThesataisticsofgroutingofdamfoundationNo.22水泥用量排序灌浆次序孔数钻孔长度/m灌浆长度/m单位注入量(kg/m)注灰/kg总耗量/t1Ⅰ4190.00188.09735.9815.651.792Ⅰ295.0094.003797.977.3340.40小计6285.00282.0013533.9522.947.991Ⅱ4190.0188.006259.6112.333.302Ⅱ147.5047.001724.203.1936.69小计5237.5235.007983.8115.433.971Ⅲ6285.0282.006263.9514.822.212Ⅲ295.0094.001498.024.1715.94斜孔Ⅲ16558.7324.083422.2612.0910.56小计24938.74700.0811184.231.015.98合计351461.21217.0832701.9969.526.874171~4377m/s，灌浆处理后平均声速提高幅度为表514坝段坝体压水试验成果2.4%~6.5%；局部低速孔段声速提高幅度达到Table5Thewaterpressuretestresultsofdamblock5.2%~20.2%；22坝段坝基混凝土灌前平均声速范No.14围3882~4238m/s，灌后混凝土平均声速范围为灌前检查孔灌后检查孔孔号3986~4353m/s，灌浆处理后平均声速提高幅度分J1J2J3J4J5J6J7J8段次透水率/lu别为1.3%~12.1%；表明经过灌浆后，混凝土和基11.11.916.10.50.40.50.30.3岩质量得到有效的改善20.912.21.10.30.30.20.3（2）混凝土声速差异较大，效果差异明显，表30.40.51.60.80.10.20.20.2明坝体混凝土匀质性较差。经灌浆处理后混凝40.20.51.50.30.10.10.10.4土声速均有所提高，匀质性也得到了改善。50.10.24.80.20.60.20.10.32.4.3灌浆前后检查孔透水率分析60.10.50.90.10.20.20.10.5两试区灌浆前、后检查孔的透水率明显减70.10.20.70.50.30.20.30.180.11.80.90.60.20.20.40.2小；通过压水试验，我们可以得出：14坝段坝体灌90.111.10.40.30.20.20.1前检查孔透水率>1Lu出现频率为16次，占所有100.11.31.50.40.20.30.20.3孔段的36.4%，22坝基灌前检查孔透水率>1Lu出110.11.7串浆0.70.30.50.30.6现频率为2次，占16.7%。经过三个次序灌浆后，全孔14坝段坝体和22坝段坝基的灌后检查孔透水率平均0.30.963.130.510.270.260.220.3全部小于1Lu，平均透水率达到0.26Lu和0.31透水Lu，小于帷幕透水率的设计值，大坝的渗透性能率/lu得到了明显的改善。（如表5~6）平均透水1.230.262.4.4灌浆前后渗压观测成果分析率/lu利用大坝已设有部分漏水、渗压观测孔，对灌浆前后进行观测，数据分析如下：月23日相比减小0.0247；与灌浆前同水位的2004由上表7可看出：（1）灌浆后的22坝段坝基年9月25日测值相比减小0.0363。灌浆后的22纵向扬压力水柱高测值与灌浆前2006年6月23坝段坝基纵向扬压力测值与灌浆前测值相比有日相比减小0.99m；与灌浆前同水位的2004年9所减小，说明灌浆起到了一定的效果，但灌浆后月25日测值相比减小2.57m。（2）灌浆后的22坝的22坝段纵向扬压力测值比历史高水位测值还段坝基纵向扬压力系数测值与灌浆前2006年6偏大，但有减小的趋势。n第7期王安等.湿磨细水泥浆液室内试验研究及其在丰满水电站大坝灌浆试验中的应用41表622坝段坝基压水试验成果表表722坝段坝基纵向扬压力水柱高和扬压力系数Table6ThewaterpressuretestresultsofdamfoundationNo.22Table7TheverticalupliftpressurewatercolumnlevelanduplifepressurecoefficientofdamfoundationNo.22灌前检查孔灌后检查孔孔号J1J2J3J4J5J6灌浆灌浆灌浆前历史高历史低项目后前同水位水位水位段次透水率/lu2006.2006.2004.1957.1990.10.71.40.30.20.20.2观测日期10.246.239.259.263.1520.20.200.10.10.1库水位/m256.41253.25256.47265.14225.230.40.20.10.50.20.2扬压力测40.30.40.50.80.40.424.7625.7527.3321.9911.29值/m50.40.80.20.30.20.2扬压力系数0.27280.29950.31110.20940.1166010.70.70.50.3全孔平均透水0.330.670.30.430.270.23率/lu湿磨细水泥能对混凝土连通性较差、微细裂平均透水率/lu0.50.31缝进行较好的充填，并能灌注至裂隙的未稍，较普通水泥有更为明显的效果，值得在大坝混凝土3结论与建议防渗加固处理、柱状节理岩体、微细裂隙处理等工程中加以推广应用。（1）两试区坝体结构具有代表性，灌浆试验取得了成功。混凝土的力学指标和渗透性能得参考文献：到了改善，证实在丰满水电站大坝混凝土灌浆中[1]陈明祥，韩晓玉，雷贵华.湿磨细水泥技术及其在基础处采用湿磨细水泥浆液是可行的。理中的应用[J].水泥，2003，11.（2）试验中比较和采用了多种适用的灌浆工[2]孙钊等著.大坝基岩灌浆[M].北京：中国水利水电出版艺和方法、灌浆材料和浆液、测试手段，试验资料社，2004，3.[3]丰满水电站灌浆试验任务书[R].中水东北勘测设计研可靠，试验成果具有较好的代表性。究有限责任公司.（3）丰满大坝灌浆试验因其特殊性，在试验[4]水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].DL/T5148-2001.过程应力求不拘一格，多观察，多摸索，多联系分[5]溪洛渡水电站拱坝基础软弱岩带固结灌浆试验研究析，在结合数据的基础上，不仅综合测试可以评[R].中国水利水电基础工程局科研所.价湿磨水泥灌浆的作用，表面现象的分析也会有[6]丰满水电站大坝灌浆试验施工组织设计[R].浙江华东很强的说服力。建设工程有限公司，2006，5.（4）湿磨水泥灌浆试验过程，各项工序较多，[7]丰满发电厂坝体灌浆试验检成果报告[R].杭州华东工程检测技术有限公司，2006，12.工效较低，管理人员必须周密的计划，作业班组[8]丰满发电厂大坝混凝土及基岩强度检测实验报告[R].必须精心的施工，才能取得了丰富准确的成果资长春工程学院水利与环境科学研究所，2006，10.料。[9]水泥企业粉磨系统优质高产、节能降耗的技术分析[M].中国建材经济研究会水泥专业委员会，2006，10.4结束语（上接26页）参考文献：[L].6生物多样性，2010，18（4）：323-335.[1]ChaerG，FernandesM，MyroldD，etal.Companativeresis⁃[3]李小方，邓欢，黄益宗，等.土壤生态系统稳定性研究进tanceandresilienceofsoilmicrobialcommunitiesanden⁃展[L].生态学报，2009，29(12):6712-6722.zymeactivitesinadjacentnativeforestandagricultural[4]觀攀.窖泥微生态研究[D].四川理工学院，2010.soils[J].MicrobialEcology，2009，58(2):414-424.[5]孙前聚，关其才.窖泥微生物及窖泥配方应用研究[J].中[2]陈圣宾，欧阳志云，徐卫华，等.beta多样性研究进展国酸造，2011，8:19-21.