咸水环境下防渗墙成槽泥浆配合比研究

张山，闫飞，于涛

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东　济南　250013）

咸水环境下防渗墙成槽泥浆配合比研究

张山，闫飞，于涛

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东济南250013）

以山东省南水北调双王城水库防渗墙施工过程中利用咸水制备泥浆为例，分析了制浆材料膨润土和添加剂CMC、NaOH对咸水泥浆性能的影响，确定了防渗墙咸水护壁泥浆的各组分最佳配比。

防渗墙；地下咸水；泥浆制备；混凝土配合比

双王城水库围坝全长9 636 m，坝基防渗采用塑性混凝土防渗墙方案，墙厚30 cm，平均深度为28 m，墙顶高程3.5 m。库区地下水类型以氯化钠水为主，矿化度范围值3.00～87.72 g/L，pH值7.39～8.35，全硬度457.2～17 119.8 mg/L，属极硬咸水～咸水。最大氯离子含量为42 923.2 mg/L，最大硫酸根离子含量为4 832.3 mg/L。除个别地表淡水水体附近为氯化重碳酸型水，对混凝土无腐蚀性外，其它绝大多数为氯化钠型水，对普通混凝土具结晶类硫酸盐型强腐蚀，局部兼有分解结晶复合类硫酸镁型弱～强腐蚀；对抗硫酸盐水泥具结晶类硫酸盐型弱～中等腐蚀。

1　泥浆配合比设计

以往泥浆的制备均采用淡水，双王城水库受水质条件的制约，深井淡水资源有限，拟通过试验取得咸水制备泥浆的优化配合比。

首先采取加火碱（NaOH）的方式，增加咸水情况下的泥浆稳定性和黏度。

为了选出满足泥浆性能指标要求的泥浆配合比，并考虑制备泥浆的经济性，必须从众多的方案中选出最优的配合比，为此最初采用了2因素（膨润土掺量、NaOH掺量）和3种NaOH变量进行泥浆配合比设计实验。

2　试验过程

试验分四组进行，制备泥浆用水量每组均取1 000 ml咸水，第一组掺和膨润土100 g，第二组掺和膨润土125 g，第三组掺和膨润土150 g，第四组掺和膨润土175 g，每组分4份，每份分别掺入10 g、15 g、20 g、25 g的火碱，共16份实验泥浆，配置完成后，别搅拌5 min，待膨润土膨化二十四小时后用肉眼观察看所配泥浆是否离析，并测试其泥浆相关指标性能。

3　试验结果

试验结果如表1所示，试验泥浆经过24 h膨化后粘度较小、低于施工规范要求，且肉眼观察离析现象严重，从而证明在该地下咸水条件下依靠掺入膨润土和火碱两种材料容易离析，护壁效果较差，造成前期实验槽段塌孔严重，难以达到施工所要求的泥浆护壁效果。为取得更好的泥浆优化配合比，增加泥浆黏度，减少失水量，使泥皮韧性、泥浆静切力提高，稳定性增强，防止沉淀，又尝试在上述两种材料的基础上在泥浆制备中添加一定比例的CMC（羧甲基纤维素钠）做相关实验，探讨制备泥浆有效配合比问题。

CMC是常用的胶体和黏结剂，在泥浆中起到增黏度、乳化、保水、悬浮、增加泥浆稳定性，为此又通过不同类别的CMC作为掺和材料进行泥浆实验。

具体实验方案如下：CMC分两大类进行，一类采用絮状CMC，一类采用粉状CMC（价格较絮状便宜）。每类按NaOH掺量分三大组，第一组采用15 g，第二组采用20 g，第三组采用25 g，水源统一采用1 000 ml咸水，膨润土（3级）固定掺量150 g，CMC掺量从2 g依次递增。

表1　咸水制备泥浆试验结果

拌制泥浆配置完成后分别搅拌5 min，待膨润土膨化24 h后用肉眼观察看所配泥浆是否离析，并测试其泥浆相关指标性能。经观察，掺入CMC后的咸水泥浆离析现象消失，泥浆比重、黏度、pH值等指标显著改善。泥浆性能指标测试结果详见表2、表3。

表2　絮状CMC泥浆配比试验成果表

通过数据分析，泥浆pH对火碱（NaOH）掺量较为敏感，加入过量火碱（NaOH）泥浆pH值将超过规范要求7～11范围；虽两种CMC均能缓解泥浆离析现象，对改善泥浆性能有帮助，但过量加入将会使泥浆黏度大为增加，超过规范25（s）～45（s）要求。粉状CMC在火碱掺量较小时难以满足黏度指标，在火碱掺量较大时又难以满足pH值要求。

表3　粉状CMC泥浆配比试验结果表

4　结语

通过上述试验可以看出在该咸水条件下单纯依靠膨润土加火碱制造泥浆容易产生离析现象，难以满足施工所要求的泥浆性能，CMC（羧甲基纤维素钠）对提高泥浆的比重和黏度有显著的效果，在满足施工要求的泥浆比重和黏度的条件下CMC用量与火碱用量有着负相关关系，在咸水泥浆中适当掺入一定数量的CMC，可相应减少火碱的应用数量，对降低浆液的酸碱度效果较为明显，但过量加入也将导致泥浆黏度过大难以现场应用，较为优良的咸水泥浆配置比例为：咸水1 000 ml：膨润土150 g：火碱15 g：CMC（絮状）10 g。

（责任编辑迟明春）

TV543

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1009-6159（2016）-06-0031-02

2016-02-23

张山（1964—），男，高级工程师