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(dòng)性。膨潤土泥漿合格是鉆機(jī)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(yàn)參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際泥漿狀況，提出泥漿質(zhì)量控制方法。

關(guān)鍵詞：膨潤土；泥漿性能；灌漿

中圖分類號(hào)：TU443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(tuán)用膨潤土、鉆井泥漿用膨潤土[1]。鉆孔泥漿應(yīng)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(yàn)方法。

規(guī)范中關(guān)于鉆孔的膨潤土分為鉆井級(jí)膨潤土和未處理膨潤土，規(guī)范中關(guān)于膨潤土的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)要求如表1及表2所示[2]。施工項(xiàng)目工地試驗(yàn)室沒有做鉆井級(jí)膨潤土技術(shù)指標(biāo)的條件，可以參見生產(chǎn)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(guī)范》第5.1.2條。表2來源于《鉆井液材料規(guī)范》第6.1.2條，可見南京某廠提供的質(zhì)量合格證與《鉆井液材料規(guī)范》GB/5005—2010不符。表中各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)未見到測試方法及依據(jù)?，F(xiàn)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(shù)規(guī)范》JTGT3650—2020[3]，其指標(biāo)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(yàn)結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出，膨潤土含量16%時(shí)，泥漿膠體率即可達(dá)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(dá)52.32 Pa·S；當(dāng)膨潤土含量達(dá)60%時(shí)，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(yàn)結(jié)果如表6所示。

從表6膨潤土含量50%時(shí)，膨潤土泥漿黏度18.38 Pa·S，但膠體率僅為58%；膨潤土含量達(dá)80%時(shí)，膠體率才到達(dá)96%；當(dāng)膨潤土含量達(dá)110%時(shí)，泥漿密度達(dá)1.413 g/cm3 ，泥漿仍無絮凝現(xiàn)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(yīng)控制在20%～30%、淺黃色膨潤土應(yīng)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(dá)到16%，就可以滿足要求，淺黃色膨潤土需達(dá)到80%才可以達(dá)到要求。

根據(jù)中、細(xì)砂層旋挖鉆實(shí)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(rèn)為規(guī)范中的泥漿性能要求適用于一般黏性土土層，對(duì)于中粗砂層并不適用。中粗砂層就是一般認(rèn)為的易坍地層。研究認(rèn)為地層是中、粗砂層，泥漿黏度可以增加。但到清孔時(shí)，泥漿密度應(yīng)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(jié)束到混凝土關(guān)注灌注如超過4 h，泥漿沉淀，空口表面將是清水，對(duì)保持孔內(nèi)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(yàn)來看，淡白色泥漿16%膨潤土膠體率可達(dá)95%，滿足施工技術(shù)指標(biāo)要求，淺黃色泥漿需達(dá)到80%才能符合技術(shù)指標(biāo)要求。試驗(yàn)規(guī)范中關(guān)于膠體率的試驗(yàn)選用量杯進(jìn)行，并沒有規(guī)定量杯的尺寸，這為膠體率試驗(yàn)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(jù)試驗(yàn)結(jié)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(yàn)本身判斷不科學(xué)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(dāng)氫氧化鈉有膨潤土含量的1%提高到2%時(shí)，泥漿黏度幾乎沒有影響。當(dāng)膨潤土含量達(dá)到35%時(shí)，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(shí)不同慘量時(shí)，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(yàn)時(shí)，膨潤土絮凝，３ min即沉淀，有35%清水，絮凝后比重達(dá)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(dāng)膨潤土摻量達(dá)22%時(shí)，僅加入1%羧甲基纖維素時(shí)，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(shí)，黏度由18.82 Pa·S升至36.94 Pa·S。試驗(yàn)表明，泥漿密度達(dá)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(jié)束語

旋挖鉆在易坍土層施工時(shí)淡白色泥漿密度應(yīng)控制在1.10～1.25 g/cm3，含土量應(yīng)大于22%；淺黃色泥漿應(yīng)控制1.25～1.40 g/cm3，含土量應(yīng)大于50%。待清孔時(shí)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(yīng)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(yīng)優(yōu)先選用淡白色膨潤土。

參考文獻(xiàn)

[1] JTGT3650-2020，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB/T20973-2007，膨潤土[S].

[3] GB/T5005-2010，鉆井液材料規(guī)范[S].