2.3 濕磨細水泥漿材的制備工藝

2.3.1 濕磨細水泥制備的主要設備

濕磨細水泥漿液制備的主要機械設備包括：低速攪拌機、水泥濕磨機和高速攪拌機等三種。水泥濕磨機已在前面作了介紹，這里主要介紹高速攪拌機和低速攪拌機。

2.3.1.1 低速攪拌機

在濕磨細水泥制漿過程中，低速攪拌機的主要作用在于臨時存儲由水泥濕磨機制備的濕磨細水泥漿液，同時根據現場灌漿施工需要，調配濕磨細水泥漿液的水灰比，用于灌漿施工。目前國內灌漿施工中用得最多的是雙層立式低速攪拌機（見圖2-4），其帶動攪拌葉的立軸旋轉速度約70～80r/min。其次是雙桶平行攪拌機，轉速可達200r/min。

2.3.1.2 高速攪拌機

高速攪拌機在濕磨細水泥制備中的主要作用是配制固定水灰比的普通水泥漿，然后將水泥漿注入水泥濕磨機中研磨。目前在許多工程中已廣泛使用高速攪拌機，用于制備水泥漿液，其轉速一般為1500～3000r/min。用高速攪拌機制漿，不僅速度快、效率高，而且比慢速攪拌機制出的水泥漿液的分散性和穩定性高，質量好，能更好地注入巖石裂隙。國外有許多專家認為，采用高速攪拌機制漿是使灌漿獲得良好效果的一個重要條件。為此，在《濕磨細水泥灌漿規范》（SL578—2012）3.1.1中規定，濕磨細水泥制漿必須采用高速攪拌機。圖2-5中所示分別為兩種型式的高速攪拌機示意圖。

2.3.2 濕磨細水泥漿材單機制備工藝

水泥濕磨機是濕磨細水泥灌漿生產中不可缺少的主要設備，但要保證濕磨細水泥灌漿工作的順利進行，還需要有與之配套的合適工藝和設備。針對GSW型高效水泥濕磨機的性能特點，依據我國水泥灌漿的現有工藝水平和主要灌漿設備性能及今后灌漿設備的發展趨勢，目前水利工程水泥灌漿施工中常用的濕磨細水泥漿材制備工藝，主要分為兩種：一種是單機生產工藝，另一種是多機組生產工藝。

濕磨細水泥漿材單機制備工藝流程主要由高速制漿機、高效水泥濕磨機、普通漿液攪拌機和灌漿泵等機械設備組成，其中高速制漿機和高效水泥濕磨機組成濕磨水泥制漿系統（如圖2-6所示），整個制漿系統中配置一臺水泥濕磨機。

濕磨細水泥漿材的制備流程如下：

（1）使用高速制漿機將普通水泥制備成水泥漿液。在濕磨細水泥制漿系統中，高速制漿機是一種旋流式強力分散和攪拌設備，具有強力混合、剪切、沖擊等復合功能，可使被混合物迅速攪拌均勻，結團顆粒分散均化。其主要作用是拌制普通水泥漿并利用其排漿壓力把拌好的水泥漿輸至水泥濕磨機料斗內。若水泥灌漿材料需添加外加劑，通常這一工作都是在高速制漿機中完成。

（2）濕磨細水泥漿材的磨制。普通水泥漿經由水泥濕磨機循環研磨一定時間后，即可制成濕磨細水泥漿材。水泥濕磨機有很高的剪切、磨細功能，主要作用是根據對濕磨細水泥漿中顆粒組成要求，對普通水泥漿中的水泥顆粒進行細化加工，并使加工后的細水泥漿液中的水泥顆粒分散更加均勻。水泥漿材的研磨時間與水泥濕磨機性能相關，濕磨細水泥漿材細度要達到灌漿工程設計要求粒徑指標，需事先進行研磨試驗，依據細度檢測結果確定。

（3）研磨好的濕磨細水泥漿液輸至普通攪拌機配漿并儲存。在通常情況下，為充分利用水泥濕磨機的生產效率，結合水泥灌漿中需進行漿液變換的工藝特點，濕磨細水泥漿材制漿水灰比為0.5∶1或水泥灌漿設計的最低一級水灰比的比值。普通攪拌機可將細化后的濃水泥漿加水調配成水泥灌漿要求的水灰比漿液，儲存于其下桶或其他儲漿桶內。此時的水泥漿材經過現場細度檢測合格后，即可由于灌漿施工。

濕磨細水泥單機制備工藝適用于水泥灌漿注漿量較小的工程部位，主要用于現場灌漿試驗、補強灌漿和工程局部施工。通常使用細水泥灌漿的部位，其灌漿孔段的吸水率一般都小于10Lu。該工藝流程經過鐘祥溫峽口水庫、清江隔河巖、江西萬安和湖南五強溪等樞紐工程灌漿施工應用，證明完全能滿足現場水泥灌漿作業要求。

2.3.3 濕磨細水泥漿材多機組制備工藝

濕磨細水泥漿材多機組制備工藝流程與單機制備工藝基本相同，它們的主要區別在于：多機組制漿系統中一般采用三臺水泥濕磨機進行串聯，普通水泥漿依次通過機組的研磨，漿液不再進行循環磨制。這種工藝方式在滿足濕磨細水泥制備細度要求的同時，大幅提高了濕磨細水泥漿材的生產能力，主要應用于水泥灌漿施工中，大規模集中制漿生產。

2.3.4 濕磨細水泥制漿工藝的特點

和普通水泥灌漿工藝流程相比，濕磨細水泥灌漿工藝流程中僅需增加水泥濕磨機一種設備。在水泥灌漿施工中，濕磨細水泥顆粒的細度可以依據灌漿壓水時透水率的大小隨時進行調整，即該工藝既能適用于全部為細裂隙或滲透性很小的孔段灌漿，也適用于粗細裂隙并存的孔段灌漿，還能滿足一般裂隙的灌漿。

根據灌漿孔段地質情況和壓水試驗資料，判斷該灌段巖體裂隙是細裂隙時，水泥漿通過高效水泥濕磨機研磨細化后再灌漿。并可根據被灌漿裂隙大小，在不停止灌漿作業的情況下，通過單次或循環研磨以及調整磨齒磨盤間隙生產出適合于該裂隙的細水泥漿液再灌漿。若遇到漏水率較大的孔段，可將高效水泥濕磨機磨齒磨盤間隙調大或者把高速制漿機拌制好的普通水泥漿液直接排入普通攪拌機進行灌漿；若灌漿過程中出現“失水回濃”現象，并判斷為水泥細度不夠時，則用濕磨細水泥漿液，同時將孔內和管道中的循環漿液導入高效水泥濕磨機磨后再用。總之，濕磨細水泥制備工藝非常靈活方便，隨時可以進行漿液變換以適應于不同透水率的灌漿孔段，整個工藝系統的生產能力也非常高，可以保證大規模長時間連續運行。

2.3.5 濕磨細水泥制漿系統

2.3.5.1 濕磨細水泥制漿系統的組成

根據灌漿工程現場的客觀條件，濕磨細水泥制備灌漿可分別采用固定式與活動式兩種型式。隨著灌漿技術的發展，灌漿法的應用范圍越來越廣，工程規模也越來越大，過去那種單機獨立作業的生產方式已不能經常適應需要了。經常需要采取漿液集中制備輸送的方式。所謂漿液的集中制備，就是在工程適當地點建立起大型的集中制漿站，將灌漿材料拌制成固定水灰比的漿液，然后通過管路將其輸送到各灌漿地點，再加水調稀，以供灌漿的一種系統設施。此種漿液集中制備輸送方式具有以下優點：

（1）便于集中設備，實行制漿自動化和提高生產效能，減輕勞動強度。

（2）占場地較小，有利于現場布置。

（3）減小了污染范圍與程度，有利于場地衛生、人員健康和環境保護。

（4）省工、省時、加快了施工進度。

（5）便于對配漿材料質量進行控制與檢驗，有利于提高漿液質量。

在一項大的、需向多地點或遠距離供漿的灌漿工程中，一種較完整的漿液集中制輸系統，可由以下四個部分組成：①制漿站和供漿泵；②上下輸漿管路；③中轉站；④灌漿站。這樣由制漿站制出的濕磨細水泥漿液，可由供漿泵通過上輸漿管路抽運到中轉站；漿液在中轉站經過再度攪拌并加壓，通過下輸漿管路分送給各灌漿站；漿液在灌漿站加水調配成適宜的水灰比再進行灌漿作業。

如果供漿地點較集中，輸漿距離較短，也可不設中轉站，而將上下輸漿管路聯結起來組成一個“閉路”循環系統，由制漿站直接向各灌漿站供漿。只有當供漿點分散或輸送的距離較遠時，設中轉站才有必要。這時中轉站一來可接力加壓，二來可儲漿調節，避免總站故障時影響全局。

2.3.5.2 濕磨細水泥集中制漿站

濕磨細水泥的集中制漿站通常由以下主要部分構成：

（1）普通水泥存儲裝置。水泥來料多用水泥罐車從通常設在鐵路旁的更大型的散裝水泥罐中運來。散裝水泥罐水泥罐的容量根據供漿量大小確定，一般都用鋼板卷制而成，直徑大于3m的多用拼裝式，小于3m的可用整體式。散裝水泥從水泥罐車中用壓縮空氣通過一個裝在水泥罐頂部或側旁的收塵器輸入到罐中。在散裝水泥罐的下端出口處，輔設有一個振動給料斗（又稱液化器）。其作用是消除粒狀水泥在罐中由于自重和摩擦阻力而自然“起拱”，方便水泥下落。振動給料斗的工作原理是：通過振動電機帶動偏心塊轉動，由偏心塊產生的離心作用，引起在水平方向強烈振動；此振動通過盤體傳給球面活化器，球面活化器又將水平振動力分解成法向力與切向力，法向力呈輻射型指向物料，從而消除“起拱”現象，促使“液化”。結果，物料便如流水一樣從料口流出。電機停止后，振動停止，物料也停止流出。

（2）螺旋輸送機（或皮帶輸送機）。在振動給料斗下面是這種輸送機，將由水泥罐落下來的水泥喂入稱量斗中。輸送機的擺放通常是水平的，也可是仰角的。當為了盡量降低整體高度時，最好是做成仰角的。這樣可將落下來的水泥再作一次升高，由于有了這一升高過程，水泥罐和放料斗的高度就可以放得很低，甚至可臥入地下。

（3）水泥稱量斗。對水泥的稱量大多采用電子秤稱量法。在稱量斗上裝有三只壓力傳感器，當下料到一定量值時，電子秤便發出定值信號，同時給振動給料斗及螺旋輸送機發出指令讓其停止運轉，于是便完成了水泥稱量程序。

（4）加水量控制裝置。加水最多采用流量表計量，用電磁閥控制開關。

（5）漿液攪拌機。濕磨細水泥漿液的制備中，普通水泥漿在經過水泥濕磨機研磨前，一般都采用高速攪拌機拌制。

（6）儲漿攪拌機。由水泥濕磨機制出的濕磨細水泥漿液，一般將其直接輸入到儲漿攪拌機中，以供供漿泵抽送。為防止漿液沉淀，它也要不停地攪拌，容積應稍大一點，一般轉速的即可。目前我國采用的多是一般攪拌機或稱慢速攪拌機。

（7）供漿泵。制出的濕磨細水泥漿濃（有時還有循環回來的），要用供漿泵把它輸送出去。目前用得最多的是活塞式或柱塞式往復泥漿泵，如BW200/40、BW200/30等。

（8）細度檢測儀。濕磨細水泥的制備往往是在工程現場進行，所以必須在制備過程中進行漿液細度檢測，以保證濕磨細水泥細度滿足工程設計要求。目前最適于工程現場檢測的儀器是NSKC粒度儀。

2.3.5.3 輸漿管路

濕磨細水泥漿液的輸漿管路的布置型式取決于用漿點（灌漿站）的多少與集散程度，以及送漿距離的長短。在用漿點較多、分散或距離較遠時，通常是分劃成若干區，在每個區內設立中轉站，由其負責向各自管轄的灌漿站供漿。為此，從制漿站到中轉站的這段管路，稱為上（輸漿）管路：從各中轉站到灌漿站的一段管路稱為下（輸漿）管路。

上輸漿管路一般被做成單行式。這樣，一旦中轉站儲存了充足的漿液，制漿站便可獲得一次“休整”機會，并將此段管路用風吹除干凈，防止堵塞。下輸漿管路一般是做成閉路循環式。這樣，可將各灌漿站暫時不用的漿液，再返回中轉站繼續攪拌和在管路中循環流動，避免沉淀堵塞。

當需要供漿的點較少而且集中時，可就近設立制漿站取消中轉站和上輸漿管路，做成閉路循環式，由制漿站向各灌漿站直接供漿。

由于影響漿液本身性質的因素很多（如固粒形狀、大小、比重、漿的稠度和溫度等），過去對灌漿用的漿液流體力學問題還少有人研究。由于濕磨細水泥漿液細度要遠低于普通水泥漿，在同一水灰比時，其漿液黏度大于普通水泥漿，穩定性更好。此外，為盡可能減少漿液輸送過程中顆粒的團聚現象，濕磨細水泥漿液的輸送距離應盡量縮短。為此，在濕磨細水泥灌漿規范中建議漿液的輸送距離控制在400m以內為好，超過這個距離應重新檢測濕磨細水泥細度是否符合灌漿要求。

2.3.5.4 中轉站和灌漿站

中轉站和灌漿站所用的機械完全相同，都是由灌漿泵和漿液攪拌機組成。所不同的是，中轉站只將由制漿站輸送過來的漿液再經過一次攪拌（攪拌的目的是防止在本系統中沉淀）和加壓后原封不動地分發給備用戶單位——灌漿站，它是“供應單位”的一員，通常由全隊（或處）統一管理，而灌漿站一般要將送來的漿液經過再加工（需用稀漿時加水）后直接灌入孔內，在“組織”上它由各機組自己管理。

此外，中轉站一方面要能保證向若干個灌漿站同時供漿，另外還要有一部分過剩的漿液在“閉路式循環系統”中繼續維持流動，防止沉淀堵塞。因此，它的規模要相應大些。原則上，它的輸漿能力應大于各個灌漿站最大用漿量的總和。所用的攪拌桶，除能滿足輸漿能力抽送以外，還要有一定量的儲蓄，以保證在制漿站短時間故障時維持供漿。