2.3 湿磨细水泥浆材的制备工艺

2.3.1 湿磨细水泥制备的主要设备

湿磨细水泥浆液制备的主要机械设备包括：低速搅拌机、水泥湿磨机和高速搅拌机等三种。水泥湿磨机已在前面作了介绍，这里主要介绍高速搅拌机和低速搅拌机。

2.3.1.1 低速搅拌机

在湿磨细水泥制浆过程中，低速搅拌机的主要作用在于临时存储由水泥湿磨机制备的湿磨细水泥浆液，同时根据现场灌浆施工需要，调配湿磨细水泥浆液的水灰比，用于灌浆施工。目前国内灌浆施工中用得最多的是双层立式低速搅拌机（见图2-4），其带动搅拌叶的立轴旋转速度约70～80r/min。其次是双桶平行搅拌机，转速可达200r/min。

2.3.1.2 高速搅拌机

高速搅拌机在湿磨细水泥制备中的主要作用是配制固定水灰比的普通水泥浆，然后将水泥浆注入水泥湿磨机中研磨。目前在许多工程中已广泛使用高速搅拌机，用于制备水泥浆液，其转速一般为1500～3000r/min。用高速搅拌机制浆，不仅速度快、效率高，而且比慢速搅拌机制出的水泥浆液的分散性和稳定性高，质量好，能更好地注入岩石裂隙。国外有许多专家认为，采用高速搅拌机制浆是使灌浆获得良好效果的一个重要条件。为此，在《湿磨细水泥灌浆规范》（SL578—2012）3.1.1中规定，湿磨细水泥制浆必须采用高速搅拌机。图2-5中所示分别为两种型式的高速搅拌机示意图。

2.3.2 湿磨细水泥浆材单机制备工艺

水泥湿磨机是湿磨细水泥灌浆生产中不可缺少的主要设备，但要保证湿磨细水泥灌浆工作的顺利进行，还需要有与之配套的合适工艺和设备。针对GSW型高效水泥湿磨机的性能特点，依据我国水泥灌浆的现有工艺水平和主要灌浆设备性能及今后灌浆设备的发展趋势，目前水利工程水泥灌浆施工中常用的湿磨细水泥浆材制备工艺，主要分为两种：一种是单机生产工艺，另一种是多机组生产工艺。

湿磨细水泥浆材单机制备工艺流程主要由高速制浆机、高效水泥湿磨机、普通浆液搅拌机和灌浆泵等机械设备组成，其中高速制浆机和高效水泥湿磨机组成湿磨水泥制浆系统（如图2-6所示），整个制浆系统中配置一台水泥湿磨机。

湿磨细水泥浆材的制备流程如下：

（1）使用高速制浆机将普通水泥制备成水泥浆液。在湿磨细水泥制浆系统中，高速制浆机是一种旋流式强力分散和搅拌设备，具有强力混合、剪切、冲击等复合功能，可使被混合物迅速搅拌均匀，结团颗粒分散均化。其主要作用是拌制普通水泥浆并利用其排浆压力把拌好的水泥浆输至水泥湿磨机料斗内。若水泥灌浆材料需添加外加剂，通常这一工作都是在高速制浆机中完成。

（2）湿磨细水泥浆材的磨制。普通水泥浆经由水泥湿磨机循环研磨一定时间后，即可制成湿磨细水泥浆材。水泥湿磨机有很高的剪切、磨细功能，主要作用是根据对湿磨细水泥浆中颗粒组成要求，对普通水泥浆中的水泥颗粒进行细化加工，并使加工后的细水泥浆液中的水泥颗粒分散更加均匀。水泥浆材的研磨时间与水泥湿磨机性能相关，湿磨细水泥浆材细度要达到灌浆工程设计要求粒径指标，需事先进行研磨试验，依据细度检测结果确定。

（3）研磨好的湿磨细水泥浆液输至普通搅拌机配浆并储存。在通常情况下，为充分利用水泥湿磨机的生产效率，结合水泥灌浆中需进行浆液变换的工艺特点，湿磨细水泥浆材制浆水灰比为0.5∶1或水泥灌浆设计的最低一级水灰比的比值。普通搅拌机可将细化后的浓水泥浆加水调配成水泥灌浆要求的水灰比浆液，储存于其下桶或其他储浆桶内。此时的水泥浆材经过现场细度检测合格后，即可由于灌浆施工。

湿磨细水泥单机制备工艺适用于水泥灌浆注浆量较小的工程部位，主要用于现场灌浆试验、补强灌浆和工程局部施工。通常使用细水泥灌浆的部位，其灌浆孔段的吸水率一般都小于10Lu。该工艺流程经过钟祥温峡口水库、清江隔河岩、江西万安和湖南五强溪等枢纽工程灌浆施工应用，证明完全能满足现场水泥灌浆作业要求。

2.3.3 湿磨细水泥浆材多机组制备工艺

湿磨细水泥浆材多机组制备工艺流程与单机制备工艺基本相同，它们的主要区别在于：多机组制浆系统中一般采用三台水泥湿磨机进行串联，普通水泥浆依次通过机组的研磨，浆液不再进行循环磨制。这种工艺方式在满足湿磨细水泥制备细度要求的同时，大幅提高了湿磨细水泥浆材的生产能力，主要应用于水泥灌浆施工中，大规模集中制浆生产。

2.3.4 湿磨细水泥制浆工艺的特点

和普通水泥灌浆工艺流程相比，湿磨细水泥灌浆工艺流程中仅需增加水泥湿磨机一种设备。在水泥灌浆施工中，湿磨细水泥颗粒的细度可以依据灌浆压水时透水率的大小随时进行调整，即该工艺既能适用于全部为细裂隙或渗透性很小的孔段灌浆，也适用于粗细裂隙并存的孔段灌浆，还能满足一般裂隙的灌浆。

根据灌浆孔段地质情况和压水试验资料，判断该灌段岩体裂隙是细裂隙时，水泥浆通过高效水泥湿磨机研磨细化后再灌浆。并可根据被灌浆裂隙大小，在不停止灌浆作业的情况下，通过单次或循环研磨以及调整磨齿磨盘间隙生产出适合于该裂隙的细水泥浆液再灌浆。若遇到漏水率较大的孔段，可将高效水泥湿磨机磨齿磨盘间隙调大或者把高速制浆机拌制好的普通水泥浆液直接排入普通搅拌机进行灌浆；若灌浆过程中出现“失水回浓”现象，并判断为水泥细度不够时，则用湿磨细水泥浆液，同时将孔内和管道中的循环浆液导入高效水泥湿磨机磨后再用。总之，湿磨细水泥制备工艺非常灵活方便，随时可以进行浆液变换以适应于不同透水率的灌浆孔段，整个工艺系统的生产能力也非常高，可以保证大规模长时间连续运行。

2.3.5 湿磨细水泥制浆系统

2.3.5.1 湿磨细水泥制浆系统的组成

根据灌浆工程现场的客观条件，湿磨细水泥制备灌浆可分别采用固定式与活动式两种型式。随着灌浆技术的发展，灌浆法的应用范围越来越广，工程规模也越来越大，过去那种单机独立作业的生产方式已不能经常适应需要了。经常需要采取浆液集中制备输送的方式。所谓浆液的集中制备，就是在工程适当地点建立起大型的集中制浆站，将灌浆材料拌制成固定水灰比的浆液，然后通过管路将其输送到各灌浆地点，再加水调稀，以供灌浆的一种系统设施。此种浆液集中制备输送方式具有以下优点：

（1）便于集中设备，实行制浆自动化和提高生产效能，减轻劳动强度。

（2）占场地较小，有利于现场布置。

（3）减小了污染范围与程度，有利于场地卫生、人员健康和环境保护。

（4）省工、省时、加快了施工进度。

（5）便于对配浆材料质量进行控制与检验，有利于提高浆液质量。

在一项大的、需向多地点或远距离供浆的灌浆工程中，一种较完整的浆液集中制输系统，可由以下四个部分组成：①制浆站和供浆泵；②上下输浆管路；③中转站；④灌浆站。这样由制浆站制出的湿磨细水泥浆液，可由供浆泵通过上输浆管路抽运到中转站；浆液在中转站经过再度搅拌并加压，通过下输浆管路分送给各灌浆站；浆液在灌浆站加水调配成适宜的水灰比再进行灌浆作业。

如果供浆地点较集中，输浆距离较短，也可不设中转站，而将上下输浆管路联结起来组成一个“闭路”循环系统，由制浆站直接向各灌浆站供浆。只有当供浆点分散或输送的距离较远时，设中转站才有必要。这时中转站一来可接力加压，二来可储浆调节，避免总站故障时影响全局。

2.3.5.2 湿磨细水泥集中制浆站

湿磨细水泥的集中制浆站通常由以下主要部分构成：

（1）普通水泥存储装置。水泥来料多用水泥罐车从通常设在铁路旁的更大型的散装水泥罐中运来。散装水泥罐水泥罐的容量根据供浆量大小确定，一般都用钢板卷制而成，直径大于3m的多用拼装式，小于3m的可用整体式。散装水泥从水泥罐车中用压缩空气通过一个装在水泥罐顶部或侧旁的收尘器输入到罐中。在散装水泥罐的下端出口处，辅设有一个振动给料斗（又称液化器）。其作用是消除粒状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。振动给料斗的工作原理是：通过振动电机带动偏心块转动，由偏心块产生的离心作用，引起在水平方向强烈振动；此振动通过盘体传给球面活化器，球面活化器又将水平振动力分解成法向力与切向力，法向力呈辐射型指向物料，从而消除“起拱”现象，促使“液化”。结果，物料便如流水一样从料口流出。电机停止后，振动停止，物料也停止流出。

（2）螺旋输送机（或皮带输送机）。在振动给料斗下面是这种输送机，将由水泥罐落下来的水泥喂入称量斗中。输送机的摆放通常是水平的，也可是仰角的。当为了尽量降低整体高度时，最好是做成仰角的。这样可将落下来的水泥再作一次升高，由于有了这一升高过程，水泥罐和放料斗的高度就可以放得很低，甚至可卧入地下。

（3）水泥称量斗。对水泥的称量大多采用电子秤称量法。在称量斗上装有三只压力传感器，当下料到一定量值时，电子秤便发出定值信号，同时给振动给料斗及螺旋输送机发出指令让其停止运转，于是便完成了水泥称量程序。

（4）加水量控制装置。加水最多采用流量表计量，用电磁阀控制开关。

（5）浆液搅拌机。湿磨细水泥浆液的制备中，普通水泥浆在经过水泥湿磨机研磨前，一般都采用高速搅拌机拌制。

（6）储浆搅拌机。由水泥湿磨机制出的湿磨细水泥浆液，一般将其直接输入到储浆搅拌机中，以供供浆泵抽送。为防止浆液沉淀，它也要不停地搅拌，容积应稍大一点，一般转速的即可。目前我国采用的多是一般搅拌机或称慢速搅拌机。

（7）供浆泵。制出的湿磨细水泥浆浓（有时还有循环回来的），要用供浆泵把它输送出去。目前用得最多的是活塞式或柱塞式往复泥浆泵，如BW200/40、BW200/30等。

（8）细度检测仪。湿磨细水泥的制备往往是在工程现场进行，所以必须在制备过程中进行浆液细度检测，以保证湿磨细水泥细度满足工程设计要求。目前最适于工程现场检测的仪器是NSKC粒度仪。

2.3.5.3 输浆管路

湿磨细水泥浆液的输浆管路的布置型式取决于用浆点（灌浆站）的多少与集散程度，以及送浆距离的长短。在用浆点较多、分散或距离较远时，通常是分划成若干区，在每个区内设立中转站，由其负责向各自管辖的灌浆站供浆。为此，从制浆站到中转站的这段管路，称为上（输浆）管路：从各中转站到灌浆站的一段管路称为下（输浆）管路。

上输浆管路一般被做成单行式。这样，一旦中转站储存了充足的浆液，制浆站便可获得一次“休整”机会，并将此段管路用风吹除干净，防止堵塞。下输浆管路一般是做成闭路循环式。这样，可将各灌浆站暂时不用的浆液，再返回中转站继续搅拌和在管路中循环流动，避免沉淀堵塞。

当需要供浆的点较少而且集中时，可就近设立制浆站取消中转站和上输浆管路，做成闭路循环式，由制浆站向各灌浆站直接供浆。

由于影响浆液本身性质的因素很多（如固粒形状、大小、比重、浆的稠度和温度等），过去对灌浆用的浆液流体力学问题还少有人研究。由于湿磨细水泥浆液细度要远低于普通水泥浆，在同一水灰比时，其浆液黏度大于普通水泥浆，稳定性更好。此外，为尽可能减少浆液输送过程中颗粒的团聚现象，湿磨细水泥浆液的输送距离应尽量缩短。为此，在湿磨细水泥灌浆规范中建议浆液的输送距离控制在400m以内为好，超过这个距离应重新检测湿磨细水泥细度是否符合灌浆要求。

2.3.5.4 中转站和灌浆站

中转站和灌浆站所用的机械完全相同，都是由灌浆泵和浆液搅拌机组成。所不同的是，中转站只将由制浆站输送过来的浆液再经过一次搅拌（搅拌的目的是防止在本系统中沉淀）和加压后原封不动地分发给备用户单位——灌浆站，它是“供应单位”的一员，通常由全队（或处）统一管理，而灌浆站一般要将送来的浆液经过再加工（需用稀浆时加水）后直接灌入孔内，在“组织”上它由各机组自己管理。

此外，中转站一方面要能保证向若干个灌浆站同时供浆，另外还要有一部分过剩的浆液在“闭路式循环系统”中继续维持流动，防止沉淀堵塞。因此，它的规模要相应大些。原则上，它的输浆能力应大于各个灌浆站最大用浆量的总和。所用的搅拌桶，除能满足输浆能力抽送以外，还要有一定量的储蓄，以保证在制浆站短时间故障时维持供浆。