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1、岩土钻掘工程学实验指导书实验3泥浆性能的测试方法 一、实验目的1. 了解测定泥浆基本性能所用仪器结构及原理。2. 掌握泥浆性能常用测定仪的使用与操作方法。二、实验内容1. 了解泥浆比重、流变特性（粘度和切力）、滤失性能（失水量和泥饼厚度）、固相含量、含砂量、胶体率、pH值、润滑性等主要性能测定所用仪器的结构。2. 测定上述性能的方法。三、方法及步骤、（一）1002型比重称1. 仪器1002型比重称由泥浆杯1、横梁8、游动砝码6和支架5组成，在横梁上有调重管9和水平泡3，其结构如图1。图1 泥浆比重称1. 泥浆杯；2.杯盖；3. 水平泡；4.刀架；5.支座；6. 游动砝码；7.挡臂；8. 横梁；
2、9. 调重管2. 测定步骤 校正比重称先在泥浆杯中装满清水，盖好杯盖，使多余清水从盖上小孔溢出，擦干泥浆杯周围的水珠，把游码移到刻度1，如水平泡位于中间，则仪器是准确的；如水平泡不在中间，则可在调重管内取出或加入重物来调整。倒出清水，擦干，将待测泥浆注入杯中，盖好杯盖，让多余泥浆溢出，擦净泥浆杯周围的泥浆，移动游码使横梁成水平状态（水平泡位于中间）。游码左侧所示刻度即为泥浆比重。（二）漏斗粘度计1. ZMN型马式漏斗粘度计 仪器结构ZMN型马式漏斗粘度计由锥体马式漏斗、六孔/cm（16目）滤网和1000ml量杯组成，如图2。锥体上口直径152mm，锥体下口直径与导流管直径4.76mm，锥体长度
3、305mm，漏斗总长356mm，筛底以下的漏斗容积1500ml。用手握住漏斗呈直立位置，食指堵住导流管出口。取被测泥浆试样，经滤网注于漏斗锥体内直到泥浆的水平面至达筛网底面止（此刻刚好是1500ml）。放开食指，同时启动秒表记时，直到观察标准946ml量杯刻线时止，记录流出泥浆的秒数，以秒数记录漏斗粘度结果。校验马式漏斗使用一段时间后，必须进行必要的校验，其校验方法按使用方法步骤进行。在213条件下将清水1500ml注于漏斗内，若流出946ml（1夸脱）的清水为260.5秒，或流出1000ml的清水为280.5秒，即为合格。2. 苏式野外漏斗粘度计 仪器结构该粘度计由漏斗和量筒组成。构造如图3
4、。量筒由隔板分成两部分，大头为500ml，小头为200ml，漏斗下端是直径为5mm，长为100mm的管子。图2 马式漏斗粘度计图3 苏式野外漏斗粘度计1. 漏斗；2. 管子；3. 量杯；4.筛网；5.泥浆杯 测定步骤将漏斗呈垂直，用手握紧并用食指堵住管口。然后用量筒两端，分别装200ml和500mlN泥浆倒入漏斗。将量筒500ml一端朝上放在漏斗下面，放开食指，同时启动秒表记时，记录流满500ml泥浆所需的时间，即为所测泥浆的粘度。仪器使用前，应用清水进行校正。该仪器测量清水的粘度为150.5秒。若误差在1秒以内，可用下式计算泥浆的实际粘度。（三）ZNN型旋转粘度计ZNN型旋转粘度计有手摇两速
5、、电动两速和电动六速三种。主要用于测量泥浆的流变参数。电动六速旋转粘度计仪器结构如图4所示。1. 仪器结构 动力部分双速同步电机转速 750转/分 1500转/分电机功率 7.5 瓦、15瓦电源 220伏10% 50Hz 变速部分可变六速，转速分别为3 6 100 200 300 600转/分 测量部分扭力弹簧、刻度盘与内外筒组成测量系统。内筒与轴锥度配合，外筒卡口联接。 支架部分采用托盘升降被测容器。2. 工作原理液体放置在两个同心圆筒的环隙空间内，电机经过传动装置带动外筒恒速旋转，借助于被测液体的粘滞性作用于内筒一定的转矩，带动与扭力弹簧相连的内筒一个角度。该转角的大小与液体的粘性成正比，
6、于是液体的粘度测量转换为内筒转角的测量。3. 操作程序A.准备 将仪器与电源相接，启动马达，变更调速杆位置。检查传动部分运转是否良好，有无晃动与杂音，以及调速机构是否灵活可靠。 卸下外筒，检查内筒是否上紧，内外筒表面有无杂务，是否清洁。检查无误后，再将外筒装好。 按下键钮，以300转/分和600转/分观察外筒的偏摆量，如偏摆量大于0.5mm，则取下外筒，三卡口调换重装。 检查刻度盘0位，如刻度盘0位不对指针，松开固定螺钉，调0后将螺丝固紧。B.操作 将刚搅拌好的泥浆倒入样品杯刻度线处（350毫升），立即放置于托盘上，上升托盘使液面至外筒刻度线处。拧紧手轮，固定托盘。如用其它样品杯，筒底部与杯底
7、之间不应低于1.3mm。 迅速从高速到低速进行测量，待刻度盘读数稳定后，分别记录各转速下的读数。 测静切力时，应先用600转/分搅拌10秒，静置10秒钟后将变速手把置于3转/分，读出刻度盘上最大读数，即为初切力。再用600转/分搅拌10秒，静置10分钟后将变速手把置于3转/分，读出刻度盘上最大读数，即为终切力。 试验结束后，关闭电源，松开托盘，移开量杯。 轻轻卸下内外筒，清洗内外筒并且擦干，再将内外筒装好。4. 数据处理 符号：在给定转速下所测得仪器内筒转角，即仪器刻度盘上读到的格数。600、300、3代表外筒转600转/分、300转/分、3转/分从仪器刻度盘上读到的格数。其余依此类推。 牛顿
8、流体绝对粘度 （mpa.s） 塑性流体视粘度 （mpa.s）塑性粘度 （mpa.s）动切力 （pa）静切力 （pa） （pa） 假塑性流体流性指数 （无因次）稠度指数 （Pa秒n） 粘塑性流体极限高剪粘度 卡森动切力 5. 注意事项 外筒装卸 一手握住外转筒，另一手握住外筒顺时针转动，使外筒的卡口对准外转筒内的销子后取下外筒。装上外筒时，应使外筒的槽口对准外转筒内的销子后，在逆时针旋转外筒即可，切忌碰撞内筒。 内筒装卸 一手紧握内筒轴，一手内旋内筒装卸，切勿弄弯内筒轴。 长途搬运时 一定要卸下内筒，装好外筒，以防止内筒轴被撞弯。 扭力弹簧刚度的调整不准随意进行。（四）ZNS型泥浆失水量仪该仪器
9、是将泥浆用惰性气体（二氧化碳、氮气或压缩空气）加压的情况下，测量泥浆的失水量。当泥浆在0.69Mpa压力的作用下，30分钟内通过截面为45.60.52过滤面渗透出的水量，以毫升表示。同时，可以测得泥浆失水后泥饼的厚度，以毫米表示。1.仪器结构ZNS失水量测定仪主要由气源10、减压阀8、放空阀6、泥浆杯4、量筒1、支架等组成，其结构如图5所示。图5 气压式失水仪原理图1. 量杯；2.放水阀；3.过滤板；4.泥浆杯；5.放空阀旋钮；6.放空阀；7.压力表；8.减压阀；9.气瓶；10.气源总体端盖2.测定步骤 先将支架放在平稳的台面上。 将减压手柄退出，使减压阀处于关死状态，此时无输出，然后关死放空
10、阀。 装好气瓶并拧紧盖，顺时针旋转减压阀手柄，使压力表指示0.50.6Mpa。 以左手拿住泥浆杯，用食指堵住泥浆杯气接头小孔，倒入被测泥浆，高度以低于密封圈23毫米最好，放好密封圈，铺平一张滤纸，拧紧泥浆杯盖，然后将泥浆杯连接在三通接头上，将20毫升量筒放在泥浆杯下面，对准出液孔。 按逆时针方向缓缓旋转放空阀手柄，同时观察压力表指示。当压力表稍有下降或听见泥浆杯有进气声响时，即停止旋转放空阀手柄，微调减压阀手柄，使压力表指示为0.69Mpa，泥浆杯内保持0.69Mpa的恒定状态，当见到第一滴滤液开始记时，30分钟时取下量筒，退出减压阀手柄，关死减压阀，顺时针旋转放空阀，泥浆杯内余气放出。取下泥
11、浆杯，打开泥浆杯盖取出滤纸，洗净泥饼上的浮浆，测量泥饼厚度。 冲洗擦干泥浆杯、杯盖、密封圈（凉干或烘干杯盖滤网）。 记录下量筒内失水量。为缩短时间一般可测7.5分钟失水量成乘以2，必要时即需测30分钟失水量。（五）ZNG型泥浆固相含量测定仪1. 结构和工作原理该仪器根据蒸馏原理，取一定量（20毫升）泥浆，用高温（电加热）将其蒸干，然后固相称重，算出固相成分之重量或体积的百分含量。仪器主要由蒸馏器1、加热棒2、电线接头3、冷凝器4、量筒5等部分组成（见图6）。2. 操作步骤 拆开蒸馏器，放开泥浆杯，将充分搅拌过的泥浆倒入泥浆杯，盖上杯盖，让多余泥浆溢出，擦干溢出的泥浆，再轻轻取下杯盖，然后将粘附
12、在杯盖底面的泥浆刮回泥浆杯中（此时泥浆杯中的泥浆为201%毫升），为防止蒸馏过程中泥浆沸溢，向泥浆杯中加入35滴消泡剂，然后扭上套筒。 将加热棒旋紧在套筒上部（应直立放置），将蒸馏器插入泥浆箱后面的小孔内，并将20毫升百分刻度量筒夹在冷凝器导流管口处，以收集冷凝液。 连接电路进行蒸馏，同时记时，通电35分钟，第一滴冷凝液流出，直到泥浆被蒸干不在有冷凝液流出（大约需2040分钟）。 拔除电线插头，切断电源，用环架取下蒸馏器淋水冷却，拆开蒸馏器，用刮刀刮下泥浆杯及加热棒、套筒上的固相成分，然后称重，计算出固相百分含量。 记下量筒冷凝液的体积，用于计算和参考。若冷凝液水与油分层不清，可加入23滴破乳
13、剂。3. 注意事项 用完后清洗蒸馏器和冷凝器孔，擦干加热棒，将其风干。 电源电压为220伏交流，波动范围在180230伏，注意不能超压。 通电时间不要太长，一般30分钟左右，蒸干即可。 使用一段时间后，要检查一下电线接头和电源插头，防止短路和断路。（六）LNH型泥浆含砂量测定器1. 泥浆含砂量是指泥浆中不能通过200号筛网（相当于直径大于0.74mm）砂子体积的百分比。2. 仪器由过滤筒，漏斗和玻璃量筒组成，如图7所示。3. 测定方法 在玻璃量筒内加入泥浆（20毫升或40毫升），再加入适量水不超过160毫升，用手指盖住筒口，摇匀，倒入过滤筒内，边倒边用水冲洗，直到泥浆冲洗干净，网上仅有砂子为止
14、。 将漏斗放在玻璃量筒上，过滤筒倒置在漏斗上，用水把砂子冲入玻璃量筒内，等砂子沉淀到底部细管后，读出含砂量体积，计算出砂子体积的百分含量。（七）胶体率测定瓶1. 胶体率表示泥浆中粘土颗粒分散和水化的程度。2. 仪器：胶体率测定瓶（也可以用100毫升量筒代替）。3. 测定步骤 将100毫升泥浆装入胶体率测定瓶中，将瓶塞塞紧，静止24小时后，观察量筒上部澄清液的体积（毫升数）。 胶体率以百分数表示（八）PH值的测定方法1.比色法用广泛试纸。撕下一小条PH试纸，浸入泥浆滤液或泥浆中，观察其颜色变化，并与比色板颜色相比，相一致即为泥浆的PH值。2.用PHS-2型酸度计 工作原理PHS-2型酸度计是利用
15、玻璃电极和甘汞电极对被测溶液中不同酸度产生的直流电势，输入到一台用参量振动深度负反馈的直流放大器，以达到PH值指示的目的。 主要技术性能a. 测量范围PH：014PHMv：01400毫伏，0-1400毫伏b. 最小分度PH：0.02PHMv：2mvc. 仪器使用环境条件环境温度：040电源电压：22010%d. 被测溶液温度范围：060 仪器调节器示意图，见8。 测定PH值的操作方法a. 电极安装先将电极夹子夹到电极杆上，在将玻璃电极夹在夹子上，电极插在插口内，并用小螺丝扭紧，甘汞电极夹在中央夹子上，其引线连接在接线柱上，玻璃电极下端玻璃球泡应比甘汞电极陶瓷芯端稍高一些。b. 校正测量PH值时，先按下按键7，读数开关5保持不按下状态，左上角指示灯应亮，预热数
