新型注浆材料力学特性及微观特征试验研究

为研究水玻璃-聚氨酯复合新型注浆材料的力学特性,基于水玻璃-聚氨酯(S-P)和水泥-水玻璃浆液(C-S)两种浆液的试验结果,对比分析了上述两种注浆材料的黏度时变性、不同龄期固结体强度以及固结体孔隙结构特征。分析表明：S-P、C-S两种浆液黏度与时间均呈非线性关系;S-P浆液固结体强度远高于C-S,可更好地满足地层原位改性要求;不同养护期的S-P浆液固结体孔径分布基本一致,内部孔隙结构稳定。然后,以顾桥矿东区-1 000m车场巷道软岩底鼓注浆治理为工程背景,选用S-P浆液进行注浆,采用瞬变电磁法及震电磁三场法探测注浆效果,结果表明：S-P浆液的渗透性、封水性及固结体强度均优于常规水泥浆液,对岩体微隙空间充填效果良好,可作为应急抢险类工程的优选注浆材料。研究结果可为类似注浆工程浆液材料选取提供一定参考。     

激发剂在尾矿固化中的应用研究

以采用工业粉状废物为主要原料配制的无水泥固结剂对细粒铁尾矿膏体进行固化处理,以三乙醇胺、氯化钙、水玻璃为激发剂来提高固结剂的活性,重点研究这3种激发剂在单掺或复掺时对固结体抗压强度的影响。结果表明,激发剂单掺时,水玻璃的激发效果要明显优于三乙醇胺和氯化钙,水玻璃掺量为0.75%时,其激发效果最好,固结体7d抗压强度比不掺激发剂时提高了29%;水玻璃与三乙醇胺复掺时的激发效果最优,当水玻璃掺量为0.75%、三乙醇胺掺量为0.035%时,固结体7d抗压强度达到1.4MPa,比单掺水玻璃时提高了16%。     

不同土体中水泥-水玻璃浆液的扩散规律

为研究不同土体中水泥-水玻璃浆液扩散规律,基于浆液劈裂土体形成的裂缝形状和宾汉流体在平板裂缝中的流变方程,推导出不同土体中水泥-水玻璃浆液黏度、流量、注浆压力差、浆液扩散距离的计算公式,计算分析不同土体中水泥-水玻璃浆液的黏度、注浆压力以及裂隙高度对浆液扩散距离的影响。研究结果表明:浆液扩散距离随浆液黏度的增大呈非线性减小,随注浆压力的增大呈非线性增大,裂隙高度增大使浆液扩散距离迅速增大;通过注浆后工程现场取芯试验对计算结果进行分析,验证了不同土体中浆液扩散距离和劈裂缝高度的关系。     

劈裂压浆法在加固黄土铁路路基基床工程中的应用

本文结合整治湿陷性黄土路基病害的具体工程实例对劈裂压浆法加固黄土路基基床的工程应用进行了分析研究。劈裂压浆是利用路基的最小主应力面和堤轴线方向一致的规律,以土体水力劈裂原理,沿线路纵向布孔,在压浆压力下,以适宜的浆液为能量载体,有控制地劈裂路基,在路基形成密实、竖直、连续、一定厚度的浆液防渗固结体,同时与浆脉连通的所有裂缝、洞穴等隐患均可被浆液充填密实,从而提高基床表层土体稳定性。具有广阔的应用前景。     

黏土水泥浆水化固结微观特征研究

通过注浆堵水方式来治理陕北地区露天煤矿水害问题,以提高注浆堵水效果,对黏土水泥浆固结体的水化过程和固结机理进行研究。采用X射线衍射试验和扫描电镜试验相结合的方法,探究不同浆液配比与不同养护龄期的水化产物含量和固结体的微观形貌特征。结果表明：浆液的水化产物主要有水化硅酸钙(C-S-H)、钙矾石以及还没完全水化的石英SiO₂,随着水化反应的进行,C-S-H和钙矾石等凝胶物质含量逐渐增加,固结体强度增强;黏土多有利于固结体生成更多的凝胶团,加强结构的抗渗性;水泥加量过少,生成的硅酸钙等胶体微粒不足,大量黏土颗粒不能有效生成凝胶物质参与固化反应,导致固结体强度不足;随着水固比的增加,固结体的孔隙也相应变少变小;在黏土水泥浆水化期间生成了大量黏土-水泥球凝胶团以及C-S-H凝胶,黏土-水泥球凝胶团之间相互吸附、连接成片,同时C-S-H对裂隙进行填充并连接成网。黏土水泥浆液水固比1.5∶1,水泥加量为20%～40%时,浆液固结体的阻水效果优异,可为工程实践提供参考。     

亲水性PU预聚体对PU/水玻璃注浆材料的增容性研究

以MDI-50和PEG400为单体合成端NCO的亲水性聚氨酯预聚体,利用预聚体制备改性PU/水玻璃双组分杂化注浆材料.对注浆材料固结体的力学性能和断面形貌进行表征,结果显示,亲水性预聚体对聚氨酯/水玻璃两相的相容性改善明显,注浆材料的黏结、拉伸、冲击强度显著提升.结合预聚体黏度综合考虑,以nNCO/nOH为2时合成得到的预聚体,添加量w为25%时,浆液黏度较低,流动性好,且固结体的综合力学性能最佳,其中黏结强度为4.32 MPa,冲击强度为16.9kJ·m~(-2).     

水泥膨润土泥浆固结体渗透性与微观结构的关系

采用压汞试验测定了水泥-膨润土泥浆固结体的孔隙结构特征,通过室内渗透试验测定了固结体的渗透系数。在试验结果基础上,分析了水泥、膨润土用量及固结体微观孔隙特征参数与其渗透性之间的联系。研究结果表明：水泥-膨润土泥浆固结体的渗透性主要受其临界孔径的控制,临界孔径越小,抗渗性越好。其余孔隙结构特征参数与固结体的渗透特性关系不大。随着水泥、膨润土用量的增加,固结体的临界孔径会逐步减少,并且,水泥用量对临界孔径的影响比膨润土更显著。     

新型自胶结堵漏剂的研制

针对现有桥接堵漏剂存在的问题,研制出一种新型自胶结堵漏剂.自胶结堵漏剂为形状不规则的固体颗粒,在水介质环境中发生化学反应,其反应产物充填于颗粒之间,使自胶结堵漏剂胶结在一起,形成具有一定强度的固结体.试验结果表明:自胶结堵漏剂胶结速率及固结体的抗压强度受温度、颗粒粒径及外加剂影响,可通过颗粒粒径及添加剂进行调节;固结体具有一定渗透性,且其渗透率可调,适合于油气层堵漏.     

煤矿开采覆岩离层注浆浆液配比优化试验研究

覆岩离层注浆充填技术是一种煤矿绿色开采新技术,能有效控制离层上方的地表沉陷,对保护地表建筑物安全及生态环境稳定具有重要意义。为了探究离层注浆浆液最优配比,选取水固比、固相比、水玻璃掺量和悬浮剂掺量4个浆液性质的主要影响因素,采用正交试验和单因素试验的方法探究各因素对浆液的相对密度、黏度、析水率和结石率的影响。试验结果表明,水固比是控制浆液性质的主控因素。其他影响因素中,固相比对黏度影响较大,水玻璃掺量对析水率、结石率影响较大。单因素实验中,各电厂粉煤灰浆液随水固比减小,浆液析水率减小,结石率增加,黏度增加,即浆液中粉煤灰质量比越大,浆液稳定性和填充效果越好,但扩散半径越小。随着水固比减小,达到某一水固比值后,浆液黏度将显著增大。不同电厂粉煤灰浆液性质不相同,因此在注浆前对拟用粉煤灰进行试配是必要的。     

水泥类注浆液性质研究

水泥是较便宜的注浆材料,其固结性能良好,结石强度高,无毒性,是目前应用最广泛、用量最大的注浆材料。在实际工程中水泥类浆液一般分为纯水泥浆液与水泥-水玻璃浆液。目前在进行浆液配制时最常用的是普通硅酸盐水泥,该文也将只就此类性水泥浆液进行研究。     

复杂煤矿区帷幕注浆浆液及其隔水机理

结合某煤矿区多年难以治理的水害隐患及其复杂的地质条件,以普通硅酸盐水泥、粉煤灰和外加剂作为材料,通过室内实验方法先后配制单液水泥浆液、水泥水玻璃浆液和水泥粉煤灰浆液,并对基浆液的性能指标进行测试分析.根据矿区内的岩层及煤系地层的含(隔)水层水文地质特征,采用下行式分段注浆方案,即对顶板软弱层采用高压旋喷注浆技术,对岩层或煤系地层则采用自流式静压注浆相结合的复合注浆技术,当出现注浆量突变时采用投入骨料(河砂)、间歇式注浆和添加速凝剂等施工预案.研究结果表明:浆液对土体的作业机理主要表现为喷射切割作用、搅拌置换固结作用、渗透作用、劈裂作用与挤密作用;煤系地层的注浆量主要与采空区内的位置、导水裂缝带高度和注浆序列有关,帷幕墙能抵御该地区多次特大洪水的侵袭.     

堤坝劈裂灌浆浆液的固结效应

针对堤坝劈裂灌浆防渗加固中浆液固结机理,结合实际劈裂灌浆施工过程,采用了有限差分数值计算方法开展数值模拟,基于应变硬化-渗流耦合模型,探讨了浆液渗流固结的变化规律,分析了浆液在灌浆、停灌和复灌不同阶段的孔隙水压力、坝体应力水平增量等变化特征,得到了浆液在不同阶段的扩散形态和应力水平增量沿不同路径的分布特征,揭示了堤坝劈裂灌浆浆液在土体内渗流固结机理.计算结果表明:堤坝劈裂灌浆过程中浆液以灌浆轴线为中心线,向坝体四周扩散,对称分布;随着灌浆次数的增加,浆液在坝体内渗透所产生的孔隙水压力也逐渐增大,浆液扩散区域也逐渐增大,从而更为有效地填充坝体内所存在的病害体,改善坝体内应力状态,提高坝体防渗效果.     

碳酸钙-酸性水玻璃注浆材料对比试验

研究碳酸钙-酸性水玻璃注浆材料胶凝时间随着加入碳酸钙质量的变化规律, 同时,选择凝胶时间适宜的胶体,测定纯胶凝体强度随着时间的变化关系,并选择较好的配比作固砂强度测试实验.此外,还作水玻璃-乙二醛浆液的对比试验.研究结果表明:浆液的胶凝时间并非随着碳酸钙质量的减少而均匀增加,而是会突然增长,这是由于碳酸钙在提高溶胶pH过程中存在一个突变范围;纯胶凝体随着时间的增长,强度相应增加,同时随着碳酸钙质量的增加,纯胶凝体的强度也相应增加,这与碳酸钙-酸性水玻璃体系的反应机理密切相关,体系中的活性Ca+与一系列的硅酸根离子反应形成硅酸盐沉淀,沉淀颗粒充斥于溶胶体中形成骨架.而浆液固砂体强度与碳酸钙加入量的变化关系不明显.     

水泥掺量对红粘土固结体抗剪特性影响的试验研究

为探讨水泥掺量对红黏土固结体抗剪强度特性的影响规律,本文以大掺量水泥对红黏土固结体抗剪强度指标的影响为切入点,室内制备了四种不同水泥掺入比的红黏土固结体试块,开展了不同法向应力条件下的红黏土水泥固结体直接剪切试验。试验发现:随着水泥掺量的不断增大,红黏土固结体的剪应力-剪位移关系曲线上峰值应力跌落现象逐渐显现;红黏土固结体抗剪强度指标随水泥掺量的增大而提高,但是粘聚力与内摩擦角的增大规律并不相同:粘聚力的增大速率随水泥掺量的增大而不断减小,内摩擦角的增大规律随水泥掺量的增大而呈"S"型。     

碱激发粉煤灰-矿渣灌浆材料的流变性与流动性

采用Brookfield R/S plus流变仪和Marsh筒分别研究了碱激发粉煤灰-矿渣灌浆材料的流变性和流动性,并探讨了硅酸钠溶液模数和固含量、矿渣掺量的影响;采用灰色关联度分析法探究了流变性与Marsh流动性之间的关联性.研究表明:下端出口内径为10 mm的Marsh筒适用于碱激发粉煤灰-矿渣灌浆材料的流动性测试;碱激发粉煤灰-矿渣灌浆材料为流变性指数大于1的剪切增稠浆液,流变性与Marsh流动性存在经时突变性;当水玻璃模数为1.7、水玻璃用量为18%、矿渣掺量为10%时,浆液具有良好的工作性能;浆液Marsh流动度与浆液屈服应力和塑性黏度之间的关联度均大于0.8,关联性良好,其中在20 s~(-1)剪切速率时流变性与Marsh流动性的关联性最好,可采用Marsh筒法来检测评价浆液的流变性.     

地层渗透性差异对壁后注浆浆液固结特性影响研究

壁后注浆浆液注入盾尾间隙后,在固结压力和地层土水压力作用下逐渐从流动状态转变为固体状态,不同地层的渗透性对浆液固结过程影响明显.针对粉质黏土、粉细砂和砾砂等三种渗透性差异较大地层,开展不同固结压力下的浆液固结试验.结果表明:在低渗透性的粉质黏土层中,0.2 MPa下孔压消散耗时110 min,孔压消散缓慢,轴向应变速率小;在渗透性较大的砾砂地层中,0.4 MPa下孔压消散仅耗时5 min,孔压消散速率和轴向应变速率均较大,渗透性较大地层中固结压力对固结过程影响较小;各养护龄期下,浆液在粉质黏土层中固结后强度较小且增长较慢;而在粉细砂及砾砂地层中,强度较大且增长快,固结压力对强度影响很小,地层渗透性差异在固结过程中起到了决定性作用.     

锚固工程早强型普通硅酸盐水泥浆液的试验研究

在分析各种外加剂作用机理的基础上,选用氯化钠、三乙醇胺、水玻璃等价格比较低廉的水泥外加剂,对锚固工程普通硅酸盐水泥浆液进行改性的研究。通过室内水泥浆液配制试验优选出水泥外加剂类型及加量比例,使普通硅酸盐水泥浆(2—3d)凝期的抗压强度得以提高,加快了锚固工程施工速度。     

矿物掺合料对水泥-水玻璃注浆材料性能的影响

为保证道路工程注浆材料具有良好的工作性、抗水分散性和较少的泌水率,采用粉煤灰和矿渣微粉为矿物掺合料、膨润土为浆体稳定剂以及水玻璃为促凝剂,研究了矿物掺和料种类及含量对水泥基-水玻璃双液注浆材料性能的影响规律。结果表明,适量的粉煤灰可以提高水泥基浆液的流动性,而且可以有效增加水泥基浆液的有效水胶比;矿渣微粉对水泥基浆液的流动性无明显影响,但可有效提升水泥基浆液结石体后期抗压强度;以粉煤灰为矿物掺合料的水泥基-水玻璃双浆材料力学性能优于矿渣微粉,但矿渣微粉对浆液结石体的孔结构改善效果更好。     

水平井高性能环氧泡沫固砂体系研究

目前水平井由于井段长、地层非均质等原因出砂问题严重。常用的机械防砂不能从根本上解决地层出砂的问题。实验研制出了一种密度低、流变性好的高性能环氧泡沫固砂体系,该体系的最佳配方为:浓度为60%的环氧乳液∶起泡剂∶泡沫稳定剂∶固化剂∶偶联剂∶石英砂=20∶0.1∶1∶3∶0.4∶100(质量比)。通过对温度、砂粒粒径等因素对体系的固砂性能和适应性进行了综合评价,泡沫固砂体系在(60—90)℃范围内具有较好的固砂效果,固结体的抗压强度可达到7.0 MPa,渗透率可保持4.0μm2左右,砂粒粒径对体系影响较大。对固结体的耐介质性进行了考察,表明体系具有较好的耐酸、耐油和耐水性能。通过可视化模拟体系注入、固砂、反排情况,该体系注入剖面较为均匀,在高渗带无明显指进现象,且对高渗带出砂有良好的控制作用,易反排,对渗透率影响不大。     

高性能水平井环氧泡沫固砂体系研究

目前水平井由于井段长、地层非均质等原因出砂问题严重。常用的机械防砂并没有从根本上解决地层出砂的问题。实验研制出了一种密度低、流变性好的高性能环氧泡沫固砂体系,该体系的最佳配方为：浓度为60%的环氧乳液：起泡剂：泡沫稳定剂：固化剂：偶联剂：石英砂=20：0.1：1：3：0.4：100（质量比）。通过对温度、砂粒粒径等因素对体系的固砂性能和适应性进行了综合评价,泡沫固砂体系在60-90℃范围内均具有较好的固砂效果,固结体的抗压强度可达到7.0MPa,渗透率可保持4.0μm2左右,砂粒粒径对体系影响较大。对固结体的耐介质性进行了考察,表明体系具有较好的耐酸、耐油和耐水性能。通过可视化模拟体系注入、固砂、反排情况,该体系注入剖面较为均匀,在高渗带无明显指进现象,且对高渗带出砂有良好的控制作用,易反排,对渗透率影响不大。