水泥-红黏土注浆堵水性能试验及现场应用研究

为解决纯水泥浆注浆成本高、结石率低及凝结时间长等问题，对水泥-红黏土注浆材料进行研究。通过试验，分析水固比和红黏土掺量对浆液析水率、结石率、流动度、黏度及凝结时间的影响规律。结果表明，水固比一定时，浆液中红黏土掺量与析水率呈负相关，与结石率呈正相关；纯水泥浆液中掺入红黏土，流动度减弱，掺入红黏土可有效降低浆液凝结时间，浆液凝结时间与红黏土掺量呈负相关。浆液水固比为0.8,红黏土掺量为50%时，效果较优，初始黏度低，流动度接近纯水泥浆液，与传统水泥浆液相比，凝结固化时间低，析水率低，结石率达95%以上；通过现场工业试验，单孔每米注浆可节省水泥量约213 kg,大大减少水泥用量，降低注浆成本，检查孔检测注浆后透水率为3.52 Lu,防渗堵水效果较好，对地下水进行有效拦截，保证矿山安全可持续开采。     

高湿环境中磷尾矿基地质聚合物凝结硬化机理

为解决地质聚合物注浆材料在高湿环境中凝结硬化速率无法控制的问题,利用碱激发粉煤灰和磷尾矿制备地质聚合物注浆材料,研究其在采空区高湿环境中凝结硬化的主控因素。利用傅里叶红外光谱（Fourier transform infrared spectrometer,FTIR）、X射线衍射光谱（X-ray Diffraction,XRD）和扫描电镜 （Scanning electron microscope,SEM）对地质聚合物的凝结过程、硬化结构特征和反应机理进行分析,得出以下结论：地质聚合物注浆材料的凝结硬化受水固比、粉煤灰添加量、激发剂碱浓度和模数的影响,调节地质聚合物的凝结硬化主要利用凝胶体的生成-分布-固化过程。水固比过高凝胶体会被稀释,过低会难以控制凝结时间;适当提高粉煤灰的添加量会促进地质聚合物的凝结;激发剂碱浓度的提高有助于原料中硅铝和钙质溶解,增加凝胶体的生成量,碱过量会导致地质聚合物泛碱;激发剂模数的增大会使浆液中的气体和水分难以排出,降低地质聚合物中各物质间的相互作用,增加地质聚合物的凝结时间。当水固比为0.5~0.75,粉煤灰和磷尾矿的质量比为1~1.2,H2O和Na2O的摩尔比为20~25,碱激发剂模数为1.5~2时,制备的地质聚合物可以满足凝结硬化 的要求。     

改性水泥-水玻璃注浆材料防渗性能试验研究

为了使水泥-水玻璃注浆材料在注浆中得到更广泛的应用,通过室内配比试验和扫描电镜分析对5%膨润土掺量下水泥-水玻璃体积比和粉煤灰掺量对水泥-水玻璃(C-S)浆液性质的影响进行研究,并开展现场试验对该改性浆液的防渗性能进行了研究。结果表明:(1)改性C-S双液的凝胶时间有所延长,且凝胶时间随着C-S体积比的增大而缩短、粉煤灰掺量的增大而延长;(2)浆液结石体的抗压强度和抗折强度都随C-S体积比的增大都呈现先增大后减小的趋势并在体积比约为2时达到最大,浆液结石体的抗压强度随粉煤灰掺量的增大而降低,结石体7 d抗折强度随着粉煤灰掺量的增加先增加后减小,试验条件下,粉煤灰掺量为25%取得最大抗折强度;(3)通过扫描电镜对结石体微观结构分析得出,粉煤灰掺量为25%、C-S体积比为2的配比下水泥的水化反应最充分,粉煤灰的微集料反应发挥最佳;(4)通过现场防渗试验验证了研发浆液材料的防渗性能满足规范要求。改性C-S浆液较好地结合了几种材料的优点,建议采用的材料配比为25%粉煤灰、5%膨润土、70%水泥,C-S体积比为2。     

改性水泥注浆液的性能及其在巷道加固中的应用

水泥注浆可以有效控制巷道变形,但可注性较差。为了解决这一问题,向水泥中添加一种外加剂。通过对不同配比改性浆液做流动度、黏度、凝结时间、析水率和抗压强度试验,得到当外加剂掺量(质量分数)为5%,水灰比为0.5时,浆液的可注性和注浆质量均较好,满足施工要求。将试验结果应用到某矿1110巷道加固工程中,结果表明改性浆液能有效控制巷道变形,提高巷道支护的稳定性,大幅度减少巷道返修率。     

合肥地铁盾构施工浆液配比优化试验研究

盾构施工中同步注浆即通过注浆泵及注浆管将浆液材料填入盾尾间隙,同步注浆材料是决定注浆成败的关键因素之一,直接影响注浆成本、注浆效果、注浆工艺等。针对目前有关膨胀土层同步注浆浆液配比研究缺失这一问题,基于合肥特殊的工程地质条件,以合肥地铁1号线工程中使用的浆液材料为研究对象,通过室内试验,采用单因素与正交设计相结合的试验方法,对浆液材料水泥、粉煤灰、砂、膨润土、水不同配比下浆液的析水率、抗压强度、黏度、结石率进行极差分析。结果表明:同步注浆的配比是影响浆液抗压强度和析水率的关键指标,并提出了适合膨胀土地层条件下地铁盾构同步注浆浆液的优化配方,对类似地层条件下浆液配比的选取具有参考价值。     

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。     

固体NaOH/Na2SiO3激发矿粉/粉煤灰-炉渣基注浆材料性能研究

以矿粉和粉煤灰-炉渣作为前驱体,其中粉煤灰、炉渣以质量比4:1共同粉磨制备前驱体之一,以NaOH和Na₂SiO₃配制模数为1.2的固体激发剂,制备碱激发注浆材料。研究粉煤灰-炉渣的掺量、激发剂的掺量(以Na₂O计)对注浆材料工作性能和力学性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对水化产物进行物理化学表征,使用核磁共振分析注浆材料孔结构特征。研究结果表明：粉煤灰-炉渣掺量为50%的注浆材料的28 d最大抗压强度达31.25 MPa。水化产物主要为C-A-S-H凝胶,浆液结石体内部孔隙主要为胶凝孔(孔径<10 nm)和过渡孔(孔径为[10～100) nm),占比超过90%。     

锂土改性水泥-水玻璃浆液的试验

锂基膨润土（简称锂土）具有吸水能力强、吸附能力好、悬浮性能高等优点,有望弥补水泥-水玻璃（cement-sodium silicate,CS）浆液易离析、凝胶时间调节精度有限等缺陷。为查明锂土对CS浆液性能的影响,以质量比为0%,5%,10%,15%,20%,25%和30%的锂土替代CS浆液中的水泥,考察了锂土对CS浆液的表观黏度、析水率、凝胶时间、早期抗压强度和水化产物的影响,得到了最优配合比。试验结果表明,锂土增加了浆液的表观黏度,有效降低了CS浆液的析水率,提高了浆液稳定性;在锂土掺量为10%以内时,可以缩短浆液的凝胶时间,而在锂土掺加20%左右时,可以提高浆液的早期强度。可见锂土能有效弥补CS浆液的缺陷。X射线衍射结果表明,锂土未改变CS浆液的水化产物类型。     

水泥-膨润土浆液配比及适用性研究

水泥浆液中掺加膨润土,有利于改善注浆时出现浆液回浓快、吃水不吃浆等问题.其性能的改善受控于膨润土掺量和水固比,而析水率、流动度、终凝时间是评价浆液注浆性能优劣的主要指标点.因此,进行了膨润土掺量和水固比对水泥-膨润土浆液析水率、流动度、终凝时间的影响性分析.得到如下结论:不同膨润土掺量的浆液流动度均随水固比增加而增加,相同水固比对应浆液流动度随膨润土掺量增加而降低;膨润土抑制水析出的效果,在水固比达到一定值后开始下降;不同水固比下的终凝时间,随着膨润土掺量的增加,其终凝时间是先增加后下降的.     

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.     

掺复合碱激发剂的矿渣水泥稳定碎石基层路用性能研究

为了克服矿渣水泥稳定碎石基层早期强度不足的问题,选择氢氧化钠与硅酸钠两种碱性激发剂对矿渣水泥的活性进行激发,根据单掺试验结果掺配出一种复合碱激发剂,并研究了该复合碱激发剂对水稳碎石基层无侧限抗压强度、劈裂强度、抗弯拉强度、抗压回弹模量及干缩性能的影响。试验结果表明,掺入氢氧化钠或硅酸钠均能有效激发矿渣水泥的活性,二者的合理掺量分别为6%与4%,按此合理掺量复配而成的复合碱激发剂具有比单掺更优异的效果;该复合碱激发剂较好地提高了基层试块的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗弯拉强度、抗压回弹模量,但对干缩性能产生了不利影响。     

掺膨胀剂水泥-黏土浆体膨胀性能的试验研究

针对传统水泥灌浆材料析水率较大、固相体积收缩,导致地基加固质量下降的问题,以黏土为掺合料,硫铝酸钙类膨胀剂为主要添加剂,采用正交试验研究改性水泥浆体的膨胀性能,探讨了水固比、黏土掺量、水玻璃掺量和膨胀剂掺量对浆体限制膨胀率的影响,得到了注浆浆体最佳配合比.研究结果表明:加入一定比例的黏土、水玻璃和膨胀剂可以提高水泥浆体的膨胀率.限制膨胀率随龄期先增大后减小.水固比对限制膨胀率的影响最大,其次是膨胀剂掺量.限制膨胀率随水固比的增大而减小,随膨胀剂掺量的增大而增大.水固比0.6、黏土掺量15%、水玻璃掺量2%和膨胀剂掺量为12%时为工程应用的参考配合比.     

膨胀岩地区盾构壁后纤维注浆材料试验研究

为研究膨胀岩地区纤维注浆材料与膨胀岩相互作用的规律,以南宁轨道交通一号线穿越膨胀岩区域为依托背景,开展纤维壁后注浆材料力学性能研究,选取3组工程常用配比,分别掺入0.9 kg/m3、1.5 kg/m3、2.0 kg/m3聚丙烯纤维,进行抗压、劈裂抗拉、抗折试验。并自行设计模型试验装置,就掺入1.5 kg/m3纤维时注浆材料与膨胀岩相互作用开展模型试验及数值分析。试验结果表明:(1)与普通注浆材料相比较,纤维对注浆材料的强度影响较小,对其韧性增强作用明显,掺量1.5 kg/m3时,增韧效果最明显,相比普通试块,纤维掺量1.5 kg/m3及以上时挠度增加均在30%以上;(2)相对于普通浆液,相同条件下,纤维浆液使膨胀力衰减32%;(3)当膨胀力增至160 k Pa时,纤维浆液使管片最大正弯矩和最大负弯矩分别减小31.6%和24.2%,可见纤维注浆材料能有效减小膨胀岩膨胀变形对盾构管片的影响。     

水泥/粉煤灰碱改性对废弃粉质土砂配制盾构壁后注浆性能的影响

盾构废弃粉质土砂矿物组成复杂、泥质含量高,易引起水化反应不彻底及团聚现象,导致浆液性能的劣化,然而,使用废弃粉质土砂配制壁后注浆浆液,替换商品砂比例只能在30%～40%才能满足现场及通用指标要求。依托实际工程现场开展高掺量废弃粉质土砂部分替换商品砂(60%)配制壁后注浆实验,分析水泥及粉煤灰碱改性策略对高掺量废弃粉质土砂壁后注浆浆液性能影响规律。结果表明,当改性水泥替换比例不超过50%时,对粉质土砂壁后注浆具有积极的影响,可以在缩短凝结时间和降低泌水率的同时,使流动度与抗压强度依然符合通用指标;改性粉煤灰相较于改性水泥对浆液的影响比较小,但在小幅降低浆液抗压强度的同时,仍可以有效缩短浆液的凝结时间和泌水率。分析原因在于,水泥进行碱性改性,加速了水泥的水化反应,进而可以缩短浆液的凝结时间且对于用水量也会有所影响,进而也会影响浆液的流动度以及稠度;而粉煤灰减改性则破坏了粉煤灰中莫来石和石英原本有序的玻璃相结构,虽然后期产生的C-A-S-H(水化硅铝酸钙)对力学性能有一定的影响,但由于粉煤灰转化为沸石样物质的原因,仍然可以优化浆液的凝结过程及用水量。     

水玻璃对水泥—粉煤灰浆液注浆性能的影响试验研究

水玻璃是一种常见的速凝剂,在岩土工程中得到广泛应用。使用水泥与粉煤灰浆液进行注浆施工,具有节约成本、低碳环保的重要意义。本文在室内试验的基础上,研究不同掺入量的水玻璃对水泥—粉煤灰浆液在抗压强度、凝结时间、流动度等方面的影响。研究结果证明,水玻璃掺入量在3%时,才能使浆液的注浆性能达到最佳状态。     

矿粉掺量对膨胀稳定性浆液性能的影响

为解决普通水泥浆液析水率高、结石体体积收缩的问题,首先,以普通水泥浆液为基础,通过掺加膨润土和外加剂配制出一种膨胀稳定性浆液,进而掺加矿粉等量替代水泥;然后,分析矿粉掺量对浆液析水率、流动度、凝结时间以及结石体抗压强度、膨胀性、抗硫酸盐侵蚀性能的影响规律;最后,采用XRD和SEM方法分析矿粉对浆液水化产物以及结石体微观结构特征的影响。研究结果表明：掺加矿粉不仅能保证浆液稳定性,而且能有效提高浆液的流动度和胶凝时间,有利于浆液在地层中的注入与扩散;掺加矿粉能够明显提升结石体强度和抗硫酸盐侵蚀能力,且当矿粉掺量比为45%时,提升效果最明显,而结石体自由膨胀率明显下降。随矿粉掺量增大,结石体内钙矾石衍射峰降低且数量减少,表明矿粉不利于结石体膨胀性的发挥;二氧化硅衍射峰随龄期增长而降低,矿粉掺量比为60%时,结石体内仍可见矿粉颗粒,表明矿粉活性随养护龄期增长而逐渐激发,但掺量过大时,矿粉无法完全反应,导致结石体强度增幅减小。掺加矿粉有利于提升膨胀稳定性浆液可注性、强度与抗侵蚀能力,但不利于发挥其膨胀性。     

改性草浆碱木素减水剂的制备与性能评价

针对草浆碱木素化学改性,研究了引发氧化和磺化制备改性草浆碱木素减水剂(MLP)的工艺参数,通过测定MLP的红外光谱、MLP在水泥颗粒表面的吸附量、水泥ζ-电位、MLP水溶液的表面张力及掺MLP的水泥净浆流动性,对MLP进行了表征,并试验研究了掺MLP的混凝土性能.试验结果表明:通过对草浆碱木素进行氧化改性和磺化改性,可获得含有羟基、磺酸基等官能团的木质素磺酸盐减水剂,减水率达到15.2%;碱木素经改性后,表面活性提高,通过吸附一分散作用,降低水泥颗粒的ζ-电位,并可显著降低水的表面张力;掺MLP的混凝土性能符合高效减水剂国标要求.草浆碱木素经氧化和磺化改性后,不仅可代替木浆木质素磺酸盐使用,而且因其具有高效减水剂的性能指标,还可单独作为高效减水剂使用,或部分取代萘系高效减水剂.     

岩溶地基改性注浆材料力学性能及其孔隙结构特征

为了制备高速铁路岩溶地基加固工程及高性能水泥基材料,研制一种改性高聚物即水泥基(HPC)注浆材料,对其与常规水泥浆液(Blank)、水泥-水玻璃(C-S)的力学性能及体积稳定性等进行室内试验对比分析;运用压汞测试技术(MIP)探究其硬化后浆体微观组构与宏观力学性能间的本质关联性。研究结果表明:在28 d龄期下,Blank,C-S和HPC试件单轴抗压强度与龄期为7 d的相比分别增大77%,20%和78%,体积损失率分别为18.3%,4.9%和1.2%;聚合物体系的协调效应减小了传统水泥基注浆材料体积失稳及因单掺速凝剂导致后期强度发展缓慢的缺陷;复合掺用多高聚物显著降低了硬化水泥浆体内部孔隙直径即孔径,使孔径分布趋于细化;在28 d龄期下,不同体系的HPC浆体抗压强度与材料内部孔隙率、阈值孔径均呈指数关系,与平均孔径呈线性负相关,揭示其孔隙结构分布特征可有效反映HPC浆体力学性能的变化规律,降低孔径有利于提升其力学性能。     

掺铜渣水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能

本试验通过改变铜渣比表面积和激发剂用量并以10%、20%、30%的掺量掺入硅酸盐水泥制成水泥胶砂试件,在硫酸盐溶液中侵蚀一定龄期,研究不同性状的铜渣水泥试件抗蚀性能的变化规律。同时利用XRD衍射试验对试件侵蚀产物进行分析。试验结果表明:铜渣活性被激发后,与水泥水化产物Ca(OH)2发生化学反应,生成的水化硅酸钙可提高水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能;而激发剂Na_2SO_4的引入,可直接增加水泥基内部的硫酸根离子的浓度,对水泥基的抗硫酸盐性能有不利影响。     

水泥-水玻璃双液注浆材料工程性能及孔隙结构

水泥-水玻璃双液注浆材料由于其凝胶时间短、早期强度高、材料经济且来源广泛等诸多优点,而被大量用于工程注浆堵水中.通过黏度试验、凝胶时间试验、线膨胀试验与低温氮气吸附试验,深化了对双液注浆材料基本性能的认识,同时结合试验结果提出最优双液注浆材料配合比.凝胶时间试验表明,在水泥掺量增加、温度升高的过程中,浆液的凝胶时间从148~367s减少到71~211s;黏度试验表明,由20℃升温到50℃时,黏度从10.39~178.57m2/s非线性降低到6.84~83.58m2/s,浆液表现出明显的非牛顿流体的特性;浆液结石体低温氮气吸附条件下,浆液孔径分布在2~10nm,浆液孔隙分布均匀,不易发生渗漏现象;凝固后的浆液结石体线膨胀系数在30℃到60℃有下降趋势,但浆液仍表现为热膨胀性,而在大于70℃时线膨胀系数变为负值,浆液结石体出现收缩性质.