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。     

铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料性能与机理分析

为促进岩土工程绿色发展,提高尾矿资源化利用效率,选取铜尾矿制备铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料,研究水固比、铜尾矿掺量、碱激发剂用量及碱激发剂模数对改性浆液各性能指标的影响规律及微观机理。研究结果表明：掺入尾矿有利于改善改性浆液力学性能,掺入碱激发剂能提高改性浆液整体的反应程度,减小改性浆液析水率;综合考虑各项性能指标,选取改性浆液最佳配比,即水固比为1.0,铜尾矿掺量为30%(质量分数,下同),碱激发剂用量为4%,碱激发剂模数为1.6;相较于纯水泥浆液,改性浆液最佳配比黏度减小11.1%,流动度增大22.3%,析水率减小29.7%,28 d结石体抗压强度仅减小9.5%,耐久性能良好;改性浆液发生地聚合物反应形成了具有三维空间网状结构的C-A-S-H凝胶和N-A-S-H凝胶等胶凝物质。本研究成果可为岩土工程提供高性能低成本的注浆材料,同时还将为尾矿等固废材料资源化利用提供参考。     

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。     

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.     

纳米硅溶胶改性水泥基材料性能及机理分析

针对普通水泥基材料存在早期强度低、抗变形能力弱等问题，通过纳米硅溶胶对水泥基材料进行改性，采用电液伺服万能试验机、X射线衍射及扫描电镜等手段对纳米硅溶胶改性不同水灰比水泥基材料的流动性、结石率、单轴抗压强度、弹性模量、水化产物及微观形貌进行研究。结果表明：硅溶胶掺量在0.5%以内、水灰比小于1.0时可显著提高水泥浆液的流动性，最大提高20.24%;结石率随着纳米硅溶胶掺量的增加而增大，且硅溶胶对水灰比大于0.7浆液的结石率提高明显，最大提高24.49%;当硅溶胶掺量为2%时，结石体的抗压强度增幅最大且随着养护龄期的增加，硅溶胶对试样强度的增幅效果逐渐减弱；纳米硅溶胶的掺入促进水泥基早期的水化反应，与水化产物反应生成水化硅酸钙凝胶(C—S—H)并使微观形貌更加致密，使结石体的早期抗压强度及弹性模量显著提高；纳米硅溶胶通过缩短诱导期以及在颗粒空隙中为C—S—H提供成核位点促进水化反应，提高水泥基材料性能。     

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.     

硅灰对水泥净浆与砂浆性能及砂浆结构影响的研究

探讨不同掺量的硅灰对水泥净浆与砂浆性能及砂浆结构的影响.结果表明:掺入硅灰可以减缓水泥早期水化反应速度,使水化产物减少,结构疏松,使水泥砂浆早期强度有所下降.掺入适量的硅灰可以提高水泥后期水化反应速度,使水化产物增多,提高水泥砂浆的密实度,并能促使水化反应长期进行,从而提高水泥砂浆的后期与长期强度;硅灰的优化掺量为8%.掺入硅灰会降低水泥净浆的流动性,增加水泥的凝结时间,但水泥的安定性均为合格.     

循环流化床灰渣作为水泥混合材的研究及性能改善

试验研究了掺CFB灰渣水泥性能随灰渣掺量的变化规律,并探讨了添加激发剂和机械粉磨处理灰渣对水泥性能的影响。结果表明,随CFB灰渣掺量的增加,水泥强度随之降低,而当灰渣在水泥中的掺量不大于30%时,水泥强度可达到42.5水泥级别,当其掺量不大于40%时,水泥强度仍可达到32.5水泥级别。激发剂A能有效提高水泥早期强度,而激发剂B对提高水泥后期强度的贡献较大,同时激发剂A使粉煤灰和炉渣的28 d反应程度分别提高4.1%和3.5%,并促进掺灰渣水泥的水化产物中C-S-H凝胶增多,提高产物结构致密度。机械粉磨处理后能有效提高粉煤灰的活性,水泥强度和粉煤灰反应程度与粉磨时间成正比关系,而粉煤灰需水量比随粉磨时间的延长而先下降后升高。     

不同养护温度下硫铝酸盐水泥的水化特性

研究了无水石膏掺量不同的硫铝酸盐水泥在5℃、20℃和40℃下的凝结时间、强度发展、干燥收缩率及水化产物等.结果表明:无水石膏虽能促进水化产物钙矾石的生成,但对硫铝酸盐水泥熟料水化的影响效果直接取决于养护温度——5℃下,无水石膏会显著延缓早期水化,使凝结时间大幅延长,早期强度显著降低;而20℃和40℃下作用效果相反,因为石膏的掺入能有效抑制高温下钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙的转变,所以40℃下掺加石膏所得硫铝酸盐水泥砂浆的抗压强度较不掺时有不同程度的提升.     

风化岩层岩渣配制的盾构同步注浆浆液性能及微观形貌分析

为探索泥水盾构穿越风化岩层时产生的大量岩渣的再利用问题,依托南京和燕路过江通道工程,采用岩渣代替部分商品砂配制同步注浆浆液,并测试了浆液流动度、稠度、凝结时间、泌水率及强度等指标,分析了岩渣配制同步注浆浆液的性能及微观结构。结果表明:随着岩渣替换商品砂比例的增大,浆液流动度、稠度和泌水率逐渐降低,而凝结时间呈缩短趋势,1.d抗压强度也逐渐增大;替换比例在50%~85%时,浆液各项性能均满足工程施工要求,当替换比例为85%时,浆液流动度、稠度与现场浆液接近,凝结时间从10.6.h缩短至7.3.h,1.d抗压强度增强了近1倍;岩渣中含有的高岭石相矿物在水中会电解出Al3+,促进了浆液中C-S-H凝胶的形成,是促使浆液凝结时间缩短和抗压强度增大的根本原因。     

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,本文选取水固比、固相比、水玻璃掺量和悬浮剂掺量四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比重、粘度、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,固相比对粘度影响较大,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,粘度增加,即浆液中粉煤灰质量比越大,浆液稳定性、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,浆液粘度将显著增大。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。     

泥水盾构施工废弃泥浆对同步注浆材料性能的影响

泥水盾构施工会产生大量废弃泥浆,传统的抛弃堆放不但污染环境且占用土地资源。本文依托南京长江新济洲供水廊道项目泥水盾构工程,针对江底盾构施工中的废弃泥浆,开展了将其应用于同步注浆材料的可行性研究。通过室内试验,研究了泥浆固水比、膨润土替代率和废弃泥浆黏粒含量对注浆材料性能的影响,同时对比分析了新配制膨润土泥浆和废弃泥浆对注浆材料性能影响的差异。结果表明：增大泥浆固水比,可使砂浆凝结时间缩短、强度增大、泌水率和体积收缩率降低,但会导致砂浆流动性变差。相比于新配制膨润土泥浆,废弃泥浆制备的砂浆具有更优的流动性能,但存在泌水率偏大和强度偏低的问题。采用废弃泥浆替代部分新配制膨润土泥浆,则能够有效控制砂浆的泌水率增大和强度降低的问题,同时使砂浆的流动性能大幅提高;废弃泥浆黏粒含量对砂浆性能影响相对较小,一定程度上表明了使用不同地层废弃泥浆制备的砂浆性能差异不大,故无需随地层变化而对砂浆配比进行较大调整,便于实际工程施工应用。     

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...     

钢渣-矿渣-脱硫石膏复合胶凝材料的制备及水化机理

加速钢渣水化过程、胶凝活性激发对钢渣综合利用率的提高有重要意义。以矿渣和脱硫石膏为复合激发剂,基于交叉试验的设计方法,对复合胶凝材料的组成进行了优化,分析了复合胶凝材料的综合性能,采用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(scanning electronic microscopy, SEM)、傅里叶变换红外光谱(Flourier transform-infrared spectroscopy, FT-IR)等测试方法表征了复合胶凝材料的组成及结构,并以此揭示复合胶凝材料协同优化的机理。复合胶凝材料配合比的交叉试验结果表明：钢渣30%、矿渣60%、脱硫石膏10%,水灰比为0.5,28 d抗压强度为40.4 MPa,其他各项性能指标满足GB/T1346—2011要求。通过多项测试手段可以判断出,矿渣在脱硫石膏的激发作用下不断水解,缩短了水化诱导前期和延长了诱导期,提升早期水化反应程度,释放大量热量,生成了generates ettringite (AFt)和C—S—H凝胶。而浆体的pH值上升,促进钢渣水化反应,加速了浆体由液相反应转为固相反应,证明了...     

水泥-水玻璃浆液在圆砾层的扩散规律

基于浆液在孔隙介质中的渗流方程,推导出了圆砾层中浆液流动时间、注浆量、扩散半径的计算式,并在一定的假设条件下,获得了水泥-水玻璃浆液粘度随时间变化的规律,探讨了不同注浆压力和浆液流动时间对浆液扩散半径的影响.浆液扩散半径随注浆压力的增大呈非线性增大,随浆液流动时间的增大呈非线性减小.圆砾层防渗注浆工程实例验证了圆砾层双液注浆计算式的正确性.     

基于响应面法的泥水盾构同步注浆材料性能

泥水盾构隧道在富水高压地层掘进中,同步注浆浆液易逸散流失,为满足注浆要求,需研制出复掺外加剂的高性能注浆材料.以南昌地铁4号线过江盾构隧道工程为依托,在传统外加剂材料的基础上引入纳米材料,选用膨润土(BE)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)与纳米二氧化硅(NS)为复合外加剂组分,采用响应面法,以外加剂掺量为配合比变量,探讨3种外加剂及其交互作用对注浆浆液性能的影响.研究表明:①在对凝结时间影响方面,NS＞ HEMC＞ BE,NS具有促凝作用,而HEMC起缓凝作用;在对抗压强度影响方面,HEMC＞ NS＞ BE,HEMC与BE不利于抗压强度发展,NS可以显著提高抗压强度;在对抗水分散性影响方面,HEMC＞ BE＞ NS,HEMC与BE有利于改善抗水分散性.②NS具有小尺寸、高活性等特点,可以加速水泥水化进程,缩短浆液初凝时间,提高浆体早期强度,对浆液性能起着积极作用.③通过响应面法建立的回归模型与响应曲面,可以很好地反映外加剂对浆液性能的影响,同时能对复掺外加剂的浆液配比进行优化,所制备的新型注浆材料能够满足在富水高压地层盾构隧道施工的注浆要求.     

Injectable Premixed Cement of Nanoapatite and Polyamide Composite

A new type of injectable premixed bone cement consisting of nano-hydroxyapatite (n-HA) and polyamide 66(PA66) composite is investigated.This cement can be handled as paste and easily shaped.which can set in air,in physiological saline solution and in blood.The setting time,injectability and compressive strength of the cement largely depend on the ration of liquid to powder (L/P),Moreover,the content of n-HA in composite also affects the compressivce strength and injectability of the cement.The premixed composite cement can remain stable in the package for a long period and harden only after delivery to the defects site.The results suggest that injectable premixed cement has a reasonable setting time,reasonable viscosity for injecting,excellent washout resistance and high mechaical strength,which can be developed for root canal filling,sealing and various bone defects augmentation.     

水泥-粘土稳定浆液的试验研究

针对两个大型水利灌浆工程对低粘度稳定性浆液的要求,对水泥-粘土浆液进行了优选试验和单因素对比试验,得到了两个优选配方.研究了水灰比、减水剂加量和粘土加量三个单因素对浆液析水量、初凝时间、终凝时间的影响,得到了各因素的适用加量范围,阐明了一些有意义的结论.     

高黏性浆液在富水破碎带隧道涌水治理中的应用

富水破碎带隧道的涌水常常会引起一系列地质灾害, 其中高黏性浆液作为一种治水材料, 在富水破碎带的治水过程中发挥了积极的作用. 实验测量得到了常用水泥浆液和高黏性浆液黏性随时间变化的规律, 并分析黏度变化对注浆治水的影响. 引入孔隙率、渗透率动态模型,建立了适用于富水破碎带注浆治水的流固耦合数学模型, 分析了高黏性浆液注浆过程中压力梯度、应变率和孔隙率变化, 确定高黏性浆液流动半径. 结合浅层填充挤压、深层高压挤密的注浆思路设置了排水减压孔, 参考计算结果设计试验方案. 通过监测隧道涌水量和检测钻孔取芯, 验证了数学模型和试验方案的合理性. 试验结果表明, 隧道涌水量下降了97%, 达到了封堵涌水的目的; 现场芯样充填饱满密实, 抗压强度较原始地层提高了2~4 倍, 围岩整体防渗性能和稳定性得到大幅提升. 该结果不仅验证了数学模型的合理性, 还为类似地层治水处理提供了新的思路.