新型注浆材料强度特性与微观结构研究

发布时间：2020-11-13 23:39

　　 随着城市化的不断深入,城市地下空间的开发利用已成为国家建设的重点。对于一些处于复杂地层的地下工程,尤其是位于高含水量的软粘土地层、高液化程度的砂层的地下工程,普通的水泥基注浆材料由于其抗水溶蚀性能差、早期强度低、易受地下水稀释、易分层离析等缺陷,已经不能很好的满足人们对大型隧道工程的要求。新型注浆材料具有速凝、早强、结石率高、高固水、经济环保等特点,可作为一种优良的注浆材料。研究新型注浆材料原材料对新型注浆材料强度及微观结构的影响,将有助于了解新型注浆材料的作用机制,以便改善其强度特性,使其得以推广使用。主要的研究内容和结论如下:通过试验分析了石灰、SiO_2、水灰比、养护龄期对新型注浆材料抗折强度和抗压强度的影响。不同的石灰对不同水灰比的新型注浆材料的强度影响不同。水灰比1.0时,新型注浆材料的强度随着石灰中CaO含量的增加而增加,水灰比2.0时则呈相反趋势。不同SiO_2对新型注浆材料强度影响不同。配比合理时,微米SiO_2的加入使新型注浆材料的强度提高5%左右;而纳米SiO_2的加入反而使材料强度值降低20%左右。新型注浆材料的强度随着水灰比的增加而降低,水灰比增加0.5时,强度降低约40%。随着养护龄期的增加,新型注浆材料的抗压强度持续增加,抗折强度则是先增加后降低。通过BET和MIP试验分析了石灰、SiO_2、水灰比和养护龄期对新型注浆材料孔结构的影响。孔结构试验结果表明新型注浆材料是一种多孔、较大孔材料。对于水灰比1.5和2.0的新型注浆材料,孔径为0~200nm的孔的孔体积占14.61%~19.98%,孔径为200~1000nm的孔的孔体积占61.55%~77.06%,孔径为1000~10000nm的孔的孔体积占3.56%~20.09%,孔径大于10000nm的孔的孔体积占2.57%~3.40%。孔结构试验与强度试验相吻合,各影响因素对新型注浆材料的孔结构的影响主要表现为强度低的新型注浆材料孔体积大,大孔径孔多。通过TGA-DSC和SEM试验,分析了石灰、SiO_2、水灰比、养护龄期对新型注浆材料水化产物(物相组成和微观相貌)的影响。TGA-DSC获得的曲线在90℃附近、230℃附近和660℃附近存在较明显的3个吸热峰,表明新型注浆材料的主要水化产物为钙矾石、铝胶和C-S-H/C-A-S-H凝胶,SEM-EDS分析获得了相同的结论。当以上各类产物的数量较多时,新型注浆材料的微观结构更为致密,宏观强度特性更好。采用3D-XRM系统和三维可视化软件对新型注浆材料进行三维重构,获得新型注浆材料的三维重构模型,对各组成相进行定量分析,为新型注浆材料微观结构的研究提供了可供参考的方法。对比了本文所用的三种不同的测孔方法获得的结果,三种测孔方法各有优势,BET更适合测试孔径小于50nm的孔,3D-XRM在测试微米级别的孔上体现出优越性,MIP则是能较为全面地展现新型注浆材料不同孔径的孔分布。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU52;TU94
【部分图文】：

CD阶段：为材料的破坏阶段。材料承载力达到峰值后，其内部结构已经完全破坏。应力值开始下降， 材料失去承载能力。图1-1 高水速凝材料单轴抗压应力—应变曲线Figure 1-1 Uniaxial compression stress-strain curve of high-water rapid-setting material孙恒虎[42]、胡华[86]等对不同龄期的高水速凝材料结石体进行了单轴抗压试验，得到了其单轴抗压的应力—应变曲线。不同龄期的单轴抗压应力—应变曲线的发展趋势都基本符合以上所诉的四个阶段，只是其发展阶段的划分与上述划分稍有不同。何涛等[74]采用MTS力学试验系统，进行了不同环境下（pH值）高水速凝材料结石体的单轴压缩试验。在单轴压缩下，高水速凝材料的材料属性类似某些软弱岩石，属弹 塑蠕变性质。试验结果表明，环境对高水速凝材料结石体的变形特性有显著影响。高水速凝材料结石体在空气环境以及水环境中受力时抵抗变形能力均变差。谢辉、刘长武[85]通过单轴压缩试验研究了含水率对高水速凝材料结石体变形特性的影响。研究结果表明高水速凝材料是一种弹塑性材料，水对结石体的变形破坏特点影响较明显。横向变形因挤压出水而收缩，纵向变形量较大。含水率越低，钙矾石分子微观结构越紧密

硕士学位论文8图1-2 新型注浆材料三轴压缩应力—应变曲线Figure 1-2 Triaxial compression stress-strain curve of new type of grouting material由图1-2可以看出：a.三轴压缩的开始阶段为弹性变形阶段。该段曲线近似为直线，随着应力增加，应变增加很小，材料从开始加载就直接进入弹性阶段，并在很长一段时间内保持弹性变形。b.第二阶段为材料的屈服阶段。该段曲线的特点是曲线逐渐上凸并弯曲，斜率逐渐变小。受压变形逐渐增大，而荷载载值上升开始变缓 。c.应力开始波动并出现承载力最大值，该阶段出现的上界即为新型注浆材料的峰值强度。由于围压的存在，,新型注浆材料结石体劈裂破坏后，虽然其变形很大但仍然具有较高的承载能力

能对水泥基材料至关重要，尤其是抗折故研究新型注浆材料的抗折强度及抗压浆材料的抗折强度和抗压强度，测试了的影响。同时，还采用了不同种类的S对新型注浆材料强度特性的影响。验方案（Raw Materials and Ex高水灰比、速凝早强的特点。它是由甲铝酸钙水泥、添加剂A和水混合搅拌所。对试验所用材料进行了XRF分析, X 射线荧光光谱仪，仪器型号为S8水泥、石膏以及两种不同的石灰。试验取10g。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 蒋源;刘长武;谢辉;李嘉峰;罗佩玉;;掺杂改性高水充填体主要物理力学参数测试分析[J];四川大学学报(工程科学版);2015年S1期

2 刘金虎;;超高水充填材料在巷道灭火中的应用实践[J];能源技术与管理;2015年02期

3 罗佩玉;刘长武;谢辉;蒋源;;加荷速率与受力状态对高水材料凝结体力学参数的影响[J];科学技术与工程;2015年12期

4 谢辉;刘长武;;高水速凝材料结石体的原材料分析[J];科学技术与工程;2014年30期

5 齐博;董晓勇;高林海;;改性高水材料在沿空留巷中的探索与应用[J];山东煤炭科技;2014年06期

6 何涛;刘长武;叶定阳;王宇;;高水材料结石体抗压强度环境效应试验研究[J];四川大学学报(工程科学版);2014年S1期

7 管学茂;仲启方;;超细水泥基注浆材料性能研究与工程应用[J];煤矿安全;2013年06期

8 谢辉;刘长武;;含水率对高水材料结石体变形特性的影响分析[J];四川大学学报(工程科学版);2013年S1期

9 吴德宝;万文;蒋鑫;;水泥-水玻璃基本性能研究[J];湖南工程学院学报(自然科学版);2013年01期

10 郑克仁;蔡峰良;周锡玲;;基于氮吸附的水泥-沥青复合硬化体孔结构分析[J];武汉理工大学学报;2013年02期

本文编号：2882796