黏性泥沙的物理特性与起动应力的流变学分析

以长江口黏土含量15%～45%的黏性泥沙为研究对象,采用MCR302流变仪,系统研究泥沙的物理特性包括盐度、黏土含量和含水率对流变特性的影响。结果表明:盐度的变化对黏性泥沙的黏度影响较大,对屈服应力影响较小,屈服应力最大变幅为±4%;黏土含量增加使黏性和屈服应力均增大;低含水率(小于28%)时随含水率的增大泥沙流变特性增强,高含水率(大于28%)时随含水率的增大黏性泥沙的流变特性减弱且黏度减小,屈服应力随含水率增大而先增大后减小;起动应力随含水率的增大先增大后减小。基于对泥沙物理特性与屈服应力的相关性研究,建立了基于含水率的黏性泥沙的起动应力公式。     

黏土水泥膏浆流变性能及其对灌浆的影响

黏土水泥膏浆性能优越,可广泛用于土木、水利等工程的防渗堵漏和基础加固,其流变性能对灌浆工程施工及灌浆效果有重要影响。利用Brookfield+R/S流变仪对其流变参数进行测试,研究固化剂掺量、温度及时间等因素对流变性能的影响。结果表明:膏浆的黏度及屈服应力均随时间增大;固化剂掺量为水泥质量的1.0%左右时的膏浆为Herschel-Bulkey流体,并且具有触变性,防渗堵漏效果最佳;温度在5～40 ℃之间,温度影响膏浆的黏度及屈服应力,但不影响膏浆的流型,温度越高,黏度越大,28 ℃下的屈服应力最大。室内灌浆模拟试验及抗冲试验,证明其扩散距离可控,抗水冲释性能强,与纯水泥膏浆相比,初始屈服应力及黏度更大,触变性可控,浆体的稳定性更好。黏土水泥膏浆是含水及大孔隙地层、松软地层等复杂地层灌浆防渗堵漏的优选材料。     

不同上限粒径泥石流浆体的流变参数变化规律

根据云南东川蒋家沟黏性泥石流原样颗分资料,利用泥石流堆积物配置4个黏性泥石流原样对应的上限粒径分别为0.25、1、2、5和10 mm的浆体,通过球系统开展流变试验,利用Herschel-Bulkley模型拟合流变曲线,研究较粗的颗粒加入细颗粒浆体后流变参数的变化规律。结果表明各样品均表现为剪切稀化流体,粗颗粒加入细颗粒浆体后浆体屈服应力增加,剪切稀化程度减弱;同样颗粒级配下,浆体的屈服应力随固体体积浓度指数增加。由于流动性指数的变化,粗颗粒加入后浆体稠度指数的变化没有明显规律,但是表观黏度增加,增幅略小于屈服应力的增幅。粗颗粒浆体与细颗粒浆体的相对黏度和相对屈服应力之间存在显著的线性关系,可根据该关系式对泥石流原样的表观黏度进行估算。     

低水泥掺量对模袋充灌特性的影响试验

为提高施工效率和细尾砂利用率,将不同质量比的水泥掺入浓度40%的尾矿浆,开展模袋充灌试验,研究水泥掺量对模袋充灌特性的影响规律。结果表明:在细尾矿浆中掺加水泥作为固化剂,可提高模袋的透水性和保砂性;充灌时间和排浆密度随水泥掺量的增大而减少;单次充浆体积和单次排浆体积随充灌时间的延长呈指数递减;排浆集中在前2 h,以静水压力排浆为主,此后以固结尾砂自重挤压排浆为主;排水率、排水效率和保砂率随水泥掺量的增大而增大;排水效率和保砂率可分别作为评价模袋透水性和保砂性的指标,综合考虑施工效率、细尾砂利用率和施工成本,最佳水泥掺量确定为3%。     

聚羧酸系减水剂对矿渣浆体流变性能的影响研究

采用改进的非线性Bingham模型,对掺入3类不同聚羧酸系减水剂的磨细矿渣复合浆体的流变特性进行了试验研究。结果表明:在聚羧酸系减水剂作用下,矿渣复合浆体的流变参数与净浆流动度呈负指数函数关系或线性关系;相对于常规聚羧酸系减水剂,流动度变化对早强型聚羧酸系减水剂复合浆体屈服应力的影响较大、对塑性粘度和触变性的影响较小;相同流动度条件下,掺醚类聚羧酸系减水剂复合浆体的屈服应力较小,塑性粘度、触变性及最大剪切应力较大。     

利用高速摄像技术测试水泥浆流变动态变化规律

采用高速摄像技术测定不同水灰比水泥浆和不同掺加量的减水剂水泥浆的流动度随时间的变化过程,分析浆体扩展时空运移规律,并建立其与旋转黏度计测试浆体的流变参数之间的关系。试验结果表明,水泥浆体的水平扩展直径随时间呈非线性变化,可分为起始期、匀速期和减速期三个阶段,分别持续时间大约为0.01～0.02 s、0.07～0.10 s和30～50 s以上。在匀速期,浆体的扩展速率与水泥浆塑性黏度呈反比,水泥浆体屈服应力的实际测量值与计算值具有良好的相关性。研究成果可供各种浆体在工程应用中进行流动性控制研究参考。     

黏土水泥系列浆材黏度时变特性研究

为系统研究黏土水泥系列浆材的黏度时变特性,利用Brookfield+R/S流变仪对浆材进行了黏度试验,并选取典型试验结果深入研究黏度时变特性,得到拟合系数较高的黏度时变数学模型。结果表明:普通黏土水泥浆材黏度随水固比的升高而降低,但随黏土掺量的增加而增大,黏度随时间变化可划分为下降期、上升期和固化期3个阶段;黏土水泥膏浆或砂膏浆的黏度值均随固化剂掺量增大而增大,但水泥膏浆的黏度变化分为低黏期、上升期和稳定期3个阶段,而水泥砂膏浆的黏度变化只有下降期和稳定期两个阶段。     

氯化钠对无机聚合物浆体流变性能的影响

研究了氯化钠对无机聚合物浆体标准稠度需水量、凝结时间和流变性能的影响,采用Herschel-Bulkey(H-B)流变模型对浆体流变曲线进行拟合获得流变参数。研究结果表明:无机聚合物流体模型属于H-B流体模型,相关系数达0.999以上,无机聚合物浆体剪切增稠程度随氯化钠掺量的增加而降低。氯化钠对无机聚合物浆体有缓凝效果;随着氯化钠掺量的增加,浆体的标准稠度需水量略有增加。随着剪切速率的增加,无机聚合物剪切应力逐渐增大,塑性黏度先降低后增大即浆体呈现出先剪切稀化再剪切增稠的规律;随着氯化钠掺量的增加,无机聚合物的剪切屈服应力逐渐降低,塑性黏度系数基本不受影响,触变环面积呈现出先增加后减少的规律。     

松散坝基灌浆加固的封孔浆体性能研究

压力灌浆是对松散坝基进行防渗加固的有效手段,但在松散土石混合体压力灌浆防渗施工中存在难封孔、低压重复劈裂、难以起压等问题。从封孔浆体劈裂破坏模型、封孔浆体止浆机制及浆液性能对封孔止浆效果的影响等方面对封孔浆体止浆性能进行了研究。结果表明:影响封孔浆体劈裂压力及保压时间的因素主要有浆料强度、裂隙开度、浆液流变性及浆体高度;封孔浆体的劈裂压力与注浆料的流变性相关,随封孔浆料强度的增大而相应变大;封孔浆体劈裂压力随裂隙开度的增大而降低,裂隙开度对劈裂压力的影响随封孔浆体高度的增加明显增大;适当提高封孔浆体强度可以有效减小裂隙开度,提高封孔浆液浓度也有利于获得较大的塑性黏度和屈服应力,确保浆体封孔效果。     

不同级配组成对泥沙流变特性影响实验研究

针对江苏沿海条子泥区域泥沙,运用控制剪切速率实验方法,通过改变样品中的粉沙质量占比,系统探究了泥沙的级配对其剪切应力和黏度的影响规律,并使用剪切速率扫描法和间接法分别计算泥沙样品静态和动态屈服应力。结果表明：所有组次泥沙样品均表现出两次明显的屈服行为,其流变特性以两个屈服行为为界,划分为3个阶段;泥沙样品中粉沙含量对其流变特性起着关键性作用,粉沙含量增大,样品剪切应力和黏度均发生相应减小,其中粉沙含量在35%～55%区间内变化梯度较大,此区间可能存在泥沙粒间主导作用力的转变;最后依托剪切速率扫描法测得的实验数据分析,得到了不同粉沙含量下泥沙的静态屈服应力和动态屈服应力的经验公式。     

适于富水岩溶大孔隙地层防渗加固的水泥砂膏浆

富水岩溶大孔隙地层灌浆是基础处理的一个难题,地层的充填、防渗以及加固要求高,以往常采用砂浆或水泥膏浆进行处理,存在砂浆抗水冲释性能差及水泥膏浆可控性弱、浆液浪费严重等不足。基于膏浆良好的可控性、抗冲释性及砂浆的骨架和填充加固作用等优势,通过大样本长周期室内试验,研制了一种可用于富水岩溶大孔隙地层灌浆充填的新型可控水泥砂膏浆材料。研究表明:水泥砂膏浆与水泥膏浆及砂浆相比,浆液析水率降低至0%~3%;流动度最低可达到10~20 cm,凝结时间在2~30 min内可控可调,浆材具有较高的黏度和初始屈服应力;在流速为0.4~0.6 m/s时,浆材抗水流冲释后的留存率达到85%;浆材的结石率近100%,28 d的抗压强度达到10 MPa左右;浆材成本与普通水泥膏浆相当,且具有环保等方面的社会效益。通过实际工程应用,水泥砂膏浆是富水岩溶大孔隙地层防渗加固的优选材料,但在应用时注意可泵性。     

水泥浆主要流变参数的确定与分析

介绍塑性流体水泥浆的流变性及确定水泥浆主要流变参数的一般方法 ;分析旋转式粘度计与漏斗式粘度计在测定水泥浆塑性粘度、表观粘度时的区别 ,说明漏斗式粘度计在使用上的局限性 ;针对粘聚力 (动切力 )的测定进行分析 ,认为粘聚力与动切力为不同的概念 .通过对水泥浆流变性分析 ,提出水泥浆充填机理 ,并对影响水泥浆扩散的主要因素 ,即粘度影响水泥浆在节理裂隙中向前扩散的速度 ,动切力限制水泥浆扩散距离作了说明 .     

沿江复杂地层强触变水泥浆性能研究

为测定触变水泥膏浆性能,在固定纯碱∶水∶水泥∶膨润土质量配比条件下,将具有较优性能的植物胶引入水泥浆液作为触变剂,研制了不同配比的触变浆液,并对所有触变浆液样品进行了漏斗粘度、析水率、凝结时间、流动度、抗折与抗压强度试验,提出了水∶水泥∶膨润土∶纯碱∶植物胶为0. 8∶1∶0. 05∶0. 002∶0. 03有效配比,同时对各样品进行了扫描电镜分析,对植物胶在水泥浆中作用机理进行了探究,并将有效配比触变水泥浆应用于实际工程,效果良好。     

采空区充填新型浆液固化机理与影响因素研究

为了研究碱渣、粉煤灰和硅酸钠溶液制成的新型采空区充填注浆材料的固化机理,开展了扫描电镜和交互混合试验,并分析了原材料配比、碱渣过筛粒径和养护条件对抗压强度、凝结时间、结石率等工程指标的影响。结果表明:浆液体系早期固化是因碱渣中有效含钙成分与硅酸钠溶液反应生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H),后期强度发展是因粉煤灰受碱激发形成了硅铝酸盐聚合物凝胶(N-A-S-H);原材料配比显著影响着浆液的各项工程性能指标;随着碱渣过筛粒径范围的减小,流动度、凝结时间和结石率都减小,而抗压强度增大,0.5 mm粒径是28 d强度增幅出现较大差异的临界点;高温高湿养护条件有利于浆液的固化进程。研究结果可供类似水泥注浆液材料制备参考。     

膨胀复合浆液的物理力学性能试验研究

目前普通硅酸盐水泥浆液是水利工程中最常用的注浆加固材料,针对其存在流动性差、析水率高、结石率低、结石体强度低、抗渗性能差等问题,采用单因素控制变量法和正交试验法,对制备的不同配合比的水泥基膨胀复合浆液进行黏度、密度以及结石体力学性能试验。试验结果表明:掺加粉煤灰可以增加浆液的和易性和流动性;掺加膨润土可以提高浆液的结石率和稳定性,同时降低浆液的析水率;掺加粉煤灰和膨润土的浆液流动性和结石率性能都有所改善,但是前期结石体强度较低,而后期强度主要靠粉煤灰的水化作用进行补充;水泥浆液掺加适量的膨胀剂对结石体的膨胀影响较大,并且可以提高结石体的抗渗性能。合理选择和控制粉煤灰、膨润土和膨胀剂掺量,可以明显改善和提高注浆效果。     

回收钢纤维对超高性能混凝土和易性和力学性能的影响

为了探究回收钢纤维(RSF)在超高性能混凝土(UHPC)中替代工业钢纤维(SF)的可行性,以SF作为对比,采取流动度试验、流变试验及钢纤维分散度试验,分析了RSF对新拌超高性能混凝土和易性的影响,并通过抗折抗压试验,研究了RSF对硬化超高性能混凝土力学性能的影响。结果表明：新拌回收钢纤维超高性能混凝土(RSFUHPC)与工业钢纤维超高性能混凝土(SFUHPC)流动性经过统计学分析无明显差异,由于RSF长径比不均,RSFUHPC屈服应力及塑性黏度均大于SFUHPC,但RSFUHPC剪切增稠程度明显降低,同时RSF在新拌及硬化UHPC中的分散度均明显大于SF;当钢纤维掺量一定时,统计学假设检验P值(P-value)>0.05,表明相比于SF,掺入RSF对UHPC荷载-位移曲线、抗折强度以及抗压强度没有显著影响。因此,掺入RSF可以在保证UHPC力学性能的同时,显著增强其在UHPC中的分散性,降低实际工程中人工振捣的施工难度,提高施工质量。     

超细粉煤灰水泥浆液可注性试验研究

超细粉煤灰作为电厂废弃物具有分布广、细度模数小的特点,将其掺入水泥中配制成超细粉煤灰水泥浆液,可以提高浆液的流动性和可注性。以水灰比、超细粉煤灰掺量和水玻璃掺量为主要因素进行正交试验,测定了所配浆液的胶凝时间、黏度、结石率等物理性能指标,并对结果进行极差分析、方差分析和回归分析;研制出一种新型胶凝时间可控的超细粉煤灰水泥浆液,并回归出胶凝时间预测公式;对所配浆液进行可注性模型试验。结果表明:在水灰比为0.8、超细粉煤灰掺量为70%、水玻璃掺量为15%时,超细粉煤灰水泥浆液具有良好的胶凝时间和黏度,与普通水泥浆液相比具有更好的可注性。     

基于滑移效应的水煤浆膏体管道输送阻力计算

随着煤化工产业的发展,煤炭如何高效清洁输送成为研究的热点。利用管道水力输送高浓度水煤浆具有投资少、节能环保等明显优势。由于小管径试验操作更加方便,更加节省物料,试验室中常用小管径进行工艺参数试验。试验研究了质量浓度为53%和58%的高浓度水煤浆在管径为50,47,32和29 mm管道中的流动特性。推导了滑移条件下不同流型流体的流变参数计算式,并基于滑移效应分析,得到了水煤浆的阻力系数。通过均质流阻力计算式得到高浓度水煤浆的阻力,计算结果表明,水煤浆的流变模型符合Herschel-Bulkey模型,考虑滑移效应条件下,高浓度水煤浆阻力系数与广义雷诺数存在一定关系,阻力可用均质流公式进行计算。