深井高压地面预注浆水泥基浆材料改性研究

为了满足深井巷道高压地面预注浆技术对加固材料性能的要求,解决普通单液水泥浆易沉淀、扩散性差、初凝时间短等问题,结合工程应用情况,对新型水泥基注浆加固材料性能进行改性研究,以提高其稳定性、延长初凝时间。以水灰比1∶1浆液为研究对象,进行了缓凝剂、稳定剂筛选复配试验,选定了2种复合外加剂,使改性浆液的黏度达到25 s以上,初凝时间最长超过32 h,结石体的微观结构较改性前更为致密,28 d抗压强度与单液水泥浆基本一致,应用于深井巷道地面预注浆加固取得了良好效果。     

高强度低黏度注浆材料配比试验研究

为满足微裂隙岩体注浆加固要求,需研究一种强度高、黏度低的高性能注浆材料。选用超细水泥、硅粉、超细粉煤灰、聚羧酸系减水剂为原料,结合单因素试验和正交试验,对浆液进行改性。试验结果表明：在水泥中掺加4%～12%的硅粉,浆液的结石体强度可以提高8%～34%|用超细粉煤灰替代一定量的水泥,可以降低浆液的黏度,当粉煤灰替代量超过20%后,浆液黏度不再降低,达到作用极限值|聚羧酸系减水剂对于降低水泥浆液的黏度有着显著效果,掺加0.1%～0.5%的减水剂,浆液的黏度可以降低25%～90.6%,减水剂掺量越高,浆液析水率越大,浆液越不稳定|当水灰比为0.8、硅粉掺量为10%、粉煤灰代替量为20%、减水剂掺量为0.3%时配置的浆液性能最优,新型浆液结石体28d抗压强度为22.98MPa,比纯水泥浆液结石体的抗压强度提高13.6%,黏度为21.83s,比纯水泥浆液黏度降低89%。     

黏土水泥浆性能研究现状与展望

近年来,黏土水泥浆的应用越来越广泛。CL-C型黏土水泥浆是一种适用于裂隙岩层堵水的优良注浆材料,以黏土(90%～96%)为主要成分,添加少量的水泥(3%～6%)及水玻璃(1.5%～3.0%),具有可注性好、耐久性及堵水效果好、施工效率高、价格低廉、材料来源广等优点。介绍了黏土水泥浆稳定性、黏度、结石体强度以及塑性强度等基本性能指标方面的研究现状;并结合当前研究及工程需要,指出了未来黏土水泥浆性能的研究方向。     

深部裂隙岩体硅质自应力注浆加固机制与试验

针对深部裂隙岩体水泥基注浆加固后由于材料自收缩性造成浆岩界面松弛及充填不满问题,提出了裂隙岩体自应力注浆加固概念。通过外加剂促使浆液结石体在约束空间内体积膨胀,当膨胀剂掺量超过补偿水泥自收缩的临界掺量时,结石体体积膨胀除补偿水泥基材料自收缩外,在裂隙岩体的约束空间内能够对裂隙壁产生一定的膨胀应力,膨胀应力能够增大浆岩界面的挤压作用,改善岩体的约束受力状态。通过超细硅质浆液膨胀率测试、约束浆液结石体强度试验、约束浆液结石体微观结构分析等研究自应力浆液加固机理,通过裂隙岩体注浆加固试验验证自应力浆液的加固效果。结果表明:随着膨胀剂掺量逐渐增大,浆液纵向自由膨胀率和约束浆液结石体强度均呈先增大后减小的趋势,10%膨胀剂掺量浆液膨胀效果明显优于其它膨胀剂掺量。硅质自应力浆液结石体的脆性增强,弹性变形延长。10%膨胀剂掺量硅质自应力浆液结石体呈大颗粒状,颗粒相互搭接,形成网状结构,有利于结石体强度发挥,其密实性明显优于普通浆液结石体。25%膨胀剂掺量浆液结石体晶体大小不均,颗粒空隙较大,其密实性明显弱于10%膨胀剂掺量自应力浆液结石体。自应力注浆砂岩的峰值强度和弹性模量分别为普通注浆砂岩的1.1...     

聚合物水泥浆液-煤体界面过渡区力学性能研究

提出了超前深孔注浆加固技术;利用VAE乳液对水泥基材料进行改性,通过轴拉试验及立方体抗压试验,研究了不同掺量VAE乳液对水泥基材料与煤体界面黏结强度及水泥基材料固结煤体的抗压强度的影响;结合微观电镜扫描,分析了VAE改性水泥基材料结石体与煤体界面过渡区的微观结构特征。研究结果表明:复合浆液水灰比随聚灰比的增大呈现出先降低后增长的趋势,VAE乳液提高了浆液与煤体界面黏结强度及浆液固结煤体试块的抗压强度;掺入VAE乳液,使水泥浆液的孔隙率降低,提高了强效应层结构的密实性;VAE乳液会扩散至普通水泥浆内部形成聚合物薄膜"纽带"结构,改善水泥基材料与煤体界面的组成结构,从而提高了水泥基材料与煤体黏结强度。     

水泥—粉煤灰注浆材料特性试验研究

通过室内对水泥—粉煤灰浆液的各项物理力学及化学性质进行测试,获取了不同材料配比及不同龄期条件下浆液的结石体抗压及抗剪强度、流动度(扩散半径)、黏度、结实率、凝结时间等工程参数,探究了各工程参数间的相互作用关系。结果表明:不同龄期条件下的浆液硬化体抗压及抗剪强度随水灰比的增大而降低,对于注浆工程本身来说,选取7 d龄期条件下的浆液硬化体强度最为适宜;水灰比为1:0.5~1:0.8时,浆液流动性比较好,但硬化体强度较低,加固效果较差;而水灰质量比为1:1时,硬化体强度及结实率较高,充填加固效果较好;水泥—粉煤灰浆液的凝结时间随粉煤灰掺入量的增大而增大,随水灰比的增加而延长;水泥—粉煤灰浆液的流动度随着粉煤灰掺量的加大而降低,但黏度增大,结石率升高;当粉煤灰含量为20%时,水泥和粉煤灰的物理化学反应较好,可注性能优异,能够满足注浆堵水以及工作面底板改造的要求。     

改性粘土浆结石体抗压强度性能测试与分析

改性粘土浆因流动性好、塑性强度高、抗水冲刷性好并且价廉而广泛应用于矿山堵水工程,尤其是岩溶大水帷幕注浆工程。新桥矿帷幕注浆工程采用改性粘土浆作为注浆材料,因此,钻取了浆液结石体芯,进行了动态数值化全应力应变强度破坏试验,试验结果验证,改性粘土浆在注浆压力作用下,结石体强度不亚于水泥浆结石体强度,具有很高的抗压强度,可完全代替水泥浆液。     

矿渣粉黏土水泥复合浆液主要性能试验与分析

注浆法是解决施工中出现突水、涌泥问题的主要方法,而注浆材料的选择又是关键因素。对矿渣粉黏土水泥注浆浆液的黏度、流动性、析水率及立方体抗压强度进行试验研究,再与纯水泥浆液的性能作对比分析。试验结果表明,复合浆液的最佳配合比为:水胶比0.75,水泥替代率20%(即矿渣粉掺量10%,黏土掺量10%)。此时,复合浆液的黏度为30.34 s,流动性为135.25 mm,析水率为1.44%;3,7和28 d三个龄期结石体的抗压强度分别为5.865,9.263和14.351 MPa。     

粉煤灰改性水泥-水玻璃双液注浆性能试验研究

为解决传统水泥-水玻璃双液浆结石体后期抗压强度下降的问题,采用理论分析、实验室试验和现场观测的手段进行了双液体系中活性工业废渣粉煤灰部分替代水泥的试验,研究了掺入30%~50%粉煤灰对浆液凝胶时间及结石体抗压强度的改性作用。研究结果表明:粉煤灰改性后的浆液凝胶时间增大,可缓解浆液凝胶过快;粉煤灰的活性作用提高了结石体的后期强度,其中掺入50%的粉煤灰,结石体在2年后的强度可提高15%以上。     

松软厚煤层异型开切眼新型预应力锚注支护研究与应用

普通水泥基浆液加固煤体由于其自收缩常造成浆煤界面松弛及充填空隙,以综放厚煤层异型开切眼松软煤体加固为工程背景,提出基于预应力锚和自应力注的松软煤体锚注加固方法。基于该新型预应力锚注加固煤体原理分析,对比研究普通硅酸盐水泥和超细硅酸盐水泥的基本性能,为自应力浆液原材料的选取提供依据;通过浆液纵向自由膨胀率试验获得自应力浆液的最佳膨胀剂掺量;进行预制裂隙煤体普通硅质浆液和硅质自应力浆液加固试验,对比分析自应力浆液加固煤体的力学性能优势和破坏特征;通过数值模拟和现场监测分析新型预应力锚注加固异型开切眼的有效性。结果表明:通过浆液结石体的膨胀应力和注浆锚杆的轴向约束应力,能够使松软破碎煤体处于准三维的受力状态,实现了其强化与损伤修复;超细硅酸盐水泥浆液由于流动性更大、结石体强度更高而更能满足自应力浆液的加固要求;随着膨胀剂掺量增大,水泥浆液最大纵向膨胀率呈先增大后减小的趋势,自应力浆液的最佳膨胀剂掺量为10%;约束条件下自应力浆液加固煤体的峰值强度比普通浆液加固煤体提高4.6%,说明自应力浆液加固裂隙煤体的效果优于普通浆液;普通浆液和自应力浆液加固煤样初始宏观裂纹均出现在浆煤界面处,最终破坏形...     

高矿化度矿井水磁化配浆及在巷道过断层中的应用

为保障构造复杂区大巷安全快速掘进,超前对断层及其破碎带进行注浆加固。通过室内实验研究了高能磁和高矿化度矿井水对黏土、水泥浆液性能的影响。依据钻孔探测结果采用分类注浆技术,对断层及其破碎带进行了实践加固。结果表明：通过高能磁和高矿化度矿井水对浆液改性,可以提高黏土浆液的抗渗性约1个数量级,缩短水泥浆液初凝时间43min,提高水泥试块抗压强度30.8%-31.1%。对断层破碎区以改性水泥浆液注浆加固为主,对断层相对完整区以改性黏土浆液注浆封堵为主,对断层-巷道交汇区以化学浆液注浆为主的分类注浆技术有效保障了大巷安全快速通过断层。研究成果为构造复杂矿区巷道过断层提供了借鉴。     

红黏土综合浆水化进程及结石体微观形貌研究北大核心

为研究西南乌蒙山区红黏土所配制红黏土综合浆的水化进程和结石体微观形貌,采用直接法测定了红黏土综合浆的水化热特征,并采用扫描电镜分析了红黏土水泥浆水化产物的微结构特征,研究了水泥和结构添加剂对红黏土综合浆水化产物的影响。根据红黏土综合浆等温放热曲线,可将红黏土综合浆的水化进程分为加速期、减速期和稳定期,并通过回归分析获得了浆液水化动力学方程。观察不同龄期红黏土综合浆结石体的扫描电镜图片,发现3 d龄期结石体骨架结构较为蓬松,形成部分小块C-S-H凝胶;7 d龄期时形成大量C-S-H凝胶,结石体趋向形成1个整体;28 d时结石体各水化产物已基本形成,相互搭接形成整体结构。研究表明:水泥是浆液水化反应的基础;结构添加剂的加入提高了水泥的水化反应速度,从而提高了浆液的早期强度;过高原浆密度会降低水泥水化速度。     

废弃蒸压砌块与煤矸石在煤矿采空区地基加固中的试验研究

随着社会发展，大量的废弃蒸压砌块与煤矸石对周边环境造成不良影响，为了保护环境和资源再利用，这些固体废弃物在注浆加固领域得到了有效利用。提出以废弃蒸压加气混凝土砌块和废弃煤矸石2种固体废弃物为主要材料，分别与水泥混合制成2种不同的黏土采空区地基处理充填注浆浆液。试验采用混料配比方式，在凝结时间、黏度、析水率和结石率、流动性和抗压强度方面进行分析，最终选择配比最适宜采空区地基处理的注浆浆液。研究结果表明：废弃蒸压加气混凝土砌块-水泥浆液各组的凝结时间、黏度、析水率和结石率均符合作为采空区地基处理的注浆浆液标准，但在抗压强度标准上只能选择50%和60%的质量替代率；煤矸石-水泥浆液中煤矸石含量为70%和80%的质量替代率浆液在析水率、结石率和抗压强度不符合标准，故只能选择50%和60%的质量替代率的浆液配比；再从经济角度分析，2种浆液都应优选60%的质量替代率的浆液配比。最后，通过对2种浆液的凝结时间、黏度、析水率和结石率、流动性和抗压强度方面对比分析，宜选择煤矸石-水泥浆液用于煤矿采空区地基处理。     

温度对黏土-水泥浆黏度及凝结时间的影响

黏土-水泥浆在煤层底板注浆加固过程中会产生浆液堵管问题,影响注浆施工。通过室内实验对黏土-水泥浆在不同温度下的黏度及凝结时间的变化规律进行了研究。结果表明,浆液黏度随着温度的升高而减小,凝结时间随着温度的升高而缩短,温度对浆液黏度和凝结时间的影响较大。在不同季节施工时,不能忽略温度对浆液参数的影响。     

粉煤灰基UEA改性注浆材料力学特性与失稳模式

采用PC42.5硅酸盐水泥、粉煤灰、UEA膨胀剂研制粉煤灰基UEA改性注浆材料,在实验室通过刚性试验机对15个不同配比浆液结石体养护期下缩量测定与单轴抗压强度力学实验,研究粉煤灰基UEA改性注浆材料的自然变形、力学特性与失稳模式。通过单轴压缩试验分析了UEA掺量对浆液结石体下缩量、破坏强度、峰值应变及破坏形态的影响,确定了粉煤灰基UEA改性注浆结石体失稳模式与临界值点。结果表明：随着UEA掺量梯度增加(0‰、2‰、4‰、6‰、8‰),以UEA掺量0‰为对照梯度,结石体初始下缩量分别下降41.55%、2.63%、1.77%、2.22%,结石体后期下缩量降幅分别为45.61%、61.29%(C0、C1、C2),结石体破坏强度分别提升49.15%、提升3.96%、下降18.18%、提升4.95%,整体表现出升高—降低—缓高的形态,结石体峰值应变分别提升1.66%、1.41%、4.37%、1.70%,UEA膨胀剂对浆液结石体峰值应变具有明显提高作用,表现出线性升高趋势|粉煤灰基UEA改性注浆体破坏失稳模式表现为低强度大变形复杂破坏与高强度小变形破坏两种,两种失稳模式划分临界值点为浆液结石体破坏强度1.5MPa。     

黏土水泥浆中水泥初始水化历程研究

利用水泥水化热测量系统(直接法),研究黏土水泥浆的初始水化历程。通过对不同配比浆液的测试,分析各因素对黏土水泥浆中水泥水化的影响。试验结果表明:黏土水泥浆中水玻璃对水泥水化的促进作用主要发生在最初的24h内。由高密度黏土浆配成的黏土水泥浆液中,水泥水化速率略小。理论分析得出黏土颗粒中,活性物质与水泥水化产物氢氧化钙的反应,一定程度促进水泥水化和结石体强度的增长。     

低温环境下添速凝剂的水泥浆凝结特性试验研究

为了解决低温环境下水泥浆液凝结缓慢、结石率低、强度低的问题,采用了理论分析和室内试验的方法,进行低温环境下添水玻璃速凝剂的水泥浆凝结特性试验,研究了0、3、5℃温度和0%、3%、5%、8%、10%、12%水玻璃掺入量对水泥浆液凝结时间、结石率和强度的影响。结果表明:水玻璃能够有效缩短水泥浆液的凝结时间,添水玻璃的水泥浆凝结时间随温度的降低而延长,随温度的升高而缩短;凝结时间随水灰比的增大而延长;结石率随水玻璃掺量的增加而增加,随水灰比的增大而减小;10%水玻璃掺量的水泥浆凝结时间、结石率和强度较好。     

掺超细循环流化床粉煤灰的水泥性能试验研究

通过对新拌水泥浆体的流变特性和水泥胶砂强度的测定,结合MIP与SEM等微观测试手段,研究了超细循环流化床粉煤灰(UCFA)对不同掺量循环流化床粉煤灰(CFA)水泥物理性能和力学性能的影响。结果表明:单掺CFA水泥的需水量较大,流动性差,强度下降明显;而用5%UCFA(最佳掺量)部分替代CFA,相比于单掺CFA水泥,需水量相应减少,流动度增加,水泥浆体的屈服应力τ₀和塑性黏度η值均有所减小,浆体的工作性能得到明显改善。30%粉煤灰掺量的水泥3 d强度提高6%;60%粉煤灰掺量的水泥28 d强度提高5%,达到32.5等级水泥要求;UCFA的掺入能够促进CFA水泥生成更多的钙矾石和C-S-H凝胶,改善硬化水泥浆体的孔隙结构,提高水泥强度。     

低成本注浆材料研制及其改性试验研究

为满足回采工作面通过构造带时围岩的控制问题及加固治理的需求,针对井下工作面深孔注浆的特点研制了一种高性能廉价注浆材料,通过实验室对水泥改性液浆液粘度、结石率、浆液粘结强度、抗压强度、表观脆性的测试研究,研究结果表明:改性液的引入不仅降低注浆材料成本,而且大大提高了浆液与受注物体间的粘结强度,最终确定水泥浆液水灰比0. 7∶1、水泥改性液用量15%～20%为水泥浆液的最佳配比。     

VAE改性水泥基注浆材料性能研究

为了提高水泥基注浆材料的性能,解决煤壁片帮问题, 采用高分子有机聚合物 VAE 乳液对普通硅酸盐水泥进行 力学性能改性;对不同 VAE 掺量下有机—无机复合浆液的 水灰比、力学性能及韧性进行研究;并结合电子扫描显微镜 (SEM)分析其改性机理。结果表明,VAE 在合适的掺量下 具有减水效果,VAE 掺入较多时,复合浆液黏稠,增大用水 量。在最佳掺量3%下,VAE 薄膜与水泥水化产物形成了 有机 无机互穿三维网状结构,从而限制了结石体内部微裂 缝的蔓延,提高了复合浆液的性能。现场试验表明:注入复 合浆液,显著提高了煤壁整体稳定性,煤壁片帮问题得到了 有效治理。