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高掺量粉煤灰水泥注浆材料主要物理力学特性研究

2014-06-03 10:40:24
    粉煤灰是火力发电厂的煤粉燃烧后排放的具有火山灰活性的微细粉末。随着现代工业的迅猛发展,对电力的需求愈来愈大,粉煤灰排量也将逐渐增加。据不完全统计,  目前我国粉煤灰综合利用率约为45%左右,多年:来,未被利用的粉煤灰积存量己达10亿吨以上,且每年新增5-7千万吨。粉煤灰积存量越多,对环境的污染越严重,因此对粉煤灰的开发利用研究有重要意义。
    近年来,国内外在粉煤灰综合利用方面取得了很多研究成果,并且取得了巨大成功和显著的经济效益。国内外学者对粉煤灰水泥注浆材料性能进行了大量试验研究,主要中在浆体昏的流变性能、浆体的体积稳定性、以及力学性能等方面,鲜见有关于这些主要物理力学性能间相互影响关系的报道。
 
    水固比对注浆材料性能的影响
    注浆材料中的固体物质主要是指水泥、粉煤灰等具有胶结性能的材料,其含量的高低主要用水固比的进行表征,因此,水固比的大小决定了注浆材料中水化产物的生成速度、结构发展的速度,对泣浆材料的性能控制和结构设计参数的选择具有非常重要的意义。
    水泥浆的凝结时间有初凝与终凝之分。初凝时间是指从水泥加水到开始失去塑性的时间,而终凝时间是指从加水到完全失去塑性的时间。因此凝结时间的快慢,对注浆材料的施工方法和工程进度有很大的影响。
    由于注浆材料中的固体物质主要是指具备胶凝性能的水泥和粉煤灰等,而这些物质,尤其是水泥,是水化化学反应的主体,通过生成水化硅酸钙凝胶(CSH)、钙矾石(AFt)等水化产物来形成致密的水化结构,从而为注浆材料提供强度的支撑。因此,注浆材料28d抗压强度的高低与这些胶凝性物质的含量多少(即水固比的高低)直接相关。
 
    速凝剂掺量对注浆材料性能的影响
    虽然粉煤灰也具有二次火山灰效应,其活性与水泥相比要弱很多,但由于体系中水泥的含量只占很小的比例,因此为了提升注浆材料早期结构发展,常常加入一些碱性物质,以促进粉煤灰的活性激发,而水玻璃就是最为常用的一种速凝剂材料。水玻璃溶于水能提升体系的碱度,有利于使粉煤灰较稳定的玻璃体结构失稳,从而释放出潜在的活性。因此,水玻璃的掺入势必会加速注浆材料体系的凝结与硬化过程,进而加速整个结构发展历程。
 
    以材料科学思想为依据,以煤矿老采空区注浆工程实际例参考,对高掺量粉煤灰一水泥注浆材料的宏观物理力学性能进行了系统研究,依据工程实际选择了有代表性的关键参数,系统分析了水固比和速凝剂莎量对注浆材料宏观物理力学性能的影响规律。得出如下结论:
(1)   随着水固比櫛降低,注浆材料的初凝和终凝时间都呈现出加速的趋势,注浆材料的28d抗压强度呈现出增加的趋势,注浆材料的流动性呈现出降低的趋势,注浆材料的结石率呈现出增加的趋势。
(2)   在相同水固比、相同水泥粉煤灰比的条件下,随速凝剂掺量的增加注浆材料的凝结呈现出加速的趋势,注浆材料的抗压强度增加趋势亦非常明显。
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