低钙粉煤灰基注浆材料试验研究

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粉煤灰作为燃煤电厂副产品之一,是一种轻质、多孔的松散体,在建筑、冶金、化工和农业等领域得到广泛应用。然而,我国电厂排放的粉煤灰质量层次不齐,将近八成以上的粉煤灰品质低劣,可利用性较差,限制了自身的应用范围和数量。粉煤灰作为一种酸性氧化物,在碱性环境中,发生水化反应,利用粉煤灰的火山灰性质可以将其作为注浆材料。基于此,本文探究低钙粉煤灰-水泥浆液的工作性能。首先固定Na OH与Na2SO4的用量(模数比为1,共占固体材料质量3%),将粉煤灰按40%、50%、60%、70%、80%的掺入比(粉煤灰与水泥的质量比)加入到水泥中,并设0.6:1,0.7:1和0.8:1三组水平的水固比,对浆液进行性能试验;在浆液性能试验结果上选取水固比为0.7:1,粉煤灰掺量为50%、60%和70%的浆液,加入破碎岩石,进行静态抗压与静态抗拉试验,分析破碎岩石注浆加固后静态物理力学性能的变化规律;在破碎岩石注浆加固静态试验配比的基础上,进一步通过设置四组水平的冲击气压,对其进行SHPB试验,分析在不同加载状态下,试样动态物理力学性能的变化规律;最后通过扫描电镜(SEM)与X-射线衍射(XRD)试验,分析在不同养护龄期下浆液结石体电镜图片与物相结果,从微观角度探究宏观力学变化规律,相关的研究结果如下:(1)采用正交试验法,对低钙粉煤灰-水泥浆液进行一系列的物理性能试验,包括析水率试验、粘度试验、结石率试验和凝结时间试验,分析水固比与粉煤灰掺量的变化对浆液物理性能的影响规律,同时对养护龄期为3,7,28天的结石体试样,进行静态单轴抗压试验,分析试样抗压强度随水固比、粉煤灰掺量及养护龄期的变化规律,依据结果选取水固比为0.7:1,粉煤灰掺量为50%、60%和70%的浆液进行后续试验。(2)将岩石碎块加入依据浆液性能试验结果选取的三组浆液中,对破碎岩石注浆体与纯浆液结石体,分别进行单轴抗压以及巴西劈裂试验,探讨了静态荷载作用下粉煤灰掺量与岩石碎块对试样应力-应变的变化、强度和破坏形态的影响规律。结果表明:在静态荷载作用下,相比纯浆液结石体试样,添加破碎岩石之后,抗压与抗拉强度均有一定增加,60%粉煤灰掺量的试样抗压强度增长幅度最高;70%粉煤灰掺量的试样抗拉强度增长幅度最高。(3)采用SHPB试验系统,对添加岩石碎块后形成的50%、60%和70%粉煤灰掺量的注浆体试样开展冲击压缩试验,同时设置四组水平的冲击气压,探究试样在动态荷载作用下的力学特性,分析动态应力-应变曲线与强度的变化规律;观察并分析了试样最终破碎形态;并对破碎碎块进行筛分统计,建立试样粉煤灰掺量与分形维数以及分形维数与破碎耗能密度之间的关系。(4)通过对低钙粉煤灰-水泥浆液结石体试样进行SEM与XRD试验,观察微观图片并结合物相检测结果进行分析,碱性激发剂的加入提高了水化反应速率,在早期就有丰富的水化产物生成,但此时浆体内部结构较为疏松,随着养护龄期的增加,粉煤灰中石英相与莫来石相的衍射峰高度明显减小,促进了潜在活性的释放,后期浆体内部絮凝状C-S-H凝胶包裹其它水化产物,形成密实的网络结构,体系更加致密,优化了材料的力学性能。通过对低钙粉煤灰-水泥浆液的性能试验以及加入岩石碎块后注浆体在静态压拉与动态试验中的表现进行综合考虑,水固比为0.7:1,粉煤灰掺量为60%的浆液性能最优。图41表15参95
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