隨著城市化的不斷深入,城市地下空間的開發(fā)利用已成為國家建設的重點。對于一些處于復雜地層的地下工程,尤其是位于高含水量的軟粘土地層、高液化程度的砂層的地下工程,普通的水泥基注漿材料由于其抗水溶蝕性能差、早期強度低、易受地下水稀釋、易分層離析等缺陷,已經(jīng)不能很好的滿足人們對大型隧道工程的要求。新型注漿材料具有速凝、早強、結石率高、高固水、經(jīng)濟環(huán)保等特點,可作為一種優(yōu)良的注漿材料。研究新型注漿材料原材料對新型注漿材料強度及微觀結構的影響,將有助于了解新型注漿材料的作用機制,以便改善其強度特性,使其得以推廣使用。主要的研究內(nèi)容和結論如下:通過試驗分析了石灰、SiO_2、水灰比、養(yǎng)護齡期對新型注漿材料抗折強度和抗壓強度的影響。不同的石灰對不同水灰比的新型注漿材料的強度影響不同。水灰比1.0時,新型注漿材料的強度隨著石灰中CaO含量的增加而增加,水灰比2.0時則呈相反趨勢。不同SiO_2對新型注漿材料強度影響不同。配比合理時,微米SiO_2的加入使新型注漿材料的強度提高5%左右;而納米SiO_2的加入反而使材料強度值降低20%左右。新型注漿材料的強度隨著水灰比的增加而降低,水灰比增加0.5時,強度降低約40%。隨著養(yǎng)護齡期的增加,新型注漿材料的抗壓強度持續(xù)增加,抗折強度則是先增加后降低。通過BET和MIP試驗分析了石灰、SiO_2、水灰比和養(yǎng)護齡期對新型注漿材料孔結構的影響�？捉Y構試驗結果表明新型注漿材料是一種多孔、較大孔材料。對于水灰比1.5和2.0的新型注漿材料,孔徑為0~200nm的孔的孔體積占14.61%~19.98%,孔徑為200~1000nm的孔的孔體積占61.55%~77.06%,孔徑為1000~10000nm的孔的孔體積占3.56%~20.09%,孔徑大于10000nm的孔的孔體積占2.57%~3.40%。孔結構試驗與強度試驗相吻合,各影響因素對新型注漿材料的孔結構的影響主要表現(xiàn)為強度低的新型注漿材料孔體積大,大孔徑孔多。通過TGA-DSC和SEM試驗,分析了石灰、SiO_2、水灰比、養(yǎng)護齡期對新型注漿材料水化產(chǎn)物(物相組成和微觀相貌)的影響。TGA-DSC獲得的曲線在90℃附近、230℃附近和660℃附近存在較明顯的3個吸熱峰,表明新型注漿材料的主要水化產(chǎn)物為鈣礬石、鋁膠和C-S-H/C-A-S-H凝膠,SEM-EDS分析獲得了相同的結論。當以上各類產(chǎn)物的數(shù)量較多時,新型注漿材料的微觀結構更為致密,宏觀強度特性更好。采用3D-XRM系統(tǒng)和三維可視化軟件對新型注漿材料進行三維重構,獲得新型注漿材料的三維重構模型,對各組成相進行定量分析,為新型注漿材料微觀結構的研究提供了可供參考的方法。對比了本文所用的三種不同的測孔方法獲得的結果,三種測孔方法各有優(yōu)勢,BET更適合測試孔徑小于50nm的孔,3D-XRM在測試微米級別的孔上體現(xiàn)出優(yōu)越性,MIP則是能較為全面地展現(xiàn)新型注漿材料不同孔徑的孔分布。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU52;TU94
【部分圖文】：

CD階段：為材料的破壞階段。材料承載力達到峰值后，其內(nèi)部結構已經(jīng)完全破壞。應力值開始下降， 材料失去承載能力。圖1-1 高水速凝材料單軸抗壓應力—應變曲線Figure 1-1 Uniaxial compression stress-strain curve of high-water rapid-setting material孫恒虎[42]、胡華[86]等對不同齡期的高水速凝材料結石體進行了單軸抗壓試驗，得到了其單軸抗壓的應力—應變曲線。不同齡期的單軸抗壓應力—應變曲線的發(fā)展趨勢都基本符合以上所訴的四個階段，只是其發(fā)展階段的劃分與上述劃分稍有不同。何濤等[74]采用MTS力學試驗系統(tǒng)，進行了不同環(huán)境下（pH值）高水速凝材料結石體的單軸壓縮試驗。在單軸壓縮下，高水速凝材料的材料屬性類似某些軟弱巖石，屬彈 塑蠕變性質。試驗結果表明，環(huán)境對高水速凝材料結石體的變形特性有顯著影響。高水速凝材料結石體在空氣環(huán)境以及水環(huán)境中受力時抵抗變形能力均變差。謝輝、劉長武[85]通過單軸壓縮試驗研究了含水率對高水速凝材料結石體變形特性的影響。研究結果表明高水速凝材料是一種彈塑性材料，水對結石體的變形破壞特點影響較明顯。橫向變形因擠壓出水而收縮，縱向變形量較大。含水率越低，鈣礬石分子微觀結構越緊密

碩士學位論文8圖1-2 新型注漿材料三軸壓縮應力—應變曲線Figure 1-2 Triaxial compression stress-strain curve of new type of grouting material由圖1-2可以看出：a.三軸壓縮的開始階段為彈性變形階段。該段曲線近似為直線，隨著應力增加，應變增加很小，材料從開始加載就直接進入彈性階段，并在很長一段時間內(nèi)保持彈性變形。b.第二階段為材料的屈服階段。該段曲線的特點是曲線逐漸上凸并彎曲，斜率逐漸變小。受壓變形逐漸增大，而荷載載值上升開始變緩 。c.應力開始波動并出現(xiàn)承載力最大值，該階段出現(xiàn)的上界即為新型注漿材料的峰值強度。由于圍壓的存在，,新型注漿材料結石體劈裂破壞后，雖然其變形很大但仍然具有較高的承載能力

能對水泥基材料至關重要，尤其是抗折故研究新型注漿材料的抗折強度及抗壓漿材料的抗折強度和抗壓強度，測試了的影響。同時，還采用了不同種類的S對新型注漿材料強度特性的影響。驗方案（Raw Materials and Ex高水灰比、速凝早強的特點。它是由甲鋁酸鈣水泥、添加劑A和水混合攪拌所。對試驗所用材料進行了XRF分析, X 射線熒光光譜儀，儀器型號為S8水泥、石膏以及兩種不同的石灰。試驗取10g。
【參考文獻】

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本文編號：2882796