XRD和FTIR的掺硅酸钠富水材料强度演化机制

硅酸盐水泥和铝酸盐水泥是广泛应用的无机注浆材料,混合使用这两种材料可制备凝结时间短及强度高的胶凝材料。然而,在富水条件下(水灰比大于1),添加适量二水石膏所制备的硅酸盐-铝酸盐水泥基材料水化后期发生强度衰减。为了改善硅酸盐-铝酸盐水泥基富水材料的强度性能,将一定量的硅酸钠掺入硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-二水石膏三元体系中。采用RMT-150力学试验系统测试含不同硅酸钠掺入量的硅酸盐-铝酸盐水泥基富水材料的强度,分析其强度演化特性及掺入硅酸钠对其强度的影响;采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)对不同硅酸钠掺量的富水材料微观结构进行表征,分析其微观形貌、物相的变化规律,进而揭示该富水材料的强度演化机制。强度试验结果显示,不掺硅酸钠的富水材料早期强度低,并且后期强度发生衰减;而硅酸钠的掺入有助于提高硅酸盐-铝酸盐水泥基富水材料的早期强度,并且在一定程度上减少材料固化后的后期强度衰减量,当硅酸钠掺入量高于3%以上时,可以有效控制该富水材料后期强度的衰减。SEM,XRD及FTIR研究结果表明:不掺硅酸钠的硅酸盐-铝酸盐水泥基富水材料水化14d时,检测到所属六方晶系的物相CAH10及C2AH8转变为具有立方晶系结构的C3AH6,这种晶型转变是导致该富水材料强度衰减的原因。相比不掺硅酸钠的富水材料,当硅酸钠掺入1%时,富水材料水化3d生成更多的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,这有利于提高富水材料的早期强度;水化14d后,XRD结果显示,在d=11.75,6.24出现C2ASH8的衍射峰,而直至28d才检测到C3AH6(d=5.16,3.18)衍射峰,并且C3AH6衍射强度较不掺硅酸钠的材料低,FTIR谱3643cm^-1处出现的振动带证实了这一发现。这说明掺入1%硅酸钠促使六方晶系(CAH10及C2AH8)转变为C2ASH8,进而抑制了CAH10及C2AH8向C3AH6的转变。但是,添加1%的硅酸钠却不足以完全抑制富水材料水化后期的晶型转变,因此富水材料水化后期仍会发生强度衰减。当硅酸钠掺入量升至4%时,硅酸盐-铝酸盐水泥基富水材料中的C2ASH8生成量显著增大,并且水化28d后未检测到C3AH6,表明富水材料内的晶型转变完全得以抑制,材料水化后期强度衰减得到有效控制。

典型氯盐环境中富水充填材料腐蚀及劣化机理

研究富水充填材料硬化体在典型可溶性氯盐环境中抗压强度的变化,并通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X线衍射(XRD)等试验手段,探讨氯盐对富水充填材料腐蚀及劣化机理。研究结果表明:富水充填材料在质量分数为10%的氯盐溶液中浸泡后抗压强度随浸泡时间延长大幅度降低,在氯化钠及氯化镁溶液中浸泡180 d后,试件强度比标养28 d的抗压强度分别降低24.3%及45.5%;富水充填材料在氯盐溶液中浸泡后内部出现氯盐结晶体,富水充填材料在氯盐溶液中浸泡28 d后便有Friedel’s盐生成;富水充填材料对氯离子存在固化作用,但固化水平较低,且氯化镁溶液对富水充填材料有交叉侵蚀作用,表明氯盐溶液对富水充填材料具有腐蚀作用。

不同水固比富水充填材料失稳破坏特征研究

为探讨在开采扰动作用下不同水固质量比富水充填材料失稳破坏时的特征与临界条件、水固质量比对富水充填材料变形特性的影响,通过蠕变、应力-应变等试验,研究了不同应力条件下不同水固质量比富水充填材料的蠕变性能及应力-应变特征,并得到了不同水固质量比充填材料失稳破坏的临界荷载。结果表明:富水充填材料在应力水平较小时,蠕变曲线有衰减阶段和稳定阶段2个阶段;当应力水平达到临界荷载时,蠕变曲线表现出3个阶段,衰减阶段、稳定阶段和加速阶段;水固质量比为1.7、2.0和2.5的充填材料失稳破坏的临界荷载分别为其28 d抗压强度的92%、90%和85%,临界荷载随着水固质量比的提高而降低;应力-应变关系曲线宏观上有4个阶段:初始变形阶段,弹性阶段,塑性变形阶段和破坏阶段;弹性模量随着水固质量比的提高而降低。