一种兼具渗透与劈裂功能的复合注浆材料研发与现场试验

碎粉岩富水地层具有结构松散、粒径较小、黏聚力低、自稳性差等特点,传统浆液难以有效渗透加固。以碎粉岩工程地质特征为导向,利用有机-无机材料复合协同效应研发一种集渗透胶结及劈裂加固于一体的新型注浆材料(PSCG),克服碎粉岩“吃水不吃浆”这一工程难题。首先通过室内力学试验与注浆模拟试验验证上述材料研发思路的可行性,并选取碎粉岩加固所需关键指标进行物理力学性能测试(凝结时间、持水率、加固体抗渗性、强度、体积收缩率),结合微观测试手段(SEM、FTIR)揭示新材料的注浆加固机制,最后通过现场试验,研究PSCG材料对碎粉岩地质的加固效果。研究结果表明:PSCG材料具有渗透-劈裂双重作用同步加固效果。一方面,丙烯酸钠聚合生成网络状高分子结构,与水泥水化产物、水泥颗粒相互贯穿形成具有抗分散效果的三维互穿空间结构,并且有机-无机材料接触界面被改良,裂缝被充填,加固体7 d强度可达27.01 MPa。另一方面,丙烯酸钠溶液在注浆压力及毛细作用作用下渗入碎粉岩颗粒孔隙间并发生聚合反应,将碎粉岩颗粒锁合成整体结构,同时,碎粉岩中的金属与凝胶中羧酸基团形成强烈的配位作用,增加了聚合物网络的交联密度,提高了凝胶的力学性能,渗透区加固体7 d的强度可达2.4 MPa,渗透系数高达5.9×10^(-7)cm/s。结合现场试验结果,PSCG材料对碎粉岩地层具有堵水、加固双重效果。