基于RSM的超细水泥注浆材料配比及性能优化模型

注浆堵水技术已成为水害措施防范向工程治理不可缺少的技术之一,超细材料的研究也成为了目前注浆材料发展的新方向。为了解决矿井水害注浆治理工程中注浆材料优选和配比优化问题,采用单因素试验与响应曲面法(RSM)相结合的方法进行超细水泥注浆材料优化配比研究。首先通过单因素试验对不同水灰比、硅灰(SF)掺量及高效聚羧酸减水剂(PCS)掺量条件下浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度进行分析,以确定RSM最佳基准水平,其次构建以浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度为响应目标的二次多项式预测模型,结合方差、残差及响应曲面分析各响应变量对响应目标的影响规律,确定注浆材料最优配比。通过单因素试验结果对比分析,发现最优水灰比、SF掺量及PCS掺量分别为1∶1、35%及0.3%。通过RSM研究发现,浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度不仅受单一因素影响,且存在多因素交互作用。根据建立的二次多项式响应面回归预测模型可知,当水灰比、SF掺量及PCS掺量分别为0.7∶1、38%及0.2%时,注浆材料性能最优,其回归模拟预测浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度分别为210.82 mPa·s、1.0%及12.22 MPa。通过室内试验,其结果与预测模型结果吻合度较高,进一步验证了模型的可靠性,证明了该模型能够用于注浆材料优化配比设计研究。

纳米SiO_(2)增强高强套筒灌浆料及高温后性能试验研究

研究了常温下不同纳米SiO_(2)(NS)掺量(0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%)对高强套筒灌浆料流动度和强度的影响,以及不同高温温度(150、200、250℃)下NS掺量对高强套筒灌浆料质量损失和强度的影响,并进行了微观机理分析。结果表明:常温下,NS的掺入降低了灌浆料的流动度,灌浆料的强度随NS掺量的增加先增大后降低;高温后,灌浆料的质量损失率随温度的升高逐渐增大,抗折强度逐渐降低,抗压强度先增大后降低;NS的掺入能够降低灌浆料的质量损失率和抗折强度损失率,提高抗压强度,且随着NS掺量的增加,质量损失率和抗折强度损失率先降低后增大;NS能够改善灌浆料的内部孔结构;随着温度的升高,灌浆料的内部结构先密实后疏松。

结构修补用细石灌浆料高温后的性能研究

为了研究结构修补用细石灌浆料高温后的性能,试验分析了不同温度(200、400、600、800、1000℃)、不同冷却方式(自然冷却、浸水冷却)对细石灌浆料表观状态变化、质量损失、强度损失的影响规律,建立了温度与质量损失、温度与残余抗压强度的函数关系式。结果表明:在200~1000℃高温后,试件的颜色由灰色变至黄白色,温度越高,试件表面裂纹越严重;温度的升高以及高温持续时间的延长会导致试件质量损失以及强度损失的加剧;当温度为200℃时,两种冷却方式的抗压强度基本一致,升高至400℃及以上时,自然冷却试件的抗压强度高于浸水冷却;基于试验数据建立的拟合关系式的拟合效果较好。

城市基坑富水破碎岩体注浆加固技术研究

在城市地下基坑开挖过程中,由于地下水和工程地质条件的影响,普通注浆材料对破碎岩体地层的加固效果较差。本次研究利用改性聚氨酯粘合剂对普通快硬性水泥注浆材料进行改良,室内制备了改性聚氨酯/水泥基新型复合注浆材料,并对其展开了综合试验研究。研究表明:(1)掺入改性聚氨酯粘合剂后,注浆材料的扩散半径和抗压强度会逐渐降低,但流动性及承载能力依然在良好的范围内;新型复合注浆材料的初凝时间和终凝时间得到了大幅改善,不同MP材料浓度条件下,新型盾构注浆浆液初凝时间分别为21 min、18 min、12 min、10 min以及8.5 min,终凝时间则分别为117min、91min、66 min、57 min以及42 min;(2)随着MP材料浓度的增大,碎石土注浆结石体试样的渗透性逐渐减小。利用纯水泥注浆材料注浆加固的结石体试样的渗透系数为2.01×10^(-9)cm·s^(-1),随着MP材料浓度的逐渐增大,结石体的渗透系数分别降低到1.79×10^(-9)cm·s^(-1)、1.68×10^(-9)cm·s^(-1)、1.61×10^(-9)cm·s^(-1)以及1.55×10^(-9)cm·s^(-1);(3)当养护时间较短时,新型复合注浆材料对碎石体的加固效果不断增强,结石体的抗压强度和抗折强度也不断提高,而当养护时间足够长时,随着MP材料浓度的不段增大,结石体的抗压强度和抗折强度均呈现出先增大后减小的变化趋势。

注浆治理5.5 m大采高综采面破碎带技术工艺创新研究

针对上社煤炭5.5 m厚煤层一次采全高综采面揭露断层后出现不同特征的冒落空洞和片帮范围,分区域采用不同性能指标的注浆材料进行综合注浆治理,针对揭露煤层厚、采高大(≥5.5 m)、易片帮冒顶等特殊地质条件,对注浆压力等参数进行动态优化以适应大采高煤壁的特殊性,调整注浆顺序等技术参数,控制综采面灾害的延伸范围。应用结果表明,工作面煤壁完整性增强,松散煤岩体固结密实,支架顶梁快速构建了再生胶结假顶支撑层,增强了顶板再次冒落对工作面支架的破坏性冲击,为采煤机滚筒切割之后的及时移架支护作业创造安全的作业环境。该工艺推广应用前景广阔,经济效益和社会效益明显。

锦屏一级水电站左岸卸荷拉裂松弛岩体灌浆加固研究

针对强卸荷、松弛拉裂、强震损伤岩体灌浆加固工程中陡倾裂隙面浆液漏量大、加固效果差的技术难题,研发SJP–1型黏度时变型水泥–化学浆液(水灰比0.6);探讨高分子外掺剂对水化硅酸钙生成速度的影响;提出水泥–化学浆液的溶剂化膜理论。研究结果表明:新型水泥–化学浆液可泵期30～90min,初凝90～210min,终凝130～290min,后期强度高出普通水泥浆10%～20%。SJP–1型浆液可避免速凝水泥浆早期强度高、后期强度低的缺陷,并成功地应用于锦屏一级水电站卸荷拉裂岩体和汶川地震灾区损伤岩体的灌浆加固工程。

高压喷射注浆固结体性能研究

根据南水北调穿黄工程地质条件进行的高压喷射注浆材料及固结体性能研究结果表明,采用水泥系注浆材料所形成的固结体抗压强度、弹性模量、抗渗性能除与水灰比有关外,还与土质有很大关系。在水泥含量和水灰比一定时,中砂抗压强度高,弹模大,粉细砂次之,粘性土最小;而抗渗性能则粘性土最好,粉细砂次之,中砂最差。经过室内试验研究,可估计成桩强度,有利于设计施工试验参数的确定。

改性水泥基注浆材料物理力学性能试验及应用

针对煤矿采煤工作面破碎煤岩体深孔高压注浆过程中,化学浆成本较高、用量大,普通硅酸盐水泥浆液结石体与煤体黏结性较差的问题,开发了应用于普通硅酸盐水泥浆改性液,并对其进行了改性水泥基注浆材料黏度、结石率、‘8’字模抗拉强度及锚杆拉拔条件下浆液结石体黏结性能等物理力学性能的实验室分析。结果表明,当水泥改性液用量不大于20%时,对浆液的流动性影响较小,满足高压深孔注浆浆液的要求;不同水灰比条件下,浆液结石率都在98%以上,改性液对浆液的结石率效果提升不是很明显,但不会造成结石率降低;锚杆拉拔条件下黏结性能试验表明,水灰比为0.7∶1.0,改性液用量为15%时,结石体黏结性能最好。高压深孔注浆宜采用单液水泥浆,水玻璃添加量为水泥质量的3%~4%,水泥改性液用量为水泥浆液用量的15%~20%为宜。采用改性水泥基注浆材料在山西潞安常村煤矿N1-3孤岛工作面收尾期间进行了高压深孔注浆井下试验,现场试验表明,浆液消耗量及注浆成本大幅降低,并缩短了收尾工期。

半柔性混凝土路面水泥浆料的研发与性能评价

目的研发半柔性混凝土路面水泥浆的配合比并对其性能进行评价.方法鉴于影响水泥浆性能的因素众多,因此采用均匀设计法作为试验方法,进行不同配合比的水泥浆的性能测试试验,并且和目前商用的水泥浆的流动度和抗压抗折强度进行对比试验.采用统计软件对水泥浆的流动度和抗压抗折强度试验结果进行回归分析.结果商用的水泥浆流动度在36.0 s,不符合目标值的要求,而研发的水泥浆料具有更好的流动性,满足施工使用的要求.提出了最佳水灰质量比0.41,相较于商用的0.34的水灰质量比,0.41的水灰质量比能够减少水泥用量,从而降低半柔性混凝土路面的造价成本.结论研发的水泥浆与商用的半柔性混凝土路面材料性能对比具有更高的流动性和比较合适的抗折强度和抗压强度.

岩土体注浆技术初探及展望

从我国注浆技术的发展入手,详细地分析和评述了岩土体注浆技术的关键问题:注浆材料及浆液、注浆参数确定、注浆方法、注浆工艺、注浆监控与检测等的研究方法和现状,结合具体的工程实例,对涉及的技术难题进行了归纳和总结;同时,针对目前岩土体注浆技术存在的一些不足之处,提出了研究思路和展望。

硅酸盐改性聚氨酯注浆材料在煤矿井下巷道加固中的应用

针对我国煤矿煤岩体化学加固材料与技术所存在的问题,介绍了硅酸盐改性聚氨酯材料的反应机理,并研发了加固型硅酸盐改性聚氨酯材料和充填发泡型硅酸盐改性聚氨酯注浆材料。详细介绍了这2种研发材料的性能特点,并将其应用于现场实践中,实践证明研发的材料在处理煤矿井下巷道冒顶以及破碎煤岩体加固方面具有一定优越性,在一定程度上可以替代目前纯聚氨酯注浆材料,为现代化煤炭企业实现高产高效提供了技术支持。

裂隙岩体注浆理论研究进展及展望

开挖卸荷作用下,岩体内部节理、裂隙易发生扩展贯通,极易发生失稳破坏,从而影响工程岩体稳定性。工程实践证明,注浆是修复裂隙岩体、提高围岩稳定性重要的手段。在收集整理国内外研究资料的基础上,对裂隙岩体注浆领域的研究现状进行了全面的归纳和总结,得到了以下关键结论:数十年来,裂隙岩体浆液扩散运移规律取得了较大进展,离散裂隙网络介质理论已成为研究的主流方向,浆液在裂隙内流动的本质是多相流作用下的应力-渗流耦合动态响应与反馈的过程;注浆通过浆液与破碎岩体形成的固结体,显著改善裂隙岩体的物理力学特性,增加整体强度,达到胶结加固的目的;采用离散单元法对裂隙岩体注浆进行数值模拟,能够更好地反映浆液在裂隙中流动扩散的本质。同时,目前关于裂隙岩体注浆问题的研究尚未成熟,现有理论落后于工程实践,其成果大多对实际注浆工程的指导价值有限。因此,结合已有的裂隙岩体注浆理论,运用合理的数值模拟方法,采用适当的模拟试验对岩体注浆关键问题进行深入研究,进而指导现场注浆工艺。对裂隙岩体注浆的发展趋势进行预测,认为以下3个方向是今后研究的重点:(1)建立应力-渗流耦合控制方程,并实现这一动态过程的模拟仿真;(2)建立裂隙岩体工程的锚固注浆联合作用理论;(3)建立适用于深部裂隙岩体注浆的理论体系。

煤矿用高分子化学煤岩体加固剂的研究与应用

阐述了煤矿用高分子化学煤岩体加固剂的研究过程和技术特点,简单介绍了其在顶板维护、巷道加固等方面的应用。

高速公路裂隙岩体地基改性浆液注浆加固技术

为满足高速公路富水裂隙等复杂岩溶发育地层治理的工程需求,对研制的改性高聚物-水泥(MPC,Modified Polymers-Cementitious)注浆浆液进行了研究;建立基于广义H-B流体的预定义黏度时间分布函数,进行地下水作用下裂隙注浆扩散特征数值分析。结果表明:MPC浆液黏度随时间呈阶梯型增长;与传统注浆材料相比,高聚物间注浆初期具备持续高流态、临界可泵期时黏度突增并迅速凝胶硬化的性能优越性;动水冲刷下MPC浆液留存率明显高于水泥单液浆,且断面累计动水流量显著减少。

大体积灌浆料施工技术与管理

水泥基灌浆料加水拌合后具有流动性好、微膨胀、早期和后期强度高、不泌水等性能。因本工程施工条件限制,经过讨论采用水泥基灌浆料浇筑设备基础,介绍了水泥基灌浆料的配合比设计及施工工艺。

徐州客运站综合楼主楼嵌岩灌注桩试桩结果分析

当基岩抗压强度较高时，嵌岩灌注桩的承载力往往由桩身材料强度控制。本文通过对徐州客运站综合楼主楼嵌岩灌注桩试桩结果的分析，提出了正确运用《建筑桩基技术规范》（ＪＧＪ９４－９４）和桩身材料力学性质指标确定由桩身材料强度所决定的单桩竖向抗压极限承载力的方法。

双液及新型化学注浆材料加固破碎煤岩体对比小试

化学灌浆材料是目前应用于煤矿安全治理较多的材料之一,本文基于某淮南煤田煤矿回采过程中部分工作面出现突涌水现象及个别工作面出现压架子事故,探讨双液及新型化学注浆材料加固破碎煤岩体小试。结果显示,五种常用的双液化学浆液中,固邦特遇水发泡,具有一定的膨胀率,且同等浆液用量下,其形成的砂和煤矸石的固结体强度最高,宜优先选用;新型化学浆材砂固结体抗压强度均高于固邦特的固结强度,值得推广应用。

纳米材料改性水泥浆液凝结与流动特性试验研究

为解决深部地下岩体微裂隙难以注浆的难题,通过物理试验与正交试验相结合的方法,综合研究超细粉煤灰掺量、纳米硅溶胶掺量、减水剂掺量和水灰比4个因素对浆液凝结特性及流动特性的影响规律。试验结果表明:水灰比对于改性水泥浆液性能的影响较大,水灰比的增大会使浆液凝结时间增长,黏度、结石率明显下降。减水剂和超细粉煤灰能够有效提升浆液的流动特性。纳米硅溶胶对于浆液的凝结特性有着显著影响,纳米硅溶胶掺量增多,浆液的凝结时间减少,结石率上升,黏度略微上升。