高渗透性注浆材料渗透能力对比试验分析

为探究不同高渗透性注浆材料渗透能力的大小,以超细水泥、脲醛树脂、硅溶胶3种材料为研究对象,设计了室内无压河砂介质及有压黏土介质注浆试验,根据注浆后两种介质中的固结体几何形状及裂隙发育程度,分析3种材料的孔内渗透能力强弱及扩散机制。结果表明,3种材料中,硅溶胶孔内渗透能力最强,脲醛树脂次之,超细水泥最小,且随着介质渗透性降低,其扩散方式由孔内渗流向劈裂裂隙管道流转变,浆液渗透能力越弱,这一过程转变的越快。

基于响应面法的硅溶胶注浆材料配比优化研究

硅溶胶注浆材料具有可注性好、凝胶时间可控、环保无毒、耐久性高等优点,但常规的硅溶胶固砂体抗压强度偏低,其推广应用受到了一定限制。本文通过单因素实验分别研究了胶凝剂种类、胶凝剂浓度、硅溶胶与胶凝剂质量比、注浆材料pH值对硅溶胶固砂体抗压强度的影响,同时通过响应面法研究了胶凝剂浓度、硅溶胶与胶凝剂质量比、注浆材料pH值交互作用对抗压强度的影响。试验结果表明:单因素对抗压强度影响的显著程度依次为胶凝剂浓度、注浆材料pH值、硅溶胶与胶凝剂质量比;双因素交互作用对抗压强度影响的显著程度依次为胶凝剂浓度和注浆材料pH值、胶凝剂浓度和硅溶胶与胶凝剂质量比、硅溶胶与胶凝剂质量比和注浆材料pH值。采用响应面法获得的硅溶胶固砂体抗压强度最优配比为胶凝剂质量浓度为7%,硅溶胶与胶凝剂质量比为7∶1,注浆材料pH值为7。响应面法的预测值和实测值误差较小,表明响应面法可用于硅溶胶注浆材料的配比优化。

硅溶胶结合碳化硅灌注料在某2500m3高炉炉底的应用

高炉炉底找平层材料应具有良好的体积稳定性,强度满足要求且具有较高的导热系数。某2500 m^(3)高炉2015年大修时,炉底找平层材料选用了硅溶胶结合碳化硅灌注料,投产后炉底温度一直处于正常状态。该灌注料的施工过程包括:清除原炉底炭素捣打料、灌注施工、焊接炉底封板及填充空隙、安装扁钢、灌注及找平等步骤,从灌注开始至修补完成,灌注料施工共耗时约14h。该灌注料具有易施工、体积稳定性好、导热性优异、流动性和悬浮性良好、施工周期短、固化强度高、环保等特点,应用于高炉炉底找平层,可节省施工时间、提高炉底传热系统导热性能,有利于降低炭砖热面工作温度、减缓砖衬侵蚀。

清远抽水蓄能电站上库堵漏灌浆施工技术

清远抽水蓄能电站建成蓄水后,发现上库主坝坝基渗水量较设计值偏大很多,经检测判断,是主坝的心墙混凝土垫层以下强风化带和弱风化上带浅层基岩部位存在渗漏。要想处理该部位的渗漏,需要从深度超过50m的新建黏土心墙上钻孔穿透整个心墙、混凝土垫层、下部基岩;同时,为了解决微小裂隙灌浆处理效果,采用了水泥膨润土混合浆液和新型材料硅溶胶浆液,最终取得了良好的效果。

纳米硅溶胶加固粉质砂土的性能研究

粉质砂土具有富含微细孔隙的特点,导致对其进行注浆加固较为困难。在传统注浆加固材料的基础上,引入纳米硅溶胶,研究纳米硅溶胶对粉质砂土加固的影响。以纳米硅溶胶加固粉质砂土为研究对象,通过注浆效果对比试验、无侧限抗压强度实验、渗透实验、SEM扫描电镜分析等试验方法,比较不同养护环境及龄期加固土力学性能。结果表明:纳米硅溶胶注浆性能相对与传统注浆材料能快速有效地渗入土体对土粒进行胶结,对孔隙进行封堵。通过设置干燥空气和水两种养护环境养护后进行相应力学试验及抗渗冲刷试验,结果发现:当填充率为25%时,纳米硅溶胶加固土强度最大可提高至280—290 kPa,连续水流冲刷下抗渗时间扩展至340 h。此外,比较不同养护环境及龄期的加固土组成成分及结构特征发现,水养护下加固土结构更为完整,孔隙更少。因此,纳米硅溶胶在富水地区对加固粉质砂土具有更大的优势。

硅溶胶自吸渗注浆及泥岩防渗加固

遇水泥化是煤矿泥质围岩巷道长期大变形失稳破坏的重要症结,针对常规颗粒性浆材可注性不足问题,系统研究新型纳米级硅溶胶对泥质岩体注浆防渗加固的可行性。基于硅溶胶的胶团结构,阐明硅溶胶的凝胶原理,优选注浆硅溶胶的粒径等级;分析硅溶胶基本物理力学特性和固结泥质软岩的基本防渗特征,结果表明硅溶胶在浆材可注性、凝胶体体积稳定稳定性及注浆结构的防渗性方面相比常规注浆材料具有显著优势,通过硅溶胶注浆黏结可显著降低泥质岩体的孔隙率和渗透性,渗透系数可降低至10^(-9)cm/s,能够满足煤矿巷道泥质微裂隙岩体注浆防渗的工程需求。针对硅溶胶常规注浆方法对泥质岩体基质系统注浆的低效性,基于泥岩微裂隙与硅溶胶间的亲和力,研究了泥质岩体的硅溶胶自吸渗注浆方法,实现了0.1~40 m D低渗泥质岩芯的吸渗注浆,从微观尺度揭示了硅溶胶的吸渗注浆机制;结果表明利用吸渗特性能够进一步提高硅溶胶对低渗泥岩的注浆渗透性。针对硅溶胶凝胶体强度不足,以铝酸盐水泥作为改性增强剂初步研发了一种以硅溶胶为主要成分的高可注高增强跨尺度复合改性浆材,在浆材可注性、流变性、凝胶可控性和结石体强度与体积稳定性方面表现突出,能够实现对泥质岩体封闭和加固的双重作用。

硅溶胶物性及其注浆改性泥岩的试验研究

基于硅溶胶黏度与凝胶时间、润湿性与亲和力、凝胶体形变以及强度等物性表征,自主研制稳压注浆实验系统,研究硅溶胶在泥岩中的注浆渗透规律以及注浆改性泥岩的强度、孔裂隙及渗透性演化规律。研究结果表明:加入催化剂后硅溶胶黏度随时间延长呈复合指数关系递增,凝胶时间与其SiO2,Na2O含量和催化剂用量有关,SiO2,Na2O含量和催化剂用量越小所需时间越长;硅溶胶凝胶后存在一定的干缩现象,养护环境湿度越小干缩越严重;凝胶体的应力-应变曲线与岩石类材料相似,存在峰前应力跌落和峰后应力分级跌落现象,随养护时间延长,凝胶体强度增加,破坏时脆性特征愈发明显;注浆后岩样的单轴抗压强度不同程度降低,且与注浆压力和时间负相关,相同条件下,随硅溶胶内SiO2,Na2O含量增加强度增大;破坏形式由注浆前的剪切劈裂破坏为主转变为注浆后的剪切滑移破坏、折断破坏和鼓形破坏等多种破坏形式共存。注浆前后岩样孔隙形态分布变化不大,但孔径大于20 nm孔隙的孔容小于注浆前,渗透率显著降低。

基于NMR的低渗岩体硅溶胶吸渗注浆试验研究

为研究纳米硅溶胶对含泥质低渗岩体的吸渗注浆机制,采用2种低渗人造岩芯开展了硅溶胶的无压自吸渗试验,并基于低场核磁共振(NMR)系统测试了低渗岩芯吸浆过程中微观渗流特征,从微观尺度揭示了吸渗过程中孔隙填充及封闭规律。结合岩芯孔径分布和硅溶胶凝胶生长规律分析了硅溶胶对低渗岩体的可注性,并讨论了硅溶胶的吸渗注浆机制和工程应用前景。结果表明:硅溶胶对低渗岩芯吸渗能力突出,亲和力为去离子水的92.2%。硅溶胶的吸渗曲线呈指数三阶段分布特征,其中0.1 mD岩芯吸渗过程主要受微孔控制,20 mD样品吸渗先后受中孔和微孔控制。岩体纳微孔隙特征和硅溶胶凝胶生长对硅溶胶吸渗注浆可注性影响显著,且可注性与毛细管力共同影响吸渗结果。硅溶胶吸渗注浆能够满足低渗岩体纳微尺度孔隙-裂缝封闭的工程需求。

纳米硅溶胶浆液胶凝时间的温度响应

为研究纳米硅溶胶浆液在深部裂隙岩体注浆应用方面的基本特性,揭示材料胶凝时间的温度响应,开展了加速剂对胶凝时间的影响试验。结果表明,胶凝时间随加速剂浓度及温度的增长呈指数降低,得到了与温度相关的硅溶胶浆液胶凝时间公式,进一步推导了实时稠度与实时渗透长度公式,并给出了硅溶胶浆液的裂隙注浆设计思路:可先确定纳米硅溶胶浆液及加速剂掺量,再确定目标渗透长度及地层条件,最后根据渗透长度公式调节注浆压力并确定注浆时间。