水泥粉煤灰注浆材料特性的室内试验研究

水泥粉煤灰注浆材料特性的室内试验研究

王芷莹

广东省公路工程质量监测中心 广东广州 510500

摘要：在实验室对水泥粉煤灰砂浆的各种物理、力学和化学性能进行了测试，测定了不同材料的抗压强度、剪切强度、流动性等，讨论了不同材料配比和不同龄期下灌浆凝结速率与灌浆凝结的相互作用。注浆填料是处理采空区的一种相对复杂的方法。水泥与粉煤灰的比例是影响喷射技术质量和成本的重要因素。通过对实验室试验数据的处理和分析，大体积粉煤灰在不同水灰比下的影响、不同固含量、不同掺合料含量、不同石料抗压强度条件下的应用。根据工程实际需要，提出相应的技术指标。

关键词：水泥粉煤灰；注浆材料；特性；室内试验；分析

前言：水泥粉煤灰是从火力发电厂燃煤锅炉的烟气中收集的粉状固体工业废物，在某些激发剂（称为活性填料）的作用下具有一定的活性，它不仅是一种简单的填充材料，而且是一种利用其活性的胶凝材料。注填法的实质是通过钻孔注水，利用水压或气体向采空区溶洞区注水。粉煤灰与粘土岩发生多种物理化学反应，其强度、水稳定性和完整性良好，填补空隙和裂缝，改善地基物理力学性能。灌封材料的选用不仅与结构工程和注浆工程的工程质量密切相关，而且与注浆工程的造价密切相关。因此，根据最佳方案配比选择合适的灌封材料，既能满足加工要求，又能最大限度地降低成本。

一、试验原料和方法

（一）试验原材料

本次试验中使用的普通硅酸盐水泥的粉煤灰强度等级为42.5。粉煤灰的活度是粉煤灰粒径和玻璃化程度的综合反应，是决定粉煤灰用量的重要参数。通过论证和比较粉煤灰的化学成分，可以确定其含量。此外，其燃烧损失较大，需水量比也达到国家标准，氧化钙含量适中，可以满足检测需要。

（二）料浆比的设计

对水固比试验（水固质量比）、固相质量比（粉煤灰用于水泥的质量比）和各种水玻璃含量试验进行了比较。浆液配比设计：水+水泥+粉煤灰+水玻璃，水灰比：1-1.5，固体质量比：10-30%，水玻璃：0-9%。

二、实验数据分析

（一）浆硬化体强度

1）以龄期为核心。当水灰比一定时，选择不同的灰分含量和龄期。泥浆变硬，阀体的强度相对较高。当粉煤灰含量达到20%时，能促进水分的产生，矿浆与粉煤灰的反应也能满足硬化矿浆的强度要求。另外，由于固化浆料的凝固时间比以前长，固化浆料的强度也增加。2）以水灰比为核心，与年龄不变时相比。比较了不同灰分和水灰比水泥硬化体的抗压强度和抗剪强度。从对比结果可以看出，如果固相质量比相同而水灰质量比不同，粉煤灰含量的增加使稠浆质量提高，硬化体的抗压强度随着强度的降低而降低。水灰比对硬化强度的影响在60%后不再明显。由以上分析可知，水泥浆硬化的强度早期主要为水泥硬化，后期主要为火山灰反应。由于山灰反应时间长，推迟了后期灌浆硬化，从而提高了强度。随着年龄的增长，它的力量也在增加。水泥浆一旦达到水灰比，活性组分和溶于粉煤灰的组分就会在水的存在下发生反应并自行分解。水含量越高，水泥浆的水化反应强度越大。

（二）浆料流动性和粘度

流动性和粘度是灌封材料最重要的两个性能参数，由于工作要求，材料必须具有良好的流动性，以便注射材料能够快速到达预定位置。如果粘度太高，在注射过程中浆液会粘在孔壁的两侧。注射速度慢，粘度太高，灌浆材料将含有杂质进入孔道，影响灌浆材料的使用效果。从这个角度来看，水泥和粉煤灰灌浆材料的流动性和粘度的控制，是材料研究过程中的一个重要环节。从试验结果来看，随着浆液中水灰比的增加，粉煤灰灌浆材料的流动性将继续提高，粘度将继续下降。特别是当水灰比由小变大，粉煤灰含量不超过50%，灌浆材料的流动性最好，当粉煤灰含量超过50%，水灰比达到1:1时，灌浆材料的粘度会大大增加，不利于灌浆施工。

（三）浆料凝固时间

浆料冷凝过程应满足两个条件。浆料凝结时间不仅要满足压缩时间的要求，而且要尽快硬化，形成具有一定强度的硬化体。试验结果分析表明，水灰比相同但固质比不同时，粉煤灰含量影响并改变砂浆的凝结时间。随着粉煤灰含量的增加，注浆砂浆的凝结时间增加，反之亦然。如果水灰比不同，固质比相同，水灰比越大，浆料的凝结时间越长，反之，浆料的凝结时间越短。

三、影响灌浆材料物理力学性能的因素

（一）抗压强度影响因素

随水灰比的变化而变化，研究了岩体抗压强度与粉煤灰含量的关系。可以看出，在相同水灰比条件下，水泥浆的抗压强度均随粉煤灰掺量的增加而降低。水灰比越小，岩体抗压强度下降越快。当水灰比大于1时，岩体抗压强度的下降趋势大致相同。可能有两个原因。一是随着粉煤灰掺量的增加，水泥配合比相对减小，水泥配合比减小。水化产生的氢氧化钙也减少，使部分粉煤灰无法进入，粉煤灰的活性无法充分发挥。它只能以添加剂的形式存在于岩体中，最终会影响岩体的强度；二是水灰比太小。随着水泥的水化和水化，部分水分蒸发，因此没有足够的水分进行粉煤灰的二次反应，粉煤灰的活性不能充分发挥，这也会影响石料的强度。

（二）影响浆料凝结时间的因素

在不同粉煤灰含量条件下，水泥浆凝结时间与水灰比的关系。在相同条件下，水泥浆的凝结时间随着水灰比的增加而变化。因为水泥与水混合时，先被水分解，然后水化，从而导致凝结和硬化。如果石灰浓度为溶液浓度，则不再进行所谓的“极限”水解浓缩，而是转化为水化。影响水化速度和程度的主要因素是强度的演变。在水化过程中，水泥颗粒逐渐在凝胶状水化硅酸钙膜（铝酸钙）周围形成，并随着水化过程而变厚。液体摄入量也逐渐减慢。在硬化过程中，每个小颗粒通过水化硬化过程的最终水化产物形成特定强度的骨料，通常用于注浆和注浆。由于水灰比高，这种岩石的压榨火山灰浓度很难达到平衡的极限状态，水解通常需要一定的时间。随着水灰比的增大，浆液中的石灰浓度难以达到，水解时间也越长。

四、配合比及应用建议

试验结果表明，随着水灰比的增加，硬化水泥和粉煤灰污泥的抗压强度在不同龄期均呈下降趋势。水灰比为0.5时，水泥浆流动性好，但硬化后强度不高，补强效果差。当水灰比达到1时，硬度强度达到最佳状态。通过对室内水泥粉煤灰试验的分析，可以更好地了解当地粉煤灰的性质，为工程建设提供更准确的数据。在施工中，水泥与煤粉结合，结合灰分的性质，充分占比例。水泥和粉煤灰砂浆的早期强度低，但凝结速度和流动性高，如果是好的，则有利于施工，随着时间的推移，可以保证施工的后期强度。粉煤灰含量为20%时，水泥与粉煤灰的物理化学反应良好。

参考文献

[1] 崔靖俞, 纪曦, 季港澳,等. 湿陷性黄土地基粉煤灰-水泥复合注浆材料性能试验研究[J]. 硅酸盐通报, 2019, v.38;No.276(09):325-329+336.

[2] 王海存, 邵远洋, 李想. 水泥粉煤灰注浆材料特性试验及其应用研究[J]. 煤矿现代化, 2015, 01(1):67-67.