武汉岩土所新型早高强注浆材料性能研究获进展

2024-01-16 366 0
核心提示:锚固技术是岩土工程加固的常用措施,能够充分发挥和提高隧道围岩的自身强度以及自稳能力,从而有效控制隧道围岩变形,现已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂岩土工程问题最经济有效的方法之一。

锚固技术是岩土工程加固的常用措施,能够充分发挥和提高隧道围岩的自身强度以及自稳能力,从而有效控制隧道围岩变形,现已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂岩土工程问题最经济有效的方法之一。而注浆体作为锚固结构的重要组成部分,对提升锚杆(索)的承载性能具有重要作用。其中,改善注浆材料的流动性、凝结时间、力学强度等指标是提升注浆加固性能的主要方式。

为此,中国科学院武汉岩土力学研究所施工过程力学研究团队基于铁铝酸盐水泥熟料、普通硅酸盐水泥、硬石膏和石灰石粉等材料研发了新型早高强注浆材料。通过单轴压缩试验、X射线衍射试验、热重分析试验、压汞试验等宏、细观测试技术,系统研究了注浆材料的力学强度、水化产物、膨胀率、微观结构等性能指标的演化规律,揭示了其早期水化机理,并通过数值模拟以及现场锚杆拉拔试验验证了早高强注浆材料的锚固性能。结果表明:早高强注浆材料的初凝时间仅为25 min,终凝时间为40 min,流动度达到282 mm。自由膨胀率呈非线性增长趋势,14天龄期内平均增长率为4.51 ‰/d。单轴抗压强度在1天龄期即可达到40.3 MPa,7天龄期时增大至61.7 MPa,并保持稳定。高强注浆材料的主要水化产物为钙矾石和氢氧化铝凝胶,同时水化1天后的物相含量保持稳定。由于水化产物含量的快速增加与体积的膨胀,高强注浆材料的孔隙结构变得更加致密。数值模拟与现场试验表明:早高强注浆材料相比于普通硅酸盐水泥显著提高了预应力锚杆的锚固性能。该新型注浆材料在水化初期表现出早强高强、微膨胀的优良特性,适用于锚固注浆、地层加固等工程需求。

研究成果发表于土木工程领域TOP期刊Construction and Building Materials,研究工作得到了第二次青藏高原科学考察研究计划(No. 2019QZKK0904)、国家自然科学基金重大项目课题(No. 51991392)以及国家重点研发计划课题(No. 2021YFC3100805、2021YFC3100802)等项目的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134324

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