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武漢巖土所新型早高強注漿材料性能研究獲進展

2024-01-16 6882 0

錨固技術(shù)是巖土工程加固的常用措施,能夠充分發(fā)揮和提高隧道圍巖的自身強度以及自穩(wěn)能力,從而有效控制隧道圍巖變形,現(xiàn)已經(jīng)成為提高巖土工程穩(wěn)定性和解決復(fù)雜巖土工程問題最經(jīng)濟有效的方法之一。而注漿體作為錨固結(jié)構(gòu)的重要組成部分,對提升錨桿(索)的承載性能具有重要作用。其中,改善注漿材料的流動性、凝結(jié)時間、力學(xué)強度等指標(biāo)是提升注漿加固性能的主要方式。

為此,中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所施工過程力學(xué)研究團隊基于鐵鋁酸鹽水泥熟料、普通硅酸鹽水泥、硬石膏和石灰石粉等材料研發(fā)了新型早高強注漿材料。通過單軸壓縮試驗、X射線衍射試驗、熱重分析試驗、壓汞試驗等宏、細觀測試技術(shù),系統(tǒng)研究了注漿材料的力學(xué)強度、水化產(chǎn)物、膨脹率、微觀結(jié)構(gòu)等性能指標(biāo)的演化規(guī)律,揭示了其早期水化機理,并通過數(shù)值模擬以及現(xiàn)場錨桿拉拔試驗驗證了早高強注漿材料的錨固性能。結(jié)果表明:早高強注漿材料的初凝時間僅為25 min,終凝時間為40 min,流動度達到282 mm。自由膨脹率呈非線性增長趨勢,14天齡期內(nèi)平均增長率為4.51 ‰/d。單軸抗壓強度在1天齡期即可達到40.3 MPa,7天齡期時增大至61.7 MPa,并保持穩(wěn)定。高強注漿材料的主要水化產(chǎn)物為鈣礬石和氫氧化鋁凝膠,同時水化1天后的物相含量保持穩(wěn)定。由于水化產(chǎn)物含量的快速增加與體積的膨脹,高強注漿材料的孔隙結(jié)構(gòu)變得更加致密。數(shù)值模擬與現(xiàn)場試驗表明:早高強注漿材料相比于普通硅酸鹽水泥顯著提高了預(yù)應(yīng)力錨桿的錨固性能。該新型注漿材料在水化初期表現(xiàn)出早強高強、微膨脹的優(yōu)良特性,適用于錨固注漿、地層加固等工程需求。

研究成果發(fā)表于土木工程領(lǐng)域TOP期刊Construction and Building Materials,研究工作得到了第二次青藏高原科學(xué)考察研究計劃(No. 2019QZKK0904)、國家自然科學(xué)基金重大項目課題(No. 51991392)以及國家重點研發(fā)計劃課題(No. 2021YFC3100805、2021YFC3100802)等項目的資助。

論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134324

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