高活性粉煤灰注浆材料研究

注浆材料通常分为粒状浆材和化学浆材两大类。以水泥为主的粒状浆材源广价廉，使用简单，是注浆材料的主体。但由于常用水泥颗粒较粗，一般只能灌注到直径大于0.2mm的孔隙中，对中、小孔隙不易灌注，应用范围受到局限。化学浆材可注性好，浆液粘度低，能注入到微细孔隙中。但一般都有毒性和价格偏贵，且结石强度比水泥浆液强度低，使用技术较复杂等不足，一直未成为注浆材料的主题。针对水泥浆材和化学浆材的不足，本研究提出了以粉煤灰作为新型注浆材料的主体成份，这是因为粉煤灰的化学组分与水泥十分相似，与水泥相比具有废物利用、价格低廉、颗粒细、可注性好的优势，但由于粉煤灰活性较低，胶凝性不好，尤其是早期强度太低。因此，大幅度提高粉煤灰活性，在此基础上研究满足注浆性能要求的材料体系是本研究的总体思路。 2100433B

自膨胀高聚物注浆材料已广泛应用于岩体工程防渗加固，但关于其扩散机制尚缺乏深入认识。本项目采取模型试验、理论分析和数值模拟相结合的方法研究自膨胀高聚物注浆材料在充水裂隙中的扩散机理，取得的主要成果如下： 1、研制了充水裂隙高聚物注浆模型试验装置，开展了高聚物模拟注浆系列试验，测试了不同注浆量、裂隙开度、静水压力等条件下浆液的扩散行为；试验研究了高聚物浆液流变特性和不同水压力下的膨胀特性，为开展理论分析、研究浆液扩散机制提供了实测依据。 2、以已知密度随时间变化规律的理想自膨胀浆液为对象，基于黏性流体力学理论，考虑浆液初始充填范围、裂隙开度、时间、膨胀系数等因素，推导了浆液在平面单裂隙中的径向扩散模型，并对其合理性和正确性进行了数值验证，该模型的提出对于自膨胀浆液裂隙注浆理论研究具有参考价值。 3、基于计算流体动力学理论，综合运用现代流场计算方法和移动界面追踪技术，建立了一种变密度浆液在充水裂隙中流动扩散仿真分析方法。该方法采用FVM离散浆液-水两相流动系统控制方程，用Youngs方法追踪浆液-水两相流体移动界面，用SIMPLE算法迭代求解动量离散方程和压力、速度修正方程，实现了对浆液-水两相流动系统的数值求解，为深入研究自膨胀高聚物注浆材料在裂隙岩体中的扩散机制奠定了基础。 4、结合模型试验结果，修正仿真模型参数，在此基础上模拟分析了不同条件下高聚物膨胀扩散过程，剖析了不同因素（水压力、裂隙开度、注浆量、时间）对浆液扩散行为的影响，分析了浆液运移过程和流场分布特征，探明了浆液与水的相互作用，揭示了高聚物在充水裂隙中的扩散机制。 本项目成果填补了高聚物裂隙注浆机理研究的空白，丰富了现代注浆理论，对于发展裂隙岩体水害防治高聚物注浆技术具有指导作用，在地下工程安全防护领域具有广阔的应用前景。 2100433B