纳米硅溶胶-EVA-粉煤灰水泥基复合浆材配比正交优化及对其物性的影响

作者：沈玉旭; 柴肇云^*; 孙浩程; 刘向御; 郭俊庆; 肖畅; 李天宇; 辛子朋; 史沁彬

来源：煤炭学报, 2023, 1-17.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2023.0755

• 纳米硅溶胶
• EVA
• 粉煤灰
• 普通硅酸盐水泥
• 正交试验

针对传统水泥基浆材不能满足煤矿大变形巷道注浆加固实际需求的难题，通过添加纳米硅溶胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和粉煤灰对普通硅酸盐水泥进行改性获得高性能复合浆材。采用正交试验和极差分析法系统研究复合浆材物理力学性能的变化规律，确定最优配比，并进一步分析最优配比复合浆材与纯水泥的物性差异，构建复合浆材的水化反应机理模型，阐明其加固破碎岩石的力学特性。研究结果表明，复合浆材最优配比为：水灰比0.7，粉煤灰掺量15%，硅溶胶掺量2%，EVA掺量7.5%；相较于纯水泥，复合浆材流变性略有下降，但浆液稳定性、力学性能等均有显著提升，初凝时间缩短了38.9%，终凝时间缩短了53.8%，析水率降低了60%，结石率提高了3.3%，单轴抗压强度提高了39.1%，抗拉强度提高了97.2%，拉压比提高了41.7%；硅溶胶和粉煤灰在不同时期与Ca(OH)2发生火山灰反应生成更多水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)，促进复合浆材的水化反应，并加速EVA成膜，使结石体更加致密；复合浆材注入量和胶结体单轴抗压强度均随注浆压力的增大而增加，随Talbot指数的增加抗压强度先增大后减小，破坏形式多呈鼓状，剪胀变形明显；当注浆压力大于2 MPa，Talbot指数0.5时，胶结体强度较大，破坏较小。本研究为水泥基复合浆材早强、增韧改性提供了可行途径。

• 单位
  山西能源学院; 太原理工大学; 山西潞安环保能源开发股份有限公司