纳米SiO2改性粉煤灰-水泥基注浆材料性能及声发射特征
赵光明1
李秋利2
王艳芬3
程详4
1.安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽淮南 232001;安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽淮南 2320012.安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽淮南 2320013.安徽理工大学材料科学与工程学院,安徽淮南 2320014.安徽理工大学煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室,安徽淮南 232001
摘要：为研发新型绿色高性能矿用注浆材料,以普通硅酸盐水泥(OPC)和粉煤灰(FA)为原材料,通过引入纳米二氧化硅(nano-silica,NS)对粉煤灰-水泥基注浆材料(FCGM)进行改性,构建高性能复合注浆材料体系.采用不同宏观与微观测试方法,系统研究NS对FCGM浆液性能、力学特性及水化产物演变规律的影响.通过砂岩骨料注浆固结试验,对比分析NS改性对胶结体宏观力学行为及声发射(AE)损伤演化特征的影响规律.研究结果表明:NS掺量对FCGM具有显著影响,可明显提高FCGM的抗压强度,缩短凝结时间,减少泌水率,降低流动度.尤其当NS掺量为1％时FCGM抗压强度最佳,3 d和90 d抗压强度较对照组N1分别提高了 10.58％和98.00％.微观表征(XRD、FTIR、TG-DTG及SEM)证实NS可有效促进FCGM水化进程,显著优化结石体内部微观结构.砂岩注浆加固试验表明:1％NS改性FCGM固结体的28 d单轴抗压强度提升了 90.8％,并有效抑制裂纹扩展与孔隙发育,改善其多重分形特征.AE监测进一步揭示NS增强机制,改性后胶结体的损伤前兆信号更早、更活跃,表现为高幅值振铃计数与累计能量的同步快速增长,最终使其宏观破坏模式从张拉-剪切复合型转变为张拉主导型.研究通过建立材料改性、微观结构、宏观力学与损伤演化之间多尺度关联,阐明了 NS增强FCGM的综合机理,为高性能深部注浆材料研发及预测其工程失效行为提供理论依据与数据支撑.
关键词：普通硅酸盐水泥(OPC)纳米二氧化硅(NS)粉煤灰(FA)注浆材料声发射(AE)力学特性砂岩胶结试验
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(U25A20270)国家重点研发计划(2023YFC2907602)安徽省高校优秀科研创新团队资助项目(2022AH010053)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 100-117 )
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