聚丙烯酰胺-水玻璃-水泥复合浆液流变性能与絮凝特征研究

摘要

深部地层突水动力灾害具有“大流量、高流速、强补给”的特点，为增强水泥浆液在动水注浆环境中的工程适用性，亟需通过优化浆液配比与性能调控，加速浆液的水化历程，并提高浆液的稳定性.本文以聚丙烯酰胺(PAM)与水玻璃作为改性剂制备了具有速凝和抗分散特性的注浆材料，通过流变性能测试、单轴压缩试验、光散射法和扫描电子显微镜等分析方法与设备，探究了2种改性剂用量对注浆材料流变与力学性能的综合影响，深入研究了PAM与水玻璃在浆液絮体形成过程中的协同作用机制，分析了絮体大小与强度对浆液抗分散性和浆液结石体力学强度的影响.结果表明：PAM和水玻璃形成的絮体增强了浆液颗粒间的内摩擦力，有助于构建稳定的三维网络，减少浆液的冲刷损失；随着PAM和水玻璃掺量的升高，一次粒径的尺寸不断提高，同时浆液的絮体强度不断增强.在水玻璃掺量达到15%时，絮体强度呈线性上升，此时水玻璃对浆液的水化促进作用占据主导，浆液出现“闪凝现象”,水化凝胶的快速生成模糊了絮体一次粒径生成到二次粒径生成的过程.同时，加入这2种外加剂的水泥表现出胀塑性非牛顿流体特性，存在剪切增稠和胀容现象；浆液结石体试件力学性能在水玻璃掺量为10%和15%时出现了较大差异，试件力学强度明显下降，高水玻璃掺量下浆液结石体结构较为疏松，絮体颗粒之间存在针状水化物.研究结果可为揭示抗分散注浆材料的絮凝协同机制提供理论支撑.

关键词

注浆材料 / 水泥浆 / 抗分散剂 / 流变性能 / 絮体特性

基金资助

国家自然科学基金项目(42007172); 山东省自然科学基金项目(ZR2024ME196); 青岛市自然科学基金项目(24-4-4-zrjj-181-jch)