碎粉岩地层丙烯酸盐基注浆加固体水稳性研究

摘要

针对富水环境下丙烯酸盐基注浆材料加固碎粉岩地层时强度劣化机制不明确的问题，研究材料组分与地下水侵蚀离子（Cl^-,OH^-）对碎粉岩注浆加固体力学性能的影响规律。通过研究主剂(（CH₂CHCOO）₂Ca、（CH₂CHCOO）₂Mg)、改性剂（α-CaSO₄·0.5H₂O）和交联剂(C₁₄H₁₈O₇)掺量（单一组分与改性丙烯酸盐基注浆材料溶液的质量分数）变化对碎粉岩注浆加固体复合离子环境下力学性能影响，确定丙烯酸盐基注浆材料配合比；开展不同Cl^-体积浓度、pH及侵蚀龄期的富水离子环境侵蚀模拟试验，测试碎粉岩注浆加固体的单轴抗压强度；利用红外光谱（FTIR）揭示侵蚀机理，利用低场核磁共振成像（LF-NMRI）分析微观结构演变规律。结果表明，改性剂（α-CaSO₄·0.5H₂O）掺量的变化是碎粉岩注浆加固体抗压强度提升的主要因素；Cl^-体积浓度和pH升高及侵蚀龄期延长导致碎粉岩注浆加固体单轴抗压强度持续下降，极端碱性条件（pH=14）下加固体5 d内完全丧失抗压强度；Cl^-取代注浆材料凝胶体结构中的羟基（—OH）,破坏了氢键，OH^-对注浆材料凝胶体有机网络结构中的酯基（—COO—）造成破坏，低场核磁共振成像表明二者侵蚀会加速碎粉岩注浆加固体内部孔隙的生成。

关键词

丙烯酸盐基注浆材料 / 碎粉岩地层 / 富水环境 / 离子侵蚀 / 劣化机制

基金资助

国家重点研发计划资助项目(2022YFB2601900,2022YFB2601903); 国家自然科学基金资助项目(51979153,52209138,52178338); 山东省重点研发计划(重大科技创新工程)资助项目(2020CXGC011405,2021CXGC010301); 云南省重点研发计划资助项目(202103AA080016)