高水速凝材料浆的流动性能ZKD陈国锋Ξ杨米加(中国矿业大学)摘要ZKD高水速凝材料是一种新型注浆材料。根据其特点并结合试验,其流动性、流动性维持能力等性能及其注浆堵水机理进行了研究。对关键词ZKD高水速凝材料;流动性;注浆;堵水;机理ZKD高水速凝材料是中国矿业大学近年为矿山巷旁充填研制成功的一种以硫铝酸盐水泥熟料为基材具有较细成分的新型双料特种水泥混合材料。主配料单独加水搅拌而成的浆液24h不凝胶,相同水灰比的主配料浆1∶1混合使用,混合浆液凝胶时间十几秒至几小时可调。高水速凝材料适合于中、高水灰比条件下使用,在添加10%外加剂的情况下,混合浆水灰比(W/C)与凝胶时间的关系如图1示。ZKD高水材料混合浆液凝胶时基本不析水,结石强度高、抗渗性好、微膨胀、不龟裂及破坏后具有再结胶性能。而且ZKD高水速凝材料价格低,又有使用时高水的特征,所以用料省,因此,它最近被应用到注浆堵水工程中,效果很好。为充分利用ZKD高水速凝材料良好的注浆堵水性能,本文就其流动性能及其注浆堵水机理进行研讨,同时以其混合后的浆液为研究对象。图1混合浆液水灰比与凝胶时间的关系1ZKD高水速凝材料混合浆液的流动性能111流动性流动性是指浆液在一定压力梯度下流动的难易,它取决于浆液的流变特性。由于ZKD高水速凝材料的主、配料浆的混合浆液凝胶较快,流动性参数不易测定,但它与主、配料浆的流动性是相一致的。因此分别测定Ξ本文第一作者:陈国锋,男,1972年生,在读硕士,文稿收到日期:1997204201中国矿业大学221008---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---山西煤炭第17卷30ZKD高水速凝材料水灰比(1∶1)的主料浆和配料浆的剪切速率dv/dz和应力Σ,得流变曲线(图2),符合宾汉体的流变本构方程:ΓdvΣ=Σ0+(1)dz——主料浆W/C—Σ0曲线--配料浆W/C—Σ0曲线主、配料浆水灰比与屈服强度Σ0曲线图3——主料浆流变曲线--配料浆流变曲线图2主、配料浆的流变曲线Σ——剪应力;Σ0——屈服强度;Γ——浆液粘度;式中:dv/dz——剪切速率。ZKD高水速凝材料浆液的流动性由流变曲线上的两个参数:屈服强度(Σ0)和粘度(Γ)决定。混合浆液的这两个参数大小主要与浆液的水灰比及混合后的时间有关。浆液混主料浆W/C—Γ曲线--配料浆W/C—Γ曲线主、配料浆水灰比与其粘度Γ的曲线图4合后在极短的时间内失去流动性,可见Σ0、Γ增加很快,浆液也从粘性状态变化到塑性状态,流变特性偏离宾汉体。由于不同水灰比的ZKD高水速凝材料混合浆液凝胶时间不同所以Σ0与Γ变化不同。测定不同水灰比的主料浆和配料浆的Σ0和Γ,见图3和图4.图5浆液在裂隙中的流动在二维平面等厚光滑裂隙中,宾汉体在压力作用下产生流动,如图5所示。平衡方程:z0时,Σ=Σ0z=h-引入边界条件和式(1)和(2)得Σ0=-dpz0.dp-dΣ=(3)(2)0.dr则浆液在裂隙中的最终扩散范围drdz边界条件:z=h时,Σ=0,©1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.wwcnki---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---第5期陈国锋等ZKD高水速凝材料浆的流动性能及其堵水机理的研究31性,即浆液稳定结构破坏后的再生能力。这种触变性在注浆过程中表现为:a1在堵水过程中,提高抗冲蚀能力,保p0h+(4)R=r0.Σ0式中:p0——孔内裂隙面处压力;r0——钻孔半径。当2z0<2h时浆液的流动速率持浆液结构稳定。在大裂隙时,可防止浆液流失过远而造成的浪费。b1通过对浆液触变性的改变,控制浆液在裂隙中的运动。但由于ZKD高水速凝材料浆液混合后凝胶快,触变性增大较快,影响浆液的渗透,因此在适当情况下,可加外加剂调节。113凝胶性ZKD高水速凝材料混合浆液的凝胶性严重影响浆液的流动,使其粘度Γ和屈服强度Σ0增大,这种浆液在凝胶过程中发生从流态到固态的连续变化,无明显的初凝、终凝,这与其主、配料反应有关。这一过程的主要反应为(2h)2z33z01vB=12ΓIr(1-+h3).(5)2h2式中:2h——裂隙宽度;浆液的单位流量为r(2h)3z3Π3z010qB=Ir(1-+).h36Γ2h2(6)式中:r——沿裂隙的长度;当2z0=2h时vB,运动。qB均为0,浆液停止由(3)式得Σ.0z0=(7)CAS+8CSH+6CaO+80HO4322Ir3(C3A3CaSO432H2O)式中:Ir——压力梯度,Ir=-其中z为位置...