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PU改性硫铝酸盐水泥注浆材料试验与应用

严国超  白龙剑  张志强  杨涛  刘金海  
【摘要】:通过添加水溶性聚氨酯(PU)和外加剂以提高硫铝酸盐水泥(SAC)基材料的力学性能。采用流动度测试、力学性能测试、XRD矿物组分衍射、接触角分析和SEM显微观察等方法对其可注性、力学性能、化学结构、亲水性和表面形貌进行了研究;并且通过现场工程应用,研究了该材料对破碎煤岩体注浆加固的效果。研究结果表明:(1) PU的加入提高了该材料流动度,增加了硫铝酸盐水泥材料韧性,特别在早期较为明显。当PU的质量分数为10%时,PU-SAC的综合性能最好,硬化结石体拉强度在1,3,7 d分别增加了29.4%,50.7%,39.5%,对抗压强度无明显改善。(2) XRD定性物相分析表明随着PU的加入水化速率加快,水化产物种类与改性前一致;改性后浆液结石体表面静水接触角由11°增加到95°,润湿性由亲水性变为疏水性,可以更好地阻止水侵入注浆材料;(3)该材料具有微膨胀特性,体积膨胀率为1.17%;SEM微观结构形貌分析可知改性后的结石体内部结构裂隙较少,且有聚氨酯构成的网状结构镶嵌贯穿于水泥石内部,抑制微裂纹的发展;(4)现场试验表明,该材料性能稳定、泵送距离长、胶凝时间可控、力学性能好、体积微膨胀、强度不倒缩,提升了破碎煤岩体完整性和稳定性,降低了巷道变形量,为类似注浆加固成功提供了借鉴。注浆材料能够有效加固煤岩体,一方面是充填了裂隙,另一方面是黏结2个结构面增加了岩体黏聚力,但物理试验难以揭示加固机理,需要进一步研究。

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