与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料.pdf

与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料李国新1,唐仕英2,牛梦蝶1,王文昭1(1.西安建筑科技大学 建筑工程材料研究所,西安7 1 0 0 5 5;2.西北核技术研究所,西安7 1 0 0 2 4)摘 要:为获得可应用于地下高频动态力学参数测量的回填材料,提出了以普通硅酸盐水泥为基础的胶凝材料,通过掺入粉煤灰、塑性膨胀剂及U E A等添加剂来制备与软岩波阻抗相匹配的微膨胀系列胶凝材料,探究了水胶比和粉煤灰取代量对微膨胀胶凝材料密度、声速、流动度、竖向膨胀率、抗压强度及波阻抗的影响规律。结果表明:随着水胶比的增大,微膨胀胶凝材料流动度略有增大,竖向膨胀率逐渐缩小,试件在各龄期的抗压强度、密度及波速均逐渐降低,相应的波阻抗也逐渐减小;随着粉煤灰取代量的增加,浆体流动度呈现逐渐增大的趋势,试件在各龄期的抗压强度、密度、波速及波阻抗均逐渐降低;随着养护龄期的延长,水泥结构的性能越来越稳定,试件的抗压强度、波速及波阻抗不断增加,然后趋于稳定。通过试验研究,制备出了抗压强度为1.8 4 5.5 M P a、密度为1.3 3 2.1 8 gc m-3、波速为1.4 3 3.3 1 k ms-1、波阻抗为(1.9 67.1 2)1 0-6 k gm-2s-1的微膨胀胶凝材料,可应用于各种力学性能与波阻抗要求不同的砂土与软岩环境回填材料中。关键词:波阻抗;普通硅酸盐水泥;微膨胀;粉煤灰;水胶比;软岩中图分类号:O 3 4 7;T U 5 2 5文献标志码:A D O I:1 0.1 2 0 6 1/j.i s s n.2 0 9 5 6 2 2 3.2 0 2 3.0 2 0 8 0 1收稿日期:2 0 2 2 0 7 2 7;修回日期:2 0 2 2 0 9 1 9基金项目:强动载与效应重点实验室基金资助项目(I D E L 1 9 0 4)作者简介:李国新(1 9 7 5-),男,湖北汉川人,教授,博士,主要从事先进水泥基材料研究。E-m a i l:l i g u o x i n x a u a t.e d u.c nM i c r o-E x p a n s i v e C e m e n t i n g M a t e r i a l M a t c h i n g W i t hW a v e I m p e d a n c e o f S o f t R o c kL I G u o x i n1 T ANG S h i y i n g2 N I U M e n g d i e1 WANG W e n z h a o1 1 I n s t i t u t e o f B u i l d i n g E n g i n e e r i n g M a t e r i a l s X i a n U n i v e r s i t y o f A r c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y X i a n 7 1 0 0 5 5 C h i n a 2 N o r t h w e s t I n s t i t u t e o f N u c l e a r T e c h n o l o g y X i a n 7 1 0 0 2 4 C h i n a A b s t r a c t T o o b t a i n b a c k f i l l m a t e r i a l s t h a t c a n b e a p p l i e d t o t h e m e a s u r e m e n t o f u n d e r g r o u n d h i g h-f r e q u e n c y d y n a m i c m e c h a n i c a l p a r a m e t e r s a s e r i e s o f m i c r o e x p a n s i v e c e m e n t i n g m a t e r i a l s w h i c h m a t c h t h e i m p e d a n c e o f s o f t r o c k w a v e a r e p r e p a r e d b y a d d i n g f l y a s h p l a s t i c e x p a n s i o n a g e n t a n d U E A T h e e f f e c t s o f f l y a s h c o n t e n t a n d w a t e r-b i n d e r r a t i o o n t h e a p p a r e n t d e n s i t y s o u n d v e l o c i t y f l u i d i t y v e r t i c a l e x p a n s i o n r a t e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d w a v e i m p e d a n c e o f m i c r o-e x p a n s i v e c e m e n t i n g m a t e r i a l s a r e s t u d i e d T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t w i t h t h e i n c r e a s e o f w a t e r-b i n d e r r a t i o t h e f l u i d i t y o f s l u r r y i n c r e a s e s s l i g h t l y a n d t h e v e r t i c a l e x p a n s i o n r a t e d e c r e a s e s g r a d u a l l y T h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h d e n s i t y a n d w a v e v e l o c i t y o f s p e c i m e n s a t v a r i o u s a g e s d e c r e a s e g r a d u a l l y a n d t h e c o r r e s p o n d i n g w a v e i m p e d a n c e a l s o d e c r e a s e s g r a d u a l l y 1-108020第1 4卷 第2期2 0 2 3年6月现 代 应 用 物 理MO D E R N A P P L I E D P HY S I C SV o l.1 4,N o.2J u n.2 0 2 3W i t h t h e i n c r e a s e o f f l y a s h c o n t e n t t h e f l u i d i t y o f s l u r r y i n c r e a s e s g r a d u a l l y a n d t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h d e n s i t y w a v e v e l o c i t y a n d w a v e i m p e d a n c e o f s p e c i m e n s a t v a r i o u s a g e s d e c r e a s e g r a d u a l l y W i t h t h e e x t e n s i o n o f c u r i n g a g e t h e p e r f o r m a n c e o f c e m e n t s t r u c t u r e b e c o m e s m o r e a n d m o r e s t a b l e a n d t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h w a v e v e l o c i t y a n d w a v e i m p e d a n c e o f s p e c i m e n s i n c r e a s e a n d t h e n t e n d t o b e s t a b l e T h r o u g h e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h m i c r o e x p a n s i v e m a t e r i a l s w i t h c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f 1 84 5 5 M P a d e n s i t y o f 1 3 32 1 8 g c m-3 w a v e v e l o c i t y o f 1 4 3 3 3 1 k m s-1 a n d w a v e i m p e d a n c e o f 1 9 6 7 1 2 1 0-6 k g m-2 s-1 c a n b e p r e p a r e d a n d b u l g i n g m a t e r i a l c a n b e a p p l i e d t o b a c k f i l l m a t e r i a l i n s a n d a n d s o f t r o c k e n v i r o n m e n t w i t h d i f f e r e n t m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d w a v e i m p e d a n c e K e y w o r d s w a v e i m p e d a n c e o r d i n a r y p o r t l a n d c e m e n t m i c r o-e x p a n s i v e f l y a s h w a t e r-b i n d e r r a t i o s o f t r o c k 在地下高频动态力学参数测量中,需将传感器置于一定深度的岩土孔洞中,然后采用回填材料填充孔洞使传感器组件固定。回填后的孔洞应与岩土成为一个整体,有相同或相近的波阻抗特性,回填材料在固化过程中不能对传感器产生损伤,且固化后具有整体均匀稳定的特性。因此,回填材料的正确选择是决定高频动态力学参数准确测量的重要因素,回填材料对应力波传播不能有明显的衰减作用,即与岩土具有相同的波阻抗和相似的物理力学性能。此外,回填材料还应具有大流动性、自密实性及微膨胀性等基本特性,以保证回填材料与岩土成为一个密实的整体。硬化后的水泥基胶凝材料和岩土有相当多的共性,它们都是由体积较小的矿物颗粒组成,含有一定的缺陷和裂纹,非均质,破坏时呈现出脆性特征13,且具有原材料来源丰富、价格便宜、物理力学性能稳定及无污染等优点45。因此,硬化后的水泥基胶凝材料成为国内外应用最为广泛的岩土相似材料之一。卿凇等6利用正交实验模拟了某地区岩石的物理力学性能,结果表明,当水泥、水、砂的质量比为6 7 3 6时,水泥砂浆的弹性模量为0.4 1 1 04 M P a,抗压强度为2 4.0 8 M P a,抗折强度为1.4 8 M P a,与实际岩石的力学性能(弹性模量为0.3 9 1 04 M P a,抗压强度为4.0 0 M P a,抗折强度为1.5 0 M P a)非常相似,是模拟现场岩石性能的最佳配方之一。史小萌等7以重晶石、石英砂为骨料,水泥和石膏为胶结材料,硼砂作为添加剂制备了水泥基相似材料,研究了砂胶比、水膏比及重晶石质量分数对水泥基相似材料性能的影响,结果表明:相似材料的密度、抗压强度及弹性模量随着水膏比和重晶石掺量的增加而升高,随砂胶比的增加而逐渐降低。戴银所等8研究发现,当水泥掺量为8%,外掺1.5%9.0%的硅灰和矿渣,能配制强度为0.2 1.0 M P a,表观密度为1.3 1.8 gc m-3,弹性模量为2 0 1 1 0 M P a的相似材料,可在地质力学模型试验中模拟软岩体。A s a d i z a d e h等9采用质量分数分别为4 8%,2 4%,2 8%的石膏、水泥和水制作了具有足够脆性的材料,单轴抗压强度为2 2 M P a,抗拉强度为3.4 3 M P a,杨氏模量为3.7 81 03 M P a,可较好地模拟天然节理岩石。K o1 0采用5 6 0 g石膏、6.4 g硅藻土和2 2 4 m L水制备出了相对理想的典型沉积岩相似材料,单轴抗压强度为3 4.5 M P a,抗拉强度为3.2 M P a,杨氏模量为5.9 61 03 M P a。李光等1 1研究发现,采用河砂、水泥和石膏作为原材料,可配制出密度为1.6 2 11.9 3 4 gc m-3,抗压强度为0.0 2 11 1.0 1 2 M P a,抗拉强度为0.0 0 8 2.8 2 3 M P a,动弹性模量为(0.5 7 91 2.0 2 4)1 03 P a的岩石相似材料。M a1 2以石英砂、铁粉、石膏、水泥、缓凝剂及减水剂为原材料,制备出白砂岩的相似材料,采用正交试验设计原理分析了各影响因素的显著性,并对类似材料的试验结果进行了拟合,结果表明,相似白砂岩材料的最佳比例为石英砂质量分数为3 6%,铁粉质量分数为1.9%,石膏和水泥的质量比为1.8 1,砂粒径为2 4 mm,该相似材料的物理和力学性能与白砂岩的物理和机械性能一致。L u等1 3研究发现,在矿物组成基本相同的情况下,通过调整水灰比和水泥含量可获得具有所需几个相似比的相似材料。综上,不同组分比的水泥、石英砂、重晶石粉、石膏和水的混合物能模拟自然界中大多数不同类型的岩石。然而,目前的研究基本采用压实成型的方式,根据调节压实度来制备相似材料以获得所需的密度1 4,关于大流动性和微膨胀性回填材料的研究较少。研究表明,粉煤灰中的玻璃微珠效应可增强自流平砂浆的流动度,微粒效应可迅速减少砂浆气泡,增强自流平砂浆的可操作度1 51 6。因此,本文拟采用普通硅酸盐水泥、粉煤灰及膨胀剂等化学外加剂为原材2-108020 李国新 等:与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料第2期料,通过调整水胶比和保水剂掺量,制备出系列与软岩波阻抗相匹配的微膨胀水泥基胶凝材料;并通过调整组分种类和含量,根据胶凝材料波阻抗、流动度、膨胀率及抗压强度等参数变化,研究微膨胀胶凝材料波阻抗的变化规律。1试验1.1试验原材料水泥采用尧柏特种水泥集团有限公司生产的PO 4 2.5级 普 通 硅 酸 盐 水 泥(o r d i n a r y p o r t l a n d c e m e n t,O P C),比表面积为3 5 0 m2k g-1,各成分的质量分数和物理性能分别如表1和表2所列。表1普通硅酸盐水泥各成分的质量分数T a b.1 C h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f O P CU n i t:1 0-2C a OA l2O3S O3S i O2F e2O36 2.2 85.6 72.6 32 1.0 84.1 3M g ON a2OK2OL O I1.8 30.3 60.1 41.6 1表2普通硅酸盐水泥的物理特性T a b.2 P h y s i c a l p r o p e r t y o f O P CW a t e r-b i n d e rr a t i oS a n d-b i n d e rr a t i oS e t t i n gt i m e/m i nI n i t i a l F i n a lB e n d i n gs t r e n g t h/MP a3 d2 8 dC o m p r e s s i v es t r e n g t h/MP a3 d2 8 d0.5 03.01 8 02 1 35.38.42 2.74 7.7 粉煤灰采用华能电厂生产的级粉煤灰(f l y a s h,F A),含水量为0.1%,需水量比为1 0 1%,2 8 d活性指数为6 7.5%,化学组成质量分数如表3所列。表3粉煤灰化学组成的质量分数T a b.3 C h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f F AU n i t:1 0-2C a OM g OS i O2F e2O3A l2O3K2ON a2OS O33.0 60.8 35 6.0 02.8 23 0.1 50.9 60.5 91.2 8膨胀剂分别采用上海齐硕实业有限公司生产的塑性膨胀剂(p l a s t i c e x p a n s i o n a g e n t,P E A)和武汉三源特种建材有限责任公司生产的U型膨胀剂(U-t y p e e x p a n s i o n a g e n t,U E A)。P E A外观为黄色粉末,粒径为35 m,主要用于补偿塑性阶段收缩;U E A外观为灰白色粉末,主要用于补偿水泥收缩,提供长期膨胀性能。保水剂采用南通金顺环保科技有限公司生产的羟 丙 基 甲 基 纤 维 素(h y d r o x y p r o p y l m e t h y l c e l l u l o s e,H PMC),外 观 为 白 色 粉 末,密 度 为1.3 9 gc m-3,保水率为7 5%8 5%。试验中水均使用自来水。1.2试验配合比本文采用粉煤灰部分取代O P C制备微膨胀水泥基胶凝材料,取代量分别为O P C质量的3 0%,4 0%,5 0%,水胶比(水与胶凝材料的质量比,胶凝材料为 普 通 硅 酸 盐 水 泥 和 粉 煤 灰 总 和)分 别 选 择0.3 0,0.4 0,0.5 0,0.6 0,试验中根据浆体状态调整H PMC掺量,配合比如表4所列。表4软岩波阻抗匹配微膨胀胶凝材料配合比T a b.4 M i x p r o p o r t i o n o f s o f t r o c k w a v e i m p e d a n c e m a t c h i n g m i c r o e x p a n s i o n c e m e n t i n g m a t e r i a lN o.PO 4 2.5/1 0-2F A/1 0-2P E A/1 0-2U E A/1 0-2H PMC/1 0-2W a t e r-b i n d e r r a t i oF 3-16 4.42 7.60.1 08.000.3 0F 3-26 4.42 7.60.1 08.00.0 80.4 0F 3-36 4.42 7.60.1 08.00.1 40.5 0F 3-46 4.42 7.60.1 08.00.1 80.6 0F 4-15 5.23 6.80.1 08.000.3 0F 4-25 5.23 6.80.1 08.00.0 80.4 0F 4-35 5.23 6.80.1 08.00.1 40.5 0F 4-45 5.23 6.80.1 08.00.1 80.6 0F 5-14 6.04 6.00.1 08.000.3 0F 5-24 6.04 6.00.1 08.00.0 80.4 0F 5-34 6.04 6.00.1 08.00.1 40.5 0F 5-44 6.04 6.00.1 08.00.1 80.6 03-108020第1 4卷现 代 应 用 物 理1.3试验方法将称量好的O P C,F A,P E A,U E A和H P M C在搅拌机中混合均匀后,加入水继续搅拌均匀,将搅拌完成的混合物装入4 0 mm4 0 mm1 6 0 mm试模中,2 4 h后拆模,置于室温下养护至相应龄期。参照 钢筋连接用套筒灌浆料(J G/T 4 0 8-2 0 1 9)中规定的相关试验方法,分别测试每组试件的流动度、竖向膨胀率及抗压强度;采用量积法和声波测速仪分别测试养护至1,3,7,1 4,2 8,5 6 d时试件的密度和波速。2结果与讨论2.1水胶比和粉煤灰取代量对微膨胀胶凝材料流动度和竖向膨胀率的影响粉煤灰取代量不同时,与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料流动度随水胶比的变化关系如图1所示。(a)I n i t i a l f l u i d i t y(b)3 0 m i n f l u i d i t y图1粉煤灰取代量不同时,与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料流动度随水胶比的变化关系F i g.1 F l u i d i t y o f m i c r o e x p a n s i v e c e m e n t i t i o u s m a t e r i a lm a t c h e d w i t h w a v e i m p e d a n c e o f s o f t r o c k v s.w a t e r-b i n d e r r a t i o a t d i f f e r e n t s u b s t i t u t i o n o f F A由图1可见,软岩微膨胀胶凝材料的流动度随着水胶比的增加而逐渐增大。不同粉煤灰取代量和水胶比条件下,浆体初始流动度为3 0 03 6 5 mm,3 0 m i n流动度为2 6 53 3 5 mm,均满足实际工程要求的材料流动度标准(初始流动度大于3 0 0 mm,3 0 m i n流动度大于2 6 0 mm)。此外,随着粉煤灰取代量的增加,浆体流动度呈现逐渐增大的趋势。粉煤灰取代量不同时,与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料的竖向膨胀率随水胶比的变化关系如图2所示。由图2可见,不同水胶比和粉煤灰取代量下,所有试件3 h竖向膨胀率均大于0.0 2%,2 4 h与3 h膨胀率相差0.0 2%0.5%,满足材料竖向膨胀率的技术要求;随着水胶比的增加,试件的竖向膨胀率逐渐缩小,这是由于浆体内多余的水分逐渐蒸发,试件干燥收缩程度增加,导致竖向膨胀率的减小。(a)3 h v e r t i c a l e x p a n s i o n r a t e(b)2 4 h v e r t i c a l e x p a n s i o n r a t e图2粉煤灰取代量不同时,与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料的竖向膨胀率随水胶比的变化关系F i g.2 V e r t i c a l e x p a n s i o n r a t e o f m i c r o e x p a n s i v e c e m e n t i t i o u sm a t e r i a l m a t c h i n g w i t h w a v e i m p e d a n c e o f s o f t r o c k v s.w a t e r-b i n d e r r a t i o a t d i f f e r e n t s u b s t i t u t i o n o f F A4-108020 李国新 等:与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料第2期2.2水胶比和粉煤灰取代量对微膨胀胶凝材料抗压强度的影响粉煤灰取代量不同时,与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料抗压强度随水胶比的变化关系如图3所示。(a)1 d c o m p r e s s i v e s t r e n g t h(b)7 d c o m p r e s s i v e s t r e n g t h(c)2 8 d c o m p r e s s i v e s t r e n g t h(d)5 6 d c o m p r e s s i v e s t r e n g t h图3粉煤灰取代量不同时,与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料抗压强度随水胶比的变化关系F i g.3 C o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f m i c r o e x p a n s i v e c e m e n t i t i o u sm a t e r i a l m a t c h i n g w i t h w a v e i m p e d a n c e o f s o f t r o c k v s.w a t e r-b i n d e r r a t i o a t d i f f e r e n t s u b s t i t u t i o n o f F A由图3可见,随着养护龄期的延长,所有试件的抗压强度逐渐升高。这是由于随着养护龄期的延长,水泥持续进行水化,生成的水化产物不断累积形成致密结构,使试件的抗压强度持续升高。同一试件,随着水胶比的增大,抗压强度逐渐降低,原因在于水泥水化所需的水只占水泥质量的2 3%,但在本文试验研究中,为使浆体具有较大的流动性,水胶比最大提高到了0.6 0,随着水胶比的增加,微膨胀胶凝材料硬化,多余的水分蒸发后,在水泥结构中形成毛细孔,减少了水泥结构抵抗荷载的实际有效断面,且在孔隙周围还可能产生应力集中,导致微膨胀胶凝材料的抗压强度降低。随着粉煤灰取代量的增多,试件的抗压强度逐渐减小,这是由于粉煤灰的含量较大,降低了普通硅酸盐水泥的含量,导致水化产物的生成量减少,降低了试件的抗压强度。由图3还可见,不同水胶比条件下,当粉煤灰掺量为3 0%时,微膨胀胶凝材料的1,7,2 8,5 6 d抗压强度分别为5.01 5.0 M P a,8.92 6.6 M P a,1 5.34 5.5 M P a,1 7.24 6.3 M P a;当粉煤灰掺量为4 0%时,微膨胀胶凝材料的1,7,2 8,5 6 d抗压强度分别为3.3 1 0.2 M P a,5.9 2 2.1 M P a,1 0.13 7.8 M P a,1 2.5 3 8.6 M P a;当粉煤灰掺量为5 0%时,微膨胀胶凝材 料 的1,7,2 8,5 6 d抗 压 强 度 分 别 为1.88.7 M P a,3.21 5.4 M P a,5.52 6.3 M P a,6.1 2 7.3 M P a。上述所有微膨胀胶凝材料可应用于力学性能要求不同的砂土与软岩环境回填材料中。5-108020第1 4卷现 代 应 用 物 理2.3水胶比和粉煤灰取代量对微膨胀胶凝材料波阻抗的影响水胶比和粉煤灰取代量不同时,与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料的密度、波速及波阻抗随养护龄期的变化关系分别如图4、图5及图6所示。由图4可见,不同粉煤灰取代量和水胶比条件下,随着养护龄期的延长,所有试件的密度略有降低,变化幅度很小,这是由于试件在空气中养护时水分的蒸发所致;同样,微膨胀胶凝材料的密度随水胶比的增加而逐渐减小,这是由于用水量增加,多余的水分蒸发使水泥结构中产生大量孔隙,密实度降低,导致试件的密度减小;微膨胀胶凝材料的密度随粉煤灰取代量增加而缓慢减小。由图5可见,不同粉煤灰取代量和水胶比条件下,当养护龄期从1 d增加到7 d时,试件的波速迅速增加;当养护龄期继续增加至5 6 d时,试件的波速缓慢增加或趋于稳定,这主要是由于随着养护龄期的延长,水泥水化持续进行,水化产物不断累积,体系微观结构的致密度不断提高,导致试件波速逐渐升高;试件的波速与孔隙率相关,试件越密实,其波速越高;微膨胀胶凝材料试件的波速随水胶比的增加而逐渐减小,随粉煤灰取代量的增大而逐渐降低。由图6可见,不同粉煤灰取代量和水胶比条件下,当养护时间从1 d增加到7 d时,试件的波阻抗迅速增加;当养护龄期继续增加至5 6 d时,试件的波阻抗缓慢增加或趋于稳定,这是由于随着养护时间的延长,水泥结构的性能越来越稳定;随着水胶比的不断增加,试件的波阻抗不断减小;随着粉煤灰取代量的增加,试件的波阻抗也逐渐减小;当粉煤灰取代量为3 0%,养护龄期为2 8 d时,试件的波阻抗为(3.4 77.1 2)1 0-6 k gm-2s-1。由图4、图5和图6还可见,养护龄期为2 8 d时,试件各性能参数基本趋于稳定状态。因此,使用养护龄期为2 8 d的软岩微膨胀胶凝材料参数作为基础。当粉煤灰取代量为3 0%,试件的密度,波速和波 阻 抗 分 别 为1.6 32.1 5 gc m-3,2.1 33.3 1 k ms-1,(3.4 77.1 2)1 0-6k gm-2s-1;当粉煤灰取代量为4 0%,试件的密度、波速和波阻抗分别为1.4 32 gc m-3,1.9 43.1 8 k ms-1,(2.7 76.3 6)1 0-6k gm-2s-1;当粉煤灰取代量为5 0%时,试件的密度、波速和波阻抗分别为1.3 31.8 0 gc m-3,1.8 93.1 2 k ms-1,(2.5 15.6 2)1 0-6k gm-2s-1。(a)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.3 0(b)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.4 0(c)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.5 0(d)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.6 0图4与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料密度随养护龄期的变化关系F i g.4 D e n s i t y o f m i c r o e x p a n s i v e c e m e n t i t i o u s m a t e r i a lm a t c h i n g w i t h w a v e i m p e d a n c e o f s o f t r o c k v s.c u r i n g a g e6-108020 李国新 等:与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料第2期(a)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.3 0(b)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.4 0(c)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.5 0(d)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.6 0图5与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料波速随养护龄期的变化关系F i g.5 W a v e v e l o c i t y o f m i c r o e x p a n s i v e c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l m a t c h i n g w i t h w a v e i m p e d a n c e o f s o f t r o c k v s.c u r i n g a g e(a)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.3 0(b)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.4 0(c)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.5 0(d)W a t e r-b i n d e r r a t i o i s 0.6 0图6与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料波阻抗随养护龄期的变化关系F i g.6 W a v e i m p e d a n c e o f m i c r o e x p a n s i v e c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l m a t c h i n g w i t h w a v e i m p e d a n c e o f s o f t r o c k v s.c u r i n g a g e7-108020第1 4卷现 代 应 用 物 理3结论本文采用PO 4 2.5级普通硅酸盐水泥、粉煤灰、P E A、U E A、H PMC及自来水作为原材料,通过调整水胶比和粉煤灰取代量,制备出符合注浆施工条件、适用于强度与波阻抗较低的砂土或软岩的系列微膨胀波阻抗匹配材料,可满足的性能参数:抗压强 度 为1.8 4 5.5 MP a,密 度 为1.3 6 2.1 8 gc m-3,波速为1.4 33.3 1 k ms-1,波阻抗为(1.9 67.1 2)1 0-6k gm-2s-1。微膨胀胶凝材料的抗压强度、密度、波速及波阻抗随着水胶比的增大而逐渐降低,随着养护龄期的延长不断升高然后逐渐稳定,随着粉煤灰取代量的增加而逐渐减小。参考文献 1 张延杰 王旭 梁庆国 等 湿陷性黄土模型试验相似材料的研制 J 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 2 0 1 3 3 2 增2 4 0 1 94 0 2 4 Z HA N G Y a n-j i e W A N G X u L I A N G Q i n g-g u o e t a l D e v e l o p m e n t o f m o d e l t e s t s i m i l a r m a t e r i a l o f c o l l a p s i b l e l o e s J C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k M e c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g 2 0 1 3 3 2 S 2 4 0 1 9 4 0 2 4 2 董金玉 杨继红 杨国香 等 基于正交设计的模型试验相似材料的配比试验研究 J 煤炭学报 2 0 1 2 3 7 1 4 4 4 9 D ON G J i n-y u YAN G J i-h o n g YAN G G u o-x i a n g e t a l R e s e a r c h o n s i m i l a r m a t e r i a l p r o p o r t i o n i n g t e s t o f m o d e l t e s t b a s e d o n o r t h o g o n a l d e s i g n J J o u r n a l o f C h i n a C o a l S o c i e t y 2 0 1 2 3 7 1 4 4 4 9 3 李庆华 舒程岚青 超高韧性水泥基复合材料的波传播试验研究 J 浙江大学学报 工学版 2 0 2 0 5 4 5 1 8 L I Q i n g-h u a S HU C HE N G L a n-q i n g E x p e r i m e n t a l s t u d y o n s t r e s s w a v e p r o p a g a t i o n i n u l t r a h i g h t o u g h n e s s c e m e n t i t i o u s c o m p o s i t e s J J o u r n a l o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y E n g i n e e r i n g S c i e n c e 2 0 2 0 5 4 5 1 8 4 詹志发 贺建先 郑博文 等 边坡模型相似材料配比试验研究 J 地球物理学进展 2 0 1 9 3 4 3 1 2 3 6 1 2 4 3 Z HA N Z h i-f a H E J i a n-x i a n Z H E N G B o-w e n e t a l E x p e r i m e n t a l s t u d y o n s i m i l a r m a t e r i a l p r o p o r t i o n o