高沙充填料漿流變模型研究

高沙充填料漿流變模型研究

0地下水流變性分析中國西部盟東油田的平坦煤炭資源豐富，煤炭質(zhì)量好。這是世界上最重要的油田之一。該礦區(qū)采用長壁“垮落法”大規(guī)模高強(qiáng)度開采，采動裂隙直達(dá)地表，地下水均衡系統(tǒng)遭到破壞，對本已十分脆弱的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅充填料漿的流變特性是影響管道輸送的重要因素。薛振林等1測試1.1試驗原材料P.C42.5復(fù)合硅酸鹽水泥；風(fēng)積沙(陜北),堆積密度為1.50g/cm1.2充填材料配比試驗高沙充填材料主要由水泥、粉煤灰及沙子組成。試驗設(shè)計水泥與粉煤灰的質(zhì)量比為1∶1.5,1∶2,1∶2.5,1∶3;料漿濃度為79%～81%,灰沙比(水泥∶風(fēng)積沙)為1∶8,1∶10,1∶12。按不同比例制備充填材料料漿。根據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》檢測各因素對漿體坍落度的影響。采用RST-SST軟固體型觸屏流變儀測定高沙充填材料的流變特性，采用漿式轉(zhuǎn)子，剪切速率由0線性增加至100s2結(jié)果與討論2.1砂和漿的廣泛特性通過課題組前期大量研究2.2粉煤灰摻量對料漿屈服應(yīng)力的影響水泥∶粉煤灰為1∶3,料漿濃度為80.5%,灰沙比為1∶12時，充填料漿的流變曲線如圖5所示。比較圖5和圖3可以看出，粉煤灰摻量改變，高沙充填料漿的剪切應(yīng)力及剪切速率依然可以擬合成線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)由圖6可知，當(dāng)料漿的灰沙比和濃度一定時，隨著粉煤灰摻入量的增加，料漿的塑性黏度增大，粉煤灰摻量增加到一定量時，這種增大趨勢變緩。這是由于隨著粉煤灰摻量的增加，總體比表面積變大，粉煤灰表面的孔隙大量吸水，自由水比例減少，料漿流動性降低，其塑性黏度增大。隨著粉煤灰摻量的增多，料漿的屈服應(yīng)力減小，在水泥與粉煤灰之比在(1∶1.5)～(1∶2.5)時，料漿的屈服應(yīng)力迅速減小，這是由于粉煤灰由大小不一的微小顆粒組成(見圖2),附著在大顆粒表面、間隙，起到了滾軸作用，有利于料漿顆粒之間相對滑動，降低了顆粒之間的黏滯力，從而改善料漿的流動性，屈服應(yīng)力減小。當(dāng)水泥與粉煤灰之比在(1∶2.5)～(1∶3.0)時，漿體的屈服應(yīng)力有所增加，是因為粉煤灰過量加入，其表面孔隙及內(nèi)部未燃盡的碳大量吸水，使得漿料中顆粒之間的摩擦力增大，相對滑動變得困難，從而使材料的屈服應(yīng)力增大。因此可以得出，合適的水泥與粉煤灰之比是(1∶2.0)～(1∶2.5)。2.3充填料漿流變模型水泥與粉煤灰之比為1∶2,灰沙比為1∶12,料漿濃度為79%和81%時，充填料漿的流變曲線如圖7所示。高沙充填料漿流變參數(shù)隨料漿濃度變化的規(guī)律如圖8所示。不同濃度的高沙充填料漿的坍落度見表2。由圖7可以看出，料漿濃度由79%上升到81%時，依然符合賓漢體模型，表明料漿濃度的改變并未改變高沙充填料漿的流變模型。由圖8(a)和表2可以看出，當(dāng)粉煤灰摻量和灰沙比一定時，隨著料漿濃度的增大其塑性黏度總體增大，而坍落度降低，流動變差。濃度上升時，料漿中固體顆粒間隔距離減小，導(dǎo)致顆粒間摩擦力增加，內(nèi)摩擦力增加，從而使?jié){體的剪切應(yīng)力以及流動阻力增加?；疑潮葹?∶8和1∶10時，隨著料漿濃度的增加，其塑性黏度逐漸增加；隨著料漿濃度進(jìn)一步增大，出現(xiàn)不流動的現(xiàn)象?；疑潮葹?∶12,料漿濃度在79.5%～80.5%之間時，料漿的塑性黏度系數(shù)低，坍落度在合理范圍，流動性較好。從圖8(b)可以看出，粉煤灰摻量一定時，料漿的屈服應(yīng)力隨著濃度增加而逐漸增加。這是因為料漿中的顆粒在運(yùn)動過程中會相互撞擊形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。隨著料漿濃度增加，顆粒增多，顆粒之間所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越來越致密，料漿流動所需的外力逐漸增加，導(dǎo)致屈服應(yīng)力增加。2.4不同灰沙比下的高沙充填料漿的坍落度水泥與粉煤灰之比為1∶2,濃度為80%,灰沙比為1∶8和1∶12時，料漿的流變曲線如圖9所示。由圖9可以看出，不同灰沙比的高沙充填料漿的剪切應(yīng)力及剪切速率依然具有良好線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R不同濃度的高沙充填料漿的塑性黏度和屈服應(yīng)力隨灰沙比變化的規(guī)律如圖10所示。濃度為80%時，不同灰沙比的高沙充填料漿的坍落度見表3。由圖10(a)和表3可以看出，在同一料漿濃度下，在灰沙比為1∶10時，坍落度與塑性黏度均存在顯著拐點(diǎn)，流動性較差。這是因為風(fēng)積沙為特細(xì)沙(細(xì)度模數(shù)為1.2),細(xì)顆粒較多，且顆粒形狀不規(guī)則(見圖1),當(dāng)灰沙比由1∶8降低為1∶10時，膠結(jié)料相對含量降低，顆粒無法被充分包裹潤滑，不規(guī)則顆粒間發(fā)生硬性摩擦，相互牽制，流動性變差；當(dāng)灰沙比為1∶12時，粒度較小的粉煤灰填充于風(fēng)積沙顆?？障吨g，顆粒級配較好，粉煤灰的滾軸效應(yīng)得以良好發(fā)揮，引起料漿黏度下降，坍落度增加，流動性變好。由圖10(b)可以看出，粉煤灰摻量一定時，料漿的屈服應(yīng)力隨灰沙比增大而增大。這是由于隨著風(fēng)積沙摻量的增加，料漿中作為潤滑作用的水泥漿相對變少，顆粒之間更容易相互接觸而產(chǎn)生摩擦，所以料漿的屈服應(yīng)力增大。3充填料漿屈服應(yīng)力(1)質(zhì)量濃度為79%～81%時，高沙充填料漿的剪切應(yīng)力與剪切速率之間呈線性關(guān)系，其流變模型為賓漢塑性體模型，呈現(xiàn)明顯的剪切稀化特征。(2)隨著