煤炭科学技术

作者：赵光明, 李秋利, 王艳芬, 程详,

关键词：普通硅酸盐水泥(OPC), 纳米二氧化硅(NS), 粉煤灰(FA), 注浆材料, 声发射(AE), 力学特性, 砂岩胶结试验,

为研发新型绿色高性能矿用注浆材料，以普通硅酸盐水泥(OPC)和粉煤灰(FA)为原材料，通过引入纳米二氧化硅(nano-silica，NS)对粉煤灰−水泥基注浆材料(FCGM)进行改性，构建高性能复合注浆材料体系。采用不同宏观与微观测试方法，系统研究NS对FCGM浆液性能、力学特性及水化产物演变规律的影响。通过砂岩骨料注浆固结试验，对比分析NS改性对胶结体宏观力学行为及声发射(AE)损伤演化特征的影响规律。研究结果表明：NS掺量对FCGM具有显著影响，可明显提高FCGM的抗压强度，缩短凝结时间，减少泌水率，降低流动度。尤其当NS掺量为1%时FCGM抗压强度最佳，3 d和90 d抗压强度较对照组N1分别提高了10.58%和98.00%。微观表征（XRD、FTIR、TG-DTG及SEM）证实NS可有效促进FCGM水化进程，显著优化结石体内部微观结构。砂岩注浆加固试验表明：1%NS改性FCGM固结体的28 d单轴抗压强度提升了90.8%，并有效抑制裂纹扩展与孔隙发育，改善其多重分形特征。AE监测进一步揭示NS增强机制，改性后胶结体的损伤前兆信号更早、更活跃，表现为高幅值振铃计数与累计能量的同步快速增长，最终使其宏观破坏模式从张拉−剪切复合型转变为张拉主导型。研究通过建立材料改性、微观结构、宏观力学与损伤演化之间多尺度关联，阐明了NS增强FCGM的综合机理，为高性能深部注浆材料研发及预测其工程失效行为提供理论依据与数据支撑。

来源：2026年第1期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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