高沙充填料浆流变模型研究

高沙充填料浆流变模型研究

0地下水流变性分析中国西部盟东油田的平坦煤炭资源丰富，煤炭质量好。这是世界上最重要的油田之一。该矿区采用长壁“垮落法”大规模高强度开采，采动裂隙直达地表，地下水均衡系统遭到破坏，对本已十分脆弱的生态环境构成严重威胁充填料浆的流变特性是影响管道输送的重要因素。薛振林等1测试1.1试验原材料P.C42.5复合硅酸盐水泥；风积沙(陕北),堆积密度为1.50g/cm1.2充填材料配比试验高沙充填材料主要由水泥、粉煤灰及沙子组成。试验设计水泥与粉煤灰的质量比为1∶1.5,1∶2,1∶2.5,1∶3;料浆浓度为79%～81%,灰沙比(水泥∶风积沙)为1∶8,1∶10,1∶12。按不同比例制备充填材料料浆。根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》检测各因素对浆体坍落度的影响。采用RST-SST软固体型触屏流变仪测定高沙充填材料的流变特性，采用浆式转子，剪切速率由0线性增加至100s2结果与讨论2.1砂和浆的广泛特性通过课题组前期大量研究2.2粉煤灰掺量对料浆屈服应力的影响水泥∶粉煤灰为1∶3,料浆浓度为80.5%,灰沙比为1∶12时，充填料浆的流变曲线如图5所示。比较图5和图3可以看出，粉煤灰掺量改变，高沙充填料浆的剪切应力及剪切速率依然可以拟合成线性关系，相关系数由图6可知，当料浆的灰沙比和浓度一定时，随着粉煤灰掺入量的增加，料浆的塑性黏度增大，粉煤灰掺量增加到一定量时，这种增大趋势变缓。这是由于随着粉煤灰掺量的增加，总体比表面积变大，粉煤灰表面的孔隙大量吸水，自由水比例减少，料浆流动性降低，其塑性黏度增大。随着粉煤灰掺量的增多，料浆的屈服应力减小，在水泥与粉煤灰之比在(1∶1.5)～(1∶2.5)时，料浆的屈服应力迅速减小，这是由于粉煤灰由大小不一的微小颗粒组成(见图2),附着在大颗粒表面、间隙，起到了滚轴作用，有利于料浆颗粒之间相对滑动，降低了颗粒之间的黏滞力，从而改善料浆的流动性，屈服应力减小。当水泥与粉煤灰之比在(1∶2.5)～(1∶3.0)时，浆体的屈服应力有所增加，是因为粉煤灰过量加入，其表面孔隙及内部未燃尽的碳大量吸水，使得浆料中颗粒之间的摩擦力增大，相对滑动变得困难，从而使材料的屈服应力增大。因此可以得出，合适的水泥与粉煤灰之比是(1∶2.0)～(1∶2.5)。2.3充填料浆流变模型水泥与粉煤灰之比为1∶2,灰沙比为1∶12,料浆浓度为79%和81%时，充填料浆的流变曲线如图7所示。高沙充填料浆流变参数随料浆浓度变化的规律如图8所示。不同浓度的高沙充填料浆的坍落度见表2。由图7可以看出，料浆浓度由79%上升到81%时，依然符合宾汉体模型，表明料浆浓度的改变并未改变高沙充填料浆的流变模型。由图8(a)和表2可以看出，当粉煤灰掺量和灰沙比一定时，随着料浆浓度的增大其塑性黏度总体增大，而坍落度降低，流动变差。浓度上升时，料浆中固体颗粒间隔距离减小，导致颗粒间摩擦力增加，内摩擦力增加，从而使浆体的剪切应力以及流动阻力增加。灰沙比为1∶8和1∶10时，随着料浆浓度的增加，其塑性黏度逐渐增加；随着料浆浓度进一步增大，出现不流动的现象。灰沙比为1∶12,料浆浓度在79.5%～80.5%之间时，料浆的塑性黏度系数低，坍落度在合理范围，流动性较好。从图8(b)可以看出，粉煤灰掺量一定时，料浆的屈服应力随着浓度增加而逐渐增加。这是因为料浆中的颗粒在运动过程中会相互撞击形成网状结构。随着料浆浓度增加，颗粒增多，颗粒之间所形成的网状结构越来越致密，料浆流动所需的外力逐渐增加，导致屈服应力增加。2.4不同灰沙比下的高沙充填料浆的坍落度水泥与粉煤灰之比为1∶2,浓度为80%,灰沙比为1∶8和1∶12时，料浆的流变曲线如图9所示。由图9可以看出，不同灰沙比的高沙充填料浆的剪切应力及剪切速率依然具有良好线性关系，相关系数R不同浓度的高沙充填料浆的塑性黏度和屈服应力随灰沙比变化的规律如图10所示。浓度为80%时，不同灰沙比的高沙充填料浆的坍落度见表3。由图10(a)和表3可以看出，在同一料浆浓度下，在灰沙比为1∶10时，坍落度与塑性黏度均存在显著拐点，流动性较差。这是因为风积沙为特细沙(细度模数为1.2),细颗粒较多，且颗粒形状不规则(见图1),当灰沙比由1∶8降低为1∶10时，胶结料相对含量降低，颗粒无法被充分包裹润滑，不规则颗粒间发生硬性摩擦，相互牵制，流动性变差；当灰沙比为1∶12时，粒度较小的粉煤灰填充于风积沙颗粒空隙之间，颗粒级配较好，粉煤灰的滚轴效应得以良好发挥，引起料浆黏度下降，坍落度增加，流动性变好。由图10(b)可以看出，粉煤灰掺量一定时，料浆的屈服应力随灰沙比增大而增大。这是由于随着风积沙掺量的增加，料浆中作为润滑作用的水泥浆相对变少，颗粒之间更容易相互接触而产生摩擦，所以料浆的屈服应力增大。3充填料浆屈服应力(1)质量浓度为79%～81%时，高沙充填料浆的剪切应力与剪切速率之间呈线性关系，其流变模型为宾汉塑性体模型，呈现明显的剪切稀化特征。(2)随着