纳米SiO2 对水泥剪切强度及浆液流变性质影响的试验研究

姜崇扬，王连国，李文帅，王 斌

（1.中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏 徐州221116；2.中国矿业大学 力学与土木工程学院，江苏 徐州221116）

为了提高巷道围岩抗剪切性能，普通硅酸盐水泥已广泛应用于深部地下工程注浆加固[1]。与浅部开采相比，深部开采的显著特征之一是强烈的采矿扰动[2]。在深部强采动影响下，巷道围岩注浆支护较为困难，给深部资源的安全绿色开采带来了严峻的挑战[3]。在矿山深部巷道中，注浆加固后的裂隙岩体通常处于剪切应力状态[4-8]。因此，在地下开挖工程中，浆液结石体的抗剪性能一直是研究的重点。Chen 等[9]采用直剪试验研究了不同恒定法向荷载和恒定刚度下普通水泥结石体的剪切行为。Nasir 和Fall[10]通过一系列养护龄期为1～28 d 的直剪试验，研究了胶结膏体充填体与岩石的界面抗剪强度行为。同时考虑到巷道快速掘进的要求，迫切需要提高浆液结石体的早期强度。目前，随着纳米技术的发展，具有高比表面积及活性的纳米颗粒正逐渐应用于建筑材料领域[11]。已有研究表明纳米SiO2对水泥砂浆或混凝土的力学性能有明显改善[12-13]，添加纳米SiO2颗粒的水泥浆液或混凝土早期和长期抗压强度[14-15]以及水化反应速度[16]均有增加。据此，侯学彪等[17]研究了纳米SiO2对混凝土劈裂抗拉强度和抗压强度的影响。Arel 和Shaikh[18]评价了纳米SiO2和粉煤灰对粉煤灰砂浆力学性能和耐久性的影响。尽管加入纳米SiO2的水泥砂浆或混凝土增加了拌合物的需水量[19]，但添加减水剂可以有效地提高其流动性[20-22]。……