编号：JCHY00831

篇名：纳米碳酸钙/超细水泥复合注浆材料力学强化-低碳协同机制

作者： 王艳芬1,2；刘刚正2；程详3；赵光明1；贾鹏飞2；刘霜霜2；艾洁2；孟祥瑞1

关键词： 纳米碳酸钙; 超细水泥; 复合注浆材料; 力学性能; 全长锚固; 净负碳;

机构： 1.安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室2.安徽理工大学材料科学与工程学院3.安徽理工大学煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室

摘要： 为解决深部巷道注浆工程中水泥浆材力学强度低、凝结时间长、碳排放高等问题，研发一种高质量低碳型纳米碳酸钙（NC）改性超细水泥复合注浆材料（SCGM）。通过复配不同NC、超细水泥及多组分外加剂（减水剂、膨胀剂与速凝剂），综合运用等温量热、XRD、SEM及FTIR等分析手段，系统研究NC掺量对材料工作性能、力学强度、微观结构及全长锚固特性影响规律，构建各关键性能指标的皮尔逊相关系数矩阵，并评估其全生命周期碳排放。结果表明，SCGM浆体流动性、泌水率与凝结时间与NC掺量呈负相关关联，结石体膨胀率、力学强度则随掺量呈先增大后减小趋势。NC掺量为3%时，SCGM综合性能最优，初凝时间缩短38.4%，泌水率降低75%，7 d、28 d抗压强度较基准组分别提升57%和42%。微观分析表明，NC在超细水泥体系中的晶核效应，可以提供额外成核位点以促进C-S-H凝胶生成并参与形成Mc，从而影响水泥水化产物生成过程，有效细化SCGM孔隙，提高基体密实度。在全长锚固拉拔试验中，3%掺量NC改性后体系的峰值荷载与位移分别提升49.5%及125%，显示了增强的力学承载性能与抗变形能力。这种优异的性能主要归为NC在超细水泥体系中的“物理填充-化学促进-结构增强”协同增强机制。全生命周期碳排放核算显示，基于CO2矿化工艺的NC具有净负碳特性，使SCGM3单位体积CO2排放量降低4.7%，单位强度碳排放强度下降31.8%，表现出优异的力学性能强化与碳减排协同。