邓超
中南大学
摘要：注浆技术广泛应用于结构修复、堵水防渗、地基处理、地层加固、建筑物抬升纠偏与环境治理等方面。注浆材料浆液性能的改善是保证注浆效果和提升注浆质量的关键环节之一。磁化水作为一种绿色流体在各领域得到了广泛应用,鉴于磁化水具有改善新拌混凝土的工作性能和提高混凝土强度的优点,本文探究了磁化水对水泥浆液性能的影响。针对磁化水的磁化处理进行探讨,通过理论计算与设计,研制出一种水的循环磁化处理装置。为验证水是否被磁化这一关键问题,对磁化水的理化性能进行了测试与分析,提出了一种基于量子力学的磁化机理。针对注浆工程领域关于水泥基材料注浆性能改善这一问题,利用磁化水拌制水泥浆液,开展水泥浆液的稳定性能、流变性能及结石体的强度性能试验,研究了不同磁化控制条件下的磁化水对水泥浆液性能的影响。论文开展的主要工作及结论如下:(1)在分子环流模型的基础上,推导了考虑组合效应的多块矩形永磁体的组合体表面及空间磁感应强度大小与分布的解析式,以对水的磁化应用技术中磁系设计与磁化条件(磁感应强度)进行准确量化。(2)对水的理化性能进行了测试,对比未磁化水研究了不同磁化条件下的磁化水对水的电导率σ、p H值、盐溶解度S、50℃和80℃的恒温蒸发量m的影响。自来水经磁化后,其电导率σ、p H值、盐溶解度S、50℃和80℃的恒温蒸发量m均得到提高。(3)针对当前的唯氢键增强论与唯氢键削弱或断裂论磁化机理,在磁化水性能测试结果的基础上,提出了基于量子力学的水分子簇间氢键增强与簇内氢键削弱或断裂的竞争机制的磁化水机理。(4)基于不同磁化控制条件下的磁化水水泥浆液的稳定性测试,探究了不同磁化控制条件下的水泥浆液的稳定性。基于考虑交互作用的方差分析探究了磁化控制条件对水泥浆液稳定性的影响效应,并探析了磁化水对水泥浆液稳定性的磁化影响机理。结果表明磁化水可提高水泥浆液稳定性,水灰比w/c=0.5和1.0的磁化水水泥浆液的稳定性提升率最大分别达67.69%、24.36%,磁化条件间的交互作用对水泥浆液的稳定性产生重要的影响。(5)对磁化水水泥浆液进行了流变性能测试试验。利用基于Matlab软件自主开发的Znn-12D型数显粘度计数据处理平台,研究了不同条件下的水泥浆液流变表征模型及流变参数。基于正交试验探究了磁化水对水泥浆液流变参数的影响。基于最佳磁化条件下的水泥浆液的ESEM图像分析了磁化水对水泥浆液的流变性能的磁化影响机理。磁化水不改变磁化水水泥浆液的流型,但流变曲线产生较明显的变化,且具有降粘作用。(6)对养护龄期3d、7d、28d的磁化水水泥浆液结石体进行抗压强度、抗折强度测试,探究了不同磁化控制条件对磁化水水泥浆液结石体强度的影响。并基于水泥浆液结石体的SEM图像分析了磁化水对水泥浆液结石体强度的磁化影响机理。磁化水提高了水泥浆液结石体的抗折、抗压强度,且对结石体早期强度的提高更有利。磁化水水泥浆液结石体更密实,空隙少且小,结构致密,接触点较多,促使水泥浆液结石体强度提高。
