浇注料在管道输送过程中柱塞流和润滑层稳定性的研究

Wet shotcrete castables have been increasingly used. However the congestion in the pipeline is the bottleneck problem of wet gunning technology. The key to prevent the blockage is to form a stable lubricating layer on the inter-wall of the pipeline. There would be strong friction resistance if direct contacts between the coarse aggregates and inner-wall occur and the lubricating layer disappears, which may lead to the blockage. Nevertheless, the investigation of lubrication layer formation and its stability during castable pumping have not been reported at home and abroad..In this work, corundum-based castables are used to investigate the effects of aggregate/matrix ratio, maximum particle size, type and amount of micro-powder and water content on the stability of plug flow and lubrication layer during pumping, with emphasis on the migration mechanism of aggregate, fine particles and micro-powder when castables flows in a way of straight or nearly straight line, which will be determined by means of self-designed castable pumpability tester. This work is intended to explore the rheological behavior of castable flowing in the pipeline, and clarify the control mechanism of preventing castable from blockage during pumping. The results of this work will not only enrich castable rheological theory of castables, but also provide practical guidance to preventing castables from blocking during pumping and promoting the application performance of wet shotcrete castables.

湿式喷射浇注料得到了越来越广泛的应用，但在输送管道中常出现堵塞是湿式喷补技术的瓶颈问题。防止出现堵塞的关键是能在管壁上形成稳定的润滑层；如果没有润滑层，粗骨料与管壁直接接触，将会产生巨大的摩擦阻力，造成管道堵塞。而关于喷射浇注料在管道输送过程中流动行为及润滑层的形成的研究在国内外还是空白。.本工作以刚玉质浇注料为研究对象，利用自行设计的浇注料可泵性测量仪考察骨料与基质的比例、最大颗粒尺寸、微粉的种类及其加入量、水的加入量对管道输送过程中柱塞流和润滑层稳定性的影响，进而探索浇注料中骨料颗粒、细粉颗粒和微粉在管道输送中作直线或近直线运动时的迁移规律，弄清浇注料在管道输送中的流变行为，探明浇注料在泵送过程中避免出现堵塞的控制机制。本工作的成果不仅可以丰富浇注料的流变学理论，还可以为浇注料在输送过程中避免出现堵塞和提高湿式喷射浇注料使用性能提供实用指导。

设计和制备了世界上首台浇注料直线流变仪，探索了浇注料在空间受限管道中的动流行为。.本工作发现，适当降低骨料与基质的比例，有利减少浇注料在管道中流动的阻力。结果表明，骨料与基质的比例增加，则浇注料中基质含量较少，这样就会减小粗颗粒间的距离，导致粗颗粒之间发生摩擦和碰撞，使浇注料的粘度增加，从而有利提高柱塞流的稳定性。但是基质含量降低，则浇注料不能析出足够的浆体以补充润滑层，从而导致浇注料在管道中流动的阻力升高。.随着氧化铝微粉加入量增多，浇注料的相对屈服应力和塑性粘度逐渐减小。因为随着微粉量的增多，使浇注料基质内部更加致密，减小了基质颗粒间内部空隙率，减少了填充基质颗粒间内部空隙的自由水。增加氧化铝微粉，会导致浇注料中粒子间的碰撞几率增加，浇注料的粘度增加，使大颗粒较难向柱塞流中心迁移，润滑层形成困难增加。所以，适当降低氧化铝微粉加入量会减少浇注料在管道中的阻力。.由于SiO2微粉颗粒极小、球形度很高，因此随着SiO2微粉加入量增多，浇注料在管道中流动过程中，由于SiO2微粉包裹其他颗粒、细粉和微粉粒子，其他颗粒、细粉粒子间的碰撞几率减小，浇注料的粘度会减小，导致大颗粒较容易向柱塞流中心迁移，较容易形成润滑层，因此浇注料在管道中的阻力降低。另外，由于包裹其他颗粒和细粉粒子的SiO2微粉球形颗粒具有“滚珠效应”，也导致浇注料在管道中润滑层容易产生相对移动，所以这也有利于减少浇注料在管道中流动的阻力。.随加水量增加，由于基质粒子间水薄膜层增厚，基质中粒子间的距离增加，粒子间的碰撞几率减少，浇注料颗粒间的摩擦减小，因而浇注料会较容易在管壁与柱塞流之间形成润滑层，浇注料在管道中流动的阻力会比较小。