深埋于廢棄采石場(chǎng)、礦井和喀斯特溶洞下方的回填注漿材料，是穩(wěn)定地基的關(guān)鍵。《工程成果》（Results in Engineering）發(fā)表的一項(xiàng)Zui新實(shí)驗(yàn)室研究表明，通過(guò)將三種常見(jiàn)原料——膨潤(rùn)土粘土、偏高嶺土和生石灰進(jìn)行組合配方，可大幅減少高稀釋度注漿液中的水泥用量，同時(shí)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)流動(dòng)性、穩(wěn)定性及強(qiáng)度的要求。

傳統(tǒng)回填注漿面臨兩難：需大量用水以保證泵送和填充大體積空洞，但高水灰比易導(dǎo)致固體顆粒沉降和水分離；若單純?cè)黾铀嘁匝a(bǔ)償強(qiáng)度，則會(huì)顯著升高流動(dòng)阻力、成本及碳排放。由Rachida Idir等人領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)采用分步配方策略解決該問(wèn)題。首先確定膨潤(rùn)土的摻量，其富含鈉的蒙脫石片層可吸水并懸浮水泥顆粒；隨后將偏高嶺土（一種經(jīng)煅燒的高反應(yīng)性鋁硅酸鹽）作為水泥替代材料Zui高摻入80%；Zui后添加生石灰作為外部鈣源，并通過(guò)混合物設(shè)計(jì)插值法繪制三元膠凝體系圖譜。

實(shí)驗(yàn)顯示，膨潤(rùn)土的加入存在典型的工程權(quán)衡。未加粘土的基準(zhǔn)漿液（每立方米含150公斤水泥）Marsh錐流時(shí)僅9秒，但泌水量高達(dá)30%。摻入2%膨潤(rùn)土?xí)r，泌水降至4%，流時(shí)為12秒；增至3%時(shí)，泌水進(jìn)一步降至2%，流時(shí)達(dá)到15秒的工程實(shí)用上限。超過(guò)此比例后體系迅速變稠：4%時(shí)流時(shí)延至24秒，5%則無(wú)法排出。無(wú)砂等效體系的流變測(cè)試證實(shí)，所有混合料均表現(xiàn)為剪切變稀、具有屈服應(yīng)力的流體，但隨膨潤(rùn)土增加，流變曲線(xiàn)整體上移，120 s?1下的剪切應(yīng)力從約6帕升至28帕，滯后環(huán)面積激增近12倍，表明顆粒網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)且抗剪切重建能力強(qiáng)。

力學(xué)性能表現(xiàn)因水泥化學(xué)組成而異。富熟料CEM I 52.5 R漿體初始強(qiáng)度較高（28天達(dá)2.85兆帕），但僅摻1%膨潤(rùn)土即驟降至1.10兆帕，3%時(shí)跌至0.67兆帕。而含約82%礦渣的CEM III/C水泥表現(xiàn)出更強(qiáng)耐受性，在整個(gè)膨潤(rùn)土摻量范圍內(nèi)均能維持1.5兆帕以上的目標(biāo)強(qiáng)度。作者歸因于CEM I快速水化產(chǎn)生的高離子孔隙溶液會(huì)促使蒙脫石絮凝并破壞水化產(chǎn)物分布。

單獨(dú)使用偏高嶺土雖改善了新拌狀態(tài)（各替代率下泌水低于2%，流時(shí)維持在14-16秒），但抗壓強(qiáng)度急劇下降，僅純CEM III/C基準(zhǔn)組超過(guò)1.5兆帕門(mén)檻。原因在于鈣饑餓：偏高嶺土的火山灰反應(yīng)消耗熟料水化釋放的氫氧化鈣，當(dāng)熟料比例過(guò)低時(shí)，不足以支撐硅酸鈣與水化鋁酸鈣凝膠的生成。

生石灰的引入改變了這一局面。氧化鈣水化生成新鮮氫氧化鈣，直接補(bǔ)給火山灰反應(yīng)。在8種含2%膨潤(rùn)土的三元配比中，Zui優(yōu)組合為40% CEM III/C、40%偏高嶺土與20%生石灰。該配方28天抗壓強(qiáng)度達(dá)1.56兆帕（為未活化基準(zhǔn)組的4倍以上），流時(shí)13秒，泌水僅4%。值得注意的是，強(qiáng)度并未隨石灰含量線(xiàn)性增長(zhǎng)：無(wú)水泥僅含30%或50%生石灰的樣品強(qiáng)度僅為0.60和0.54兆帕，證明殘留熟料組分仍不可或缺。

通過(guò)對(duì)三元配比空間進(jìn)行強(qiáng)度數(shù)據(jù)插值，研究團(tuán)隊(duì)劃定了一個(gè)同時(shí)滿(mǎn)足流時(shí)≤15秒、泌水<5%、強(qiáng)度≥1.5兆帕的候選區(qū)域（涵蓋偏高嶺土0-45%、生石灰0-40%、CEM III/C 20-）。作者強(qiáng)調(diào)，該圖譜基于有限實(shí)驗(yàn)矩陣得出，屬探索性結(jié)果，且未直接表征水化產(chǎn)物與孔隙結(jié)構(gòu)，所提反應(yīng)機(jī)制仍為合理推演而非確證事實(shí)。

該研究的實(shí)際應(yīng)用指向法國(guó)采礦業(yè)總檢查局（Inspection Générale des Carrières）規(guī)定的1.5兆帕地下注漿充填砂漿Zui低標(biāo)準(zhǔn)，可直接用于城市下方廢棄采空區(qū)與礦井的空洞加固。但在實(shí)地部署前，配方仍需經(jīng)受泵送、高壓注入性及放置性能的現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)，并評(píng)估耐久性與尺寸穩(wěn)定性。生石灰水化放熱可能引發(fā)早期膨脹，在大體積受限填充中尤為關(guān)鍵。若順利通過(guò)上述驗(yàn)證，該研究將為大幅減少水泥用量、降低建設(shè)與碳足跡提供切實(shí)可行的地下空洞填充方案。

資料來(lái)源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-16。本文為資料編譯。