工程科学学报.第43卷.第6期：768-777.2021年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.6:768-777,June 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.01.005;http://cje.ustb.edu.cn 石粉对赤泥基注浆材料的影响机制 李召峰，陈经棚，杨磊四，齐延海，张健，张晨 山东大学岩土与结构工程研究中心，济南250061 ☒通信作者，E-mail:yanglei@sdu.edu.cn 摘要为明确石粉掺合料对地聚物材料的作用机理，以赤泥基注浆材料为研究对象，系统研究了石粉掺量和粒径分布对赤 泥基注浆材料浆体性能、力学性能和微观结构的作用规律，并结合X射线衍射仪(XRD)、压汞仪(MIP)和扫描电镜(SEM)等 微观测试手段分析其作用机理.研究表明，结石体力学强度随石粉掺量的上升先增大后减小，当石粉的质量分数为5%时抗 压强度最高，3d时可达5.65MP,抗压强度提升幅度为18.94%，同时浆液泌水率上升幅度仅为9.85%，且28d结石体孔隙率 降低了18.35%，因此，5%为石粉在赤泥基注浆材料中的最佳质量分数.在石粉最佳质量分数条件下，随着石粉平均粒径减 小，浆液凝结时间及泌水率均呈现下降的趋势；当石粉平均粒径达到8μ时，石粉“填充效应”和“成核效应”作用尤为明显， 浆液黏度突升，且3d和28d试样强度分别提升了11.86%和10%，故石粉平均粒径越小，其对赤泥基注浆材料的提升作用越 显著，赤泥基注浆材料的最佳粉料质量配比为赤泥47.5%，矿粉47.5%，石粉5%：微观分析证实，石粉在浆液水化历程中以物 理特性参与其中，为Na2O-SiO2-Al2O-H2O凝胶(N-A-S-H),水化硅铝酸钙凝胶(C-A-S-H)和水化硅酸钙凝胶(C-S-H)等 凝胶提供成核位点，供地聚物凝胶沉淀和生长，加速浆液水化. 关键词赤泥：石粉：地聚物：注浆材料：成核效应：填充效应 分类号X758 Influence mechanism of limestone powder on red mud-based grouting material LI Zhao-feng,CHEN Jing-peng,YANG Lei,OI Yan-hai.ZHANG Jian,ZHANG Chen Geotechnical and Structural Engineering Research Center,Shandong University,Jinan250061.China Corresponding author,E-mail:yanglei@sdu.edu.cn ABSTRACT Considering the unstable performance of geopolymeric materials due to the large fluctuation of the raw-material composition and the high alkalinity of the system,this study investigated the effect of limestone powder on red mud-based geopolymeric grouting materials;moreover,the influence mechanism was analyzed via X-ray diffraction(XRD),mercury intrusion porosimetry(MIP), and scanning electron microscopy (SEM).Also,the study provided some reference to reduce the storage of red mud and realize the collaborative utilization of limestone powder and red mud-based grouting materials.The results show that the mechanical strength of specimens first increases and then decreases with the increase in the limestone powder content.The compressive strength of the specimen with 5%limestone content was the best:the 3-day compressive strength could reach 5.65 MPa,which was 18.94%higher than that of the specimen with 0%limestone powder content.Moreover,the slurry bleeding rate of the 5%-limestone specimen was only 9.85%higher than that of the 0%-limestone specimen,and the porosity of the former on day 28 was 18.35%lower than that of the latter. Therefore,5%is the best content of limestone powder in red mud-based grouting material.When the mean particle size of limestone powder was 8 um,the "filling effect"and "nucleation effect"of specimens were significant,and the slurry viscosity rose sharply;the compressive strengths of day-3 and day-28 samples increased by 11.86%and 10%than those of the corresponding bulk-limestone 收稿日期：2020-12-01 基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目(51709158)：山东省重大科技创新工程资助项目(2020CXGC011405):山东省自然科学基 金资助项目(ZR2020KE006)石粉对赤泥基注浆材料的影响机制 李召峰，陈经棚，杨    磊苣，齐延海，张    健，张    晨 山东大学岩土与结构工程研究中心，济南 250061 苣通信作者，E-mail：yanglei@sdu.edu.cn 摘    要    为明确石粉掺合料对地聚物材料的作用机理，以赤泥基注浆材料为研究对象，系统研究了石粉掺量和粒径分布对赤 泥基注浆材料浆体性能、力学性能和微观结构的作用规律，并结合 X 射线衍射仪（XRD）、压汞仪（MIP）和扫描电镜（SEM）等 微观测试手段分析其作用机理. 研究表明，结石体力学强度随石粉掺量的上升先增大后减小，当石粉的质量分数为 5% 时抗 压强度最高，3 d 时可达 5.65 MPa，抗压强度提升幅度为 18.94%，同时浆液泌水率上升幅度仅为 9.85%，且 28 d 结石体孔隙率 降低了 18.35%，因此，5% 为石粉在赤泥基注浆材料中的最佳质量分数. 在石粉最佳质量分数条件下，随着石粉平均粒径减 小，浆液凝结时间及泌水率均呈现下降的趋势；当石粉平均粒径达到 8 μm 时，石粉“填充效应”和“成核效应”作用尤为明显， 浆液黏度突升，且 3 d 和 28 d 试样强度分别提升了 11.86% 和 10%，故石粉平均粒径越小，其对赤泥基注浆材料的提升作用越 显著，赤泥基注浆材料的最佳粉料质量配比为赤泥 47.5%，矿粉 47.5%，石粉 5%；微观分析证实，石粉在浆液水化历程中以物 理特性参与其中，为 Na2O–SiO2–Al2O3–H2O 凝胶（N–A–S–H）, 水化硅铝酸钙凝胶（C–A–S–H）和水化硅酸钙凝胶（C–S–H）等 凝胶提供成核位点，供地聚物凝胶沉淀和生长，加速浆液水化. 关键词    赤泥；石粉；地聚物；注浆材料；成核效应；填充效应 分类号    X758 Influence mechanism of limestone powder on red mud-based grouting material LI Zhao-feng，CHEN Jing-peng，YANG Lei苣 ，QI Yan-hai，ZHANG Jian，ZHANG Chen Geotechnical and Structural Engineering Research Center, Shandong University, Jinan 250061, China 苣 Corresponding author, E-mail: yanglei@sdu.edu.cn ABSTRACT    Considering  the  unstable  performance  of  geopolymeric  materials  due  to  the  large  fluctuation  of  the  raw-material composition and the high alkalinity of the system, this study investigated the effect of limestone powder on red mud–based geopolymeric grouting materials; moreover, the influence mechanism was analyzed via X-ray diffraction (XRD), mercury intrusion porosimetry (MIP), and  scanning  electron  microscopy  (SEM).  Also,  the  study  provided  some  reference  to  reduce  the  storage  of  red  mud  and  realize  the collaborative utilization of limestone powder and red mud–based grouting materials. The results show that the mechanical strength of specimens  first  increases  and  then  decreases  with  the  increase  in  the  limestone  powder  content.  The  compressive  strength  of  the specimen with 5% limestone content was the best: the 3-day compressive strength could reach 5.65 MPa, which was 18.94% higher than that  of  the  specimen  with  0% limestone  powder  content.  Moreover,  the  slurry  bleeding  rate  of  the  5%-limestone  specimen  was  only 9.85% higher than that of the 0%-limestone specimen, and the porosity of the former on day 28 was 18.35% lower than that of the latter. Therefore, 5% is the best content of limestone powder in red mud–based grouting material. When the mean particle size of limestone powder was 8 μm, the “filling effect” and “nucleation effect” of specimens were significant, and the slurry viscosity rose sharply; the compressive  strengths  of  day-3  and  day-28  samples  increased  by  11.86% and  10% than  those  of  the  corresponding  bulk-limestone 收稿日期: 2020−12−01 基金项目: 国家自然科学基金青年基金资助项目（51709158）；山东省重大科技创新工程资助项目（2020CXGC011405）；山东省自然科学基 金资助项目（ZR2020KE006） 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期：768−777，2021 年 6 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 6: 768−777, June 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.01.005; http://cje.ustb.edu.cn