Experimental Study on Static Characteristics of Calcareous Sand Solidified by Nano-SiO2 Superfine Cement
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摘要: 运用纳米SiO2和超细水泥替代普通硅酸盐水泥对钙质砂进行加固处理，设计不同情况下无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验，研究纳米SiO2掺入对于钙质砂–超细水泥加固体静力特性影响，并利用扫描电子显微镜（SEM）观察试样微观结构进而分析作用机理。试验结果表明：超细水泥较普通硅酸盐水泥对于钙质砂的固化效果更好；纳米SiO2掺入对加固体强度有增强作用且影响效果存在临界值，掺量超过临界值后强度下降；纳米SiO2从峰值强度、峰值应变、黏聚力等方面改善了超细水泥钙质砂加固体的静力特性；微观角度分析发现超细水泥比普通水泥生成更多钙矾石晶体，形成一定的网格状结构，从而增强其宏观强度。Abstract: To study the incorporation of nano-SiO2 for calcareous sand-super fine cement plus solid static characteristics, nano-SiO2 and ultra-fine cement were used to replace ordinary portland cement to reinforce calcareous sand. Unconfined compressive strength test and triaxial shear test were designed under different conditions, and the microstructure of samples was observed by SEM to analyze the mechanism of action. The test results show that superfine cement has better reinforcement effect on calcareous sand than ordinary portland cement; there is a critical value for the effect of nano-SiO2 incorporation on the strength of ultrafine cement, and the strength decreases after the amount exceeds the critical value. In terms of peak strength, peak strain and cohesion, nano-SiO2 can improve the static characteristics of superfine cement calcareous sand. From a microscopic point of view, it is found that ultra-fine cement produces more ettringite crystals than ordinary cement, forming a certain grid-like structure, thereby enhancing its macro strength.
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Key words:
- nano-SiO2 /
- calcareous sand /
- superfine cement /
- triaxial test /
- static characteristics
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表 1 普硅水泥与超细水泥物理性能比较
水泥 平均粒径
/μm比表面积
/(m2·kg−1)抗压强度
/MPa3天抗折
强度/MPa凝结时间
/min3d 28d 3d 28d 初凝 终凝 普通水泥 20～30 56 24.5 46.3 4.6 8.7 150 210 超细水泥 ≤4.5 841 47.6 69.7 7.4 8.8 136 187 
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表 2 纳米SiO2的主要性质指标
材料 平均粒径
/nm比表面积
/(m2·kg−1)主要物质
含量/%水悬浮液
pH值假比重
/(g·cm−3)纳米SiO2 12 180 99.8 3.6～4.3 0.15～0.22
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表 3 试样参数
组分号 掺入质量比/% 水泥 纳米SiO2 Cb（普通） 5～11 0 NCa（超细） 5～11 0 NCS（超细+纳米SiO2） 6 5～30 注：水泥掺入比（水泥质量/钙质砂质量）×100%；纳米SiO2掺入比（纳米SiO2质量/水泥质量）×100%。
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表 4 剪切参数汇总表
纳米 SiO2掺量/% 围压
/kPa峰值
强度/kPa峰值
应变/%内摩
擦角/(°)黏聚力
/kPa0 100 1182.3 1.86 50 102.2 200 1999.7 2.05 300 2572.1 3.17 10 100 1476.8 0.86 46 178.5 200 2192.2 1.61 300 2677.8 1.86 20 100 1917.7 1.24 47 307.2 200 2578.1 1.11 300 3566.6 0.86 30 100 1332.1 2.98 49 183.4 200 2156.1 1.24 300 3022.4 0.86
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图(9) / 表(4)
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