多元体系玻璃纤维增强超细水泥复合锚固材料力学性能与微观机制OA

为探究新型高强高韧无机锚固材料,满足现有巷道围岩锚固支护需求,利用超细硅酸盐水泥为胶凝材料,以氧化钙膨胀剂、铝酸钠速凝剂及聚羧酸减水剂为外加剂,通过耐碱玻璃纤维(ARGF)增韧制备矿用超细水泥复合锚固材料体系。以ARGF、膨胀剂和速凝剂掺量为变量,设计三因素三水平正交试验,评价多元体系ARGF增强超细水泥复合锚固材料(GFAP)流动度、凝结时间、体积膨胀性及力学性能,并借助XRD、FTIR和SEM方法,探究GFAP水化产物成分、表面官能团和微形貌特征。结果表明,在固定0.4水灰比和0.25%减水剂条件下,1%ARGF、6%氧化钙膨胀剂、4%铝酸钠速凝剂时获得GFAP综合工程性能最佳,其流动度为221 mm,初、终凝时间为182 min与385 min,3 d膨胀率达0.5%,实现微膨胀特性;3 d和14 d结石体抗压强度分别为58.3、72.9 MPa,14 d抗折强度为13.41 MPa,满足高强早强工程应用需求。微观表征证实,外掺剂配合比会显著影响GFAP水化产物形貌、孔隙率与致密性,最佳复配下ARGF会在基体内部形成纤维-凝胶互锁结构,发挥桥接作用,并促进C-S-H在其表面聚合生长,强化界面黏结效果;其增强机理可归为多成分化学外加剂、ARGF与超细水泥之间协同耦合作用。在全长锚固体系拉拔试验中,最优因素水平组合下GFAP体系具有高的峰值拉拔荷载(41.24 kN)与对应滑移量(10.3 mm),失稳时间延长,表现出较强抗失效特性与力学承载性。在煤体拉伸粘结强度测试中,该配比GFAP煤体粘结试件的拉伸粘结强度达0.66 MPa,显示出优异界面粘结强度。