领域：学术论文 · 自然科学

在高地温与动水扰动共同作用的岩体注浆过程中，浆液的扩散行为不仅受控于材料本身的流变特性，还与围岩孔隙结构、渗流状态和热-流-固耦合过程密切相关。由于注浆区位于高温水循环发育带，地层中含水层与微裂隙网络交错分布，在高温梯度与高水压联合驱动下，浆液的流动呈现非线性穿透与波动扩散特征，明显不同于常温条件下的达西型渗流模式。
注浆材料方面，传统水泥基材料在高温环境下易出现早凝、抗冲散性下降及与围岩界面结合力弱化等问题，难以满足热扰动隧洞或深部裂隙封堵的工程需求。近年来，基于硫铝酸盐水泥（CSA）与地聚物的复合体系显示出在高地温注浆工程中的潜在优势，表现为良好的热稳定性、低黏度下的快速凝结能力及优异的抗冲散性。试验结果表明，随着环境温度升高至90℃以上，CSA-地聚物复合浆液在剪切速率超过50 s⁻¹后仍保持适度的塑性流动性，其初始凝结时间控制在15分钟以内，而在动水条件下的抗分散半径显著小于普通水泥浆液。
从反应机制角度分析，CSA-地聚物复合注浆材料的强度来源主要包括三种路径：（1）CSA组分在高温水环境中快速水化，形成大量的钙矾石（ettringite）与铝酸钙水合物（C-A-H）；（2）地聚物体系在激发剂（如氢氧化钠、硅酸钠）作用下发生溶出-聚合反应，生成以N-A-S-H为主的凝胶相，并在高温作用下形成三维交联结构；（3）二者之间发生协同水化或共聚反应，形成含钠-钙-铝硅四元复合胶体，提升浆体的致密性与热稳定性。
尤其在高地温条件下，硅铝源溶解速率明显加快，有助于早期强度形成；同时，水化放热过程的热峰前移、强度增长速率提升，需特别控制反应速率与放热曲线，避免浆体快速失水导致开裂。测试表明，浆液在90℃热浴中养护6小时后，其等效28天抗压强度可达到常温下养护3天的水平。
在材料-环境交互过程中，浆液与高温水体接触会导致体系内自由水加速逸散、浆体离子浓度快速变化，进而影响凝胶结构的形成与空间网络的构建。这一过程中的界面演化表现为：早期形成的钙矾石与水铝石类水化产物在高温下易产生相变或晶型重构，从而影响浆岩界面层的致密度和剪切结合力。此外，高温环境还促进离子迁移速率，造成溶胶-凝胶相转化区的边界模糊，进而影响后期浆体力学性能的均质性。
注浆体在固化过程中的热传导行为也是决定其最终工程性能的关键因素之一。实际观测发现，CSA-地聚物浆体的导热系数在40–120℃区间呈非线性变化趋势，主要受其孔隙结构、毛细水蒸发速率以及水化产物热物性差异影响。微观分析显示，随着高温作用时间延长，浆体内部出现明显的微裂隙重构现象，导致热响应不均并产生局部热应力集中，可能引发注浆区的局部失稳。
从界面破坏试验来看，高温-动水复合作用下，浆岩结合面表现出明显的黏聚力退化与界面粗糙度劣化趋势，破坏模式逐步由剪切黏结转向界面滑移。多轴加载试验进一步揭示，在不同温度梯度与水流剪切应力耦合作用下，浆体层内发生黏弹性-塑性转变，其应力-应变关系不再线性，需引入变形时效与温度响应项进行多参数修正。
为提升注浆体在复杂环境下的适应性，一种新型多尺度增强方法被提出，采用纳米硅灰、聚乙烯醇纤维与碳纳米管协同掺杂策略，可显著提升浆体的抗冲散临界流速、界面黏结强度及后期干湿循环下的体积稳定性。该体系在高温循环20次后仍保持超过85%的未扰动抗压强度，并在模拟动水渗透试验中表现出低于10⁻⁷ cm/s的长期渗透系数，有效满足封堵型注浆工程的稳定性要求。
为了系统评估注浆材料在热-水-应力条件下的适应性与可靠性，需建立多维度测试方法体系。常用测试方法包括但不限于：
流变性能测试：采用旋转流变仪（如HAAKE RheoStress）在不同温度和剪切速率下测定黏度-剪切应力关系曲线，提取屈服应力与表观黏度；
抗冲散性测试：利用动水槽或旋转剪切装置（参考中国工程建设标准CECS 513）模拟不同水流速下的流失行为，测定抗分散起始流速与流失质量比；
界面黏结测试：通过直剪仪或劈拉试验评估浆体与岩体/混凝土界面结合强度，分析剪切滑移段能量释放情况；
微观结构分析：结合XRD、SEM、MIP及CT等方法，揭示浆体水化产物类型、孔隙结构演化及热损伤微裂隙分布；
热性能测试：采用热常数分析仪（如Hot Disk法）测定浆体不同龄期下的导热系数、比热容等参数；
模拟服役试验：构建封闭高温–流动水–应力三维模拟腔，开展长期渗透–温升–剪切循环加载实验，评价材料稳定性和性能劣化趋势。
在服役适应性方面，复合浆体还需满足以下要求：（1）在多次热循环中维持体积稳定性，避免微裂隙扩展或孔隙结构坍塌；（2）在长时间动水冲蚀下保持界面稳定性与渗透性控制；（3）在复杂水化路径影响下依然具备良好的反应完整性与后期强度增长潜力。
特别是在深部隧洞、边坡支护或储能库区等典型高温水域，封堵型注浆材料应体现“快凝–抗流失–稳性能–可调控”的综合特征。材料配方可通过以下策略进一步优化：（1）引入晶种辅助水化，控制初期析晶行为；（2）掺加有机-无机复合缓凝剂调节热促反应速率；（3）通过界面活性剂或功能颗粒强化浆岩界面结合区；（4）优化粒径分布与颗粒级配以提升浆液稳定性与微结构密实度。
此外，服役性能模拟还应考虑注浆体老化行为，如高温下碳酸化、溶解蚀变及界面再析晶等问题。通过长期暴露试验及CT动态跟踪，可揭示材料在复杂服役条件下的失效机制，从而为工程参数选取与配方优化提供科学支撑。
整体来看，高地温动水环境下的注浆材料需综合考虑流变稳定性、界面黏结性、热稳定性与微观结构演化机制，其设计不再仅限于材料物性层面，更应从系统耦合过程、界面相互作用及服役行为预测等多维度进行优化设计。

翻译考点：
考点1：“热-流-固耦合过程” 应该翻译为 “thermal–hydraulic–mechanical (THM) coupling process”或者“thermo-hydro-mechanical (THM) coupling process””
考点2：“热峰” 只能翻译为 “thermal peak ”或“exothermic peak”，不能翻译为“heat peak”，因为这表示的是热能外放的过程，译文二者取其一即可，保持译文一致性
考点3：“系统耦合过程” 应该翻译为 “thermal–hydraulic–mechanical coupling process” 或 “thermo-hydro-mechanical coupling process”，因为这是对前文的一个总结性说法，应该还原成原本含义。