基于温轮胶(WG)和羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)这两种增稠剂的特点, 将二者复掺以解决严酷环境下薄层施工用水泥基大流态砂浆易开裂的问题。研究中通过对比WG、HPMC及复合增稠剂的作用效果, 明晰了复合增稠剂对大流态砂浆工作性能、力学性能及抗裂性能的影响规律, 并结合冷冻扫描电镜对复合增稠剂抗裂作用机理进行了剖析。结果表明: 单掺WG、HPMC均无法解决严酷环境下砂浆开裂的问题; 复合增稠剂在保水性和抗裂性能上表现更优, 且砂浆弹性模量降低, 柔韧性提升, 夏季在室外暴晒也不会开裂。砂浆抗裂机理在于复合增稠剂融合了WG和HPMC各自优势特点, 在体系浆液空间形成三维网状结构与膜状结构的叠加, 三维网状结构可大幅增强浆料稳定性, 而膜状结构在再次增强浆料稳定性的同时大幅提升砂浆的保水性, 进而减弱水分扩散蒸发, 达到砂浆抗裂的目的。

为了改善磷建筑石膏强度低、韧性差的不良特性，本文在磷建筑石膏基复合材料中掺入不同直径和掺量的聚乙烯醇纤维，通过试验分析探究聚乙烯醇纤维对磷建筑石膏基复合材料工作性能和力学性能的影响。结果表明，聚乙烯醇纤维的掺入能够显著降低浆体的流动度和缩短浆体的凝结时间。同时，聚乙烯醇纤维的掺入可以显著提高复合材料的力学强度，当纤维直径为15 μm、体积掺量为1.6%时，复合材料的力学性能最佳，抗折强度、抗压强度、抗弯强度和抗拉强度分别为10.071、13.25、10.73和2.89 MPa。此外，通过SEM对材料结构的微观形貌进行观察，聚乙烯醇纤维能够分散在磷建筑石膏的孔隙和裂缝中，使复合材料的内部结构更加密实，提高了复合材料的力学性能。

针对地质聚合物需水量大、黏度高的问题，研究了木质素磺酸钠(SL)、聚羧酸减水剂(PC)、萘系减水剂(N)、三聚氰胺系减水剂(M)对赤泥-粉煤灰基地质聚合物性能的影响。通过FTIR、XRD、SEM-EDS分析了减水剂在碱溶液中的稳定性及其对赤泥-粉煤灰基地质聚合物物相、形貌和结构等的影响。结果表明，在相同液固比情况下，四种减水剂均可提高浆体流动度，流动度提高幅度从大到小依次是N、M、SL、PC。掺量不高于原料质量的0.50%时，SL与N对抗压强度有改善作用，对抗压强度的影响由优到劣依次是N、SL、M、PC。减水剂的掺入不会改变地质聚合物的物相组成，SL与N在碱溶液中相对稳定，但是PC与M在碱溶液中的稳定性较差。SL、PC、N、M的最佳掺量分别为0.50%、0.75%、0.50%、0.50%（质量分数）。

为了提高加固、防渗堵漏等工程的注浆质量，往往需要添加改性剂来调控注浆材料的流变性能。本文研究了两种改性剂(早强型注浆改性剂SX-ZJ-Z和高强型注浆改性剂SX-ZJ-G)对注浆材料流变性能的影响，测试了它们在不同掺量(10%和20%，质量分数)以及不同水胶比(W/B=0.25、0.30、0.35和0.40)下的凝结时间、流动度、塑性黏度和屈服应力，并分析了Bingham和Modified Bingham模型对注浆材料流变曲线的拟合度。结果表明：添加SX-ZJ-G能显著延长注浆材料的凝结时间，而添加SX-ZJ-Z会缩短注浆材料的凝结时间；SX-ZJ-G掺入后发挥“滚珠”效应，能大幅提高注浆材料的流动性，但是添加SZ-ZJ-Z对注浆材料的流动性几乎没影响。添加改性剂使水泥浆体由牛顿流体转变为屈服应力流体，呈现出非线性的剪切应力曲线，Modified Bingham模型较Bingham模型有更好的拟合效果。在W/B=0.30、0.35和0.40时，掺入SX-ZJ-Z对注浆材料的塑性黏度和屈服应力影响不大；SX-ZJ-G的掺入极大地降低了水泥浆体的塑性黏度和屈服应力，降幅可达89%以上，改善了注浆材料的流变性能。

分别采用偶氮化合物类塑性膨胀剂(PEA1)及亚硝基化合物类塑性膨胀剂(PEA2)配制了C125海上风电超高性能灌浆料, 对比研究了塑性膨胀剂种类及掺量对C125海上风电超高性能灌浆料流动度、膨胀率、抗压强度、电通量及孔结构分布的影响规律。结果表明, 随着塑性膨胀剂掺量的增加, 灌浆料的流动度先增大后减小, 抗压强度逐渐降低, 竖向膨胀率和电通量逐渐增加。当PEA1、PEA2掺量相同时, PEA1对灌浆料的流动度、抗压强度、竖向膨胀率和电通量的影响幅度更大, 掺入PEA1后灌浆料的总孔隙率、平均孔径及大孔比例增幅更明显。

为提高工业废渣的综合利用率, 研制出一种绿色环保高性能的注浆材料。选用超细矿渣粉(UFS)和硅灰(SF)替代一定量的水泥, 通过正交试验和极差分析法系统地研究了在不同水灰比下掺入不同含量的超细矿渣粉、硅灰以及聚羧酸减水剂(PCE)对注浆材料性能的影响, 并对优化后的浆液和纯水泥浆液进行了性能对比及微观试验。结果表明: 当超细矿渣粉质量分数从18%增大到20%时, 可以增强浆液流动性能, 硅灰可以提高结石体抗压强度并减小浆液泌水率, 聚羧酸减水剂对降低浆液黏度具有显著效果; 以28 d抗压强度和黏度为主要指标, 得到浆液的较优配比为水灰比0.70、超细矿渣粉掺量20%（质量分数）、硅灰掺量12%（质量分数）、聚羧酸减水剂掺量0.16%（质量分数）。优化后的浆液泌水率、抗压强度及抗折强度均优于纯水泥浆液。掺入超细矿渣粉和硅灰后, 浆液内部生成了钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）等凝胶, 填充了颗粒间的孔隙, 使优化后的浆液结石体强度增大。

煤矸石浆液的流变性能影响注浆的可泵性, 可通过调节粒径和水矸比对流变性能进行调控。本文测试了新鲜煤矸石浆液的流变性能、流动度及流动时间, 研究了不同粒径(100目、150目、200目、250目、300目, 分别对应150 μm、106 μm、74 μm、58 μm和48 μm)及水矸比(1.0、1.5、2.0)对煤矸石浆液流变性能的影响, 探讨了流变参数、流动度及流动时间的变化规律, 并提出了注浆建议。结果表明: 水矸比是煤矸石浆液流变性能的主控因素, 煤矸石浆液在水矸比为1.0时, 符合Herschel-Bulkley模型, 颗粒粒径会影响浆液的屈服应力和塑性黏度, 屈服应力为2.5~3.6 Pa; 在水矸比为1.5、2.0时, 符合Bingham模型, 颗粒粒径只影响浆液的屈服应力, 屈服应力为0.1~0.7 Pa。不同粒径煤矸石浆液的流动度均不低于365 mm, 流动时间在27~31 s。为提高浆液的可泵性, 可考虑采用较大的水矸比(≥1.5)和较长的搅拌时间(>800 s)。

针对盾构壁后注浆浆体(浆体)须具有较短凝结时间并保持良好流动性的难题, 以快硬硫铝酸盐水泥(R·SAC)和三乙醇胺(TEA)为外加速凝材料, 分析两者对浆体性能影响规律及微观机制。结果表明, 随R·SAC替换P.O水泥至50%, 浆体凝结时间从9.5 h降低至2.0 h, 但150 min流动度损失约50%; TEA以0.6%掺量为拐点, 浆体凝结时间和流动度均先增大后减小; 复掺情况下, 两者对浆体水化具有协同作用, 起始期快速水化, 凝结时间缩短, TEA解絮作用提高了浆体流动性, 减缓流动度经时损失; 复掺15% R·SAC和0.05% TEA, 可制备出凝结时间6 h、150 min流动度250 mm的快凝高流动性浆体。

为提升超高性能混凝土(UHPC)工作性能，制备了聚氧乙烯基(EO)聚醚型与环氧丙烷嵌段聚氧乙烯(EO/PO)聚醚型两种不同结构的减水剂(分别简称PCE-1和PCE-2)。通过测试净浆流动度、浆体黏度、总有机碳、表面张力，研究了上述两种减水剂在低水胶比水泥-硅灰浆体中的性能差异，并对相关作用机理进行了探讨。结果表明：在硅灰掺量(质量分数)5%~25%，水胶比0.16条件下，PCE-2相比PCE-1对硅灰具有更强的吸附-分散作用，水泥-硅灰浆体流动度更高；嵌段聚醚结构可调节间隙液的表面张力和黏度，降低水泥-硅灰浆体黏度。

本文研究了不同长度聚甲醛(POM)纤维单掺和混掺对砂浆流动度、抗折强度、抗压强度、弯曲韧性及干燥收缩的影响, 并通过扫描电镜观测了其微观结构。研究发现, 砂浆流动度随POM纤维长度和掺量增大而下降, 混掺纤维比单掺对砂浆流动度的影响更小。POM纤维能有效提高砂浆的抗折强度, 但掺量超过0.6%（体积分数, 下同）时增强效果减弱, 与未掺纤维试样相比, 0.6%掺量的6 mm纤维对试样28 d抗折强度提升最高, 为14.67%, 抗压强度随纤维掺量增加而降低。12 mm纤维比6 mm及混掺对试样弯曲韧性提升更明显, 最大提高49.43%。纤维的掺入可显著降低试样的干燥收缩率, 且随纤维掺量增加, 试样90 d干燥收缩率先减小后增大。与未掺纤维试样相比, 0.6%掺量的6 mm纤维试样90 d干燥收缩率下降最多, 为27.39%。混掺POM纤维在掺量0.6%以上时仍可显著提升砂浆的抗折强度并减小干燥收缩率。