地質(zhì)聚合物砂漿凝結(jié)過程的超聲波監(jiān)測

中圖分類號：TU525.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-6717（2025）03-0210-08

Ultrasonic monitoring coagulation process geopolymer mortar

LONG Shiguo CHEN Jinjie LI Rijin ZHOU Jinyi XU Jitong

Abstract： Geopolymer is a kind green and low-carbon cementing material，and the study the cementation process geopolymer is essential for engineering application.In order to investigate the mechanism geopolymer cementation，five groups geopolymer mortars with different mixture proportions （slag：fly ash） were placed in a special device and monitored them in real time by three ultrasonic inspection methods.The initial and final seting times the geopolymer mortars were characterized by energy reception ratios and verifiedwith the results the penetration resistance method.The results demonstrated that the setting rate the geopolymer mortar slows down with the decrease mixture proportion. The ultrasonic transmission method could realized the whole monitoring mortar.The mean error initial seting time and final setting time ultrasonic transmission method was 7.9% and 6.6% respectively. The reflection method has high accuracy in determining the initial setting time the mortar，and its mean error was 2.8% . The ultrasonic guided wave method could realise the whole monitoring the mortar.The mean eror the initial setting timeand final setting time ultrasonic transmission method was 3.3% and 2.5% respectively. Among the three methods， ultrasonic guided wave method is more suitable for monitoring the coagulation process geopolymer mortar.

Keywords： geopolymer；setting time；ultrasonic transmission method； ultrasonic reflection method； ultrasonic guided wave method;energy receiving ratio

地質(zhì)聚合物是以含有硅鋁酸鹽活性組分的工業(yè)固體廢棄物為前驅(qū)體，在堿激發(fā)劑的作用下制備而成的一種無機(jī)膠凝材料[]。其中，前驅(qū)體主要包括礦渣、粉煤灰和偏高嶺土等，堿激發(fā)劑主要是NaOH、 Na₂SiO₃ 和KOH等單一激發(fā)劑或復(fù)合激發(fā)劑[2-3]。與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相比，地質(zhì)聚合物不僅節(jié)能減排，還能循環(huán)利用工業(yè)廢棄物，因此，是一種極具應(yīng)用前景的綠色低碳膠凝材料。

目前學(xué)者們對地質(zhì)聚合物的研究主要集中在地質(zhì)聚合物混凝土GPC的各種性能及其前驅(qū)體原料和堿激發(fā)劑的配比上。研究表明，前驅(qū)體原料的差異可以決定GPC的不同性能，如力學(xué)性能、耐高溫性能和耐化學(xué)侵蝕性等[46]。在前驅(qū)體原料的配比上，一些學(xué)者的研究表明，粉煤灰-礦渣基GPC比單一基底GPC力學(xué)性能更好[7-8]。在激發(fā)劑的配比上，一些學(xué)者的研究表明，在堿類激發(fā)劑中， Na₂SiO₃ 和NaOH混合后的溶液激發(fā)效果好且質(zhì)量損失低[9-10]。研究表明，地質(zhì)聚合物選用粉煤灰-礦渣基，并用 Na₂SiO₃ 和NaOH作為混合激發(fā)劑，是當(dāng)前較為主流且性能較好的搭配。

學(xué)者們雖然對地質(zhì)聚合物進(jìn)行了充分的研究，并儲備了充足的理論和經(jīng)驗(yàn)，但對于其凝結(jié)過程方面的試驗(yàn)及研究還不夠，而早期凝結(jié)過程的狀態(tài)對于后期力學(xué)性能發(fā)展、施工性能以及結(jié)構(gòu)使用生命周期等方面具有不可忽視的影響，因此，有必要對地質(zhì)聚合物的凝結(jié)過程展開深人研究。常規(guī)的監(jiān)測方法，如貫入阻力法等通常會對待測物造成損傷，且較為依賴操作人員的熟練度，而超聲波監(jiān)測法具有不損傷結(jié)構(gòu)、測量精度高、覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)采集便捷等優(yōu)點(diǎn)[11]，可以通過分析超聲波在介質(zhì)中的參數(shù)變化，進(jìn)而研究待測物質(zhì)的性能變化[12]。

目前，大量學(xué)者利用超聲波對拌和物進(jìn)行監(jiān)測，得到了大量有價值的研究成果。一些學(xué)者通過使用超聲透射法，分析超聲波頻譜變化隨拌和物齡期發(fā)展的規(guī)律，研究超聲波在試樣中傳播速度的變化，得到了混凝土的凝結(jié)時間節(jié)點(diǎn)[13-15]。一些學(xué)者通過使用超聲反射法監(jiān)測了水泥的凝結(jié)過程，并基于得到的數(shù)據(jù)對水泥的水化進(jìn)行了定性描述[16-17]崔博等[18通過超聲透射法和超聲反射法，用能量對大壩混凝土的凝結(jié)過程進(jìn)行表征，并通過L-M算法聯(lián)合了兩種方法，使監(jiān)測方法更為精準(zhǔn)。還有一些學(xué)者通過超聲導(dǎo)波法監(jiān)測了混凝土的凝結(jié)過程，建立了超聲波信號的衰減與混凝土凝結(jié)過程之間的關(guān)系，研究了砂漿和混凝土凝結(jié)過程的聲學(xué)特性[19-20]

學(xué)者們證實(shí)了多種超聲波監(jiān)測方法對拌和物凝結(jié)過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的可行性，但由于原理的差異，不同的方法會導(dǎo)致其監(jiān)測拌和物凝結(jié)過程不同時期的效果各有優(yōu)劣。若能將多種超聲波方法聯(lián)合起來對拌和物凝結(jié)過程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，同時用貫入阻力試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，將得到更為合理、準(zhǔn)確的結(jié)果。貫入阻力試驗(yàn)的對象是砂漿，同樣也可將砂漿作為超聲波方法的研究對象。鑒于此，筆者使用超聲透射法、超聲反射法和超聲導(dǎo)波法，對不同配合比的地質(zhì)聚合物砂漿凝結(jié)過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并同時進(jìn)行貫入阻力試驗(yàn)，分析不同方法下時域圖隨地質(zhì)聚合物砂漿凝結(jié)過程的變化規(guī)律，并將凝結(jié)過程中最為敏感的幅值變化轉(zhuǎn)化為能量變化，更清楚地表征砂漿凝結(jié)過程中的狀態(tài)，分析不同前驅(qū)體原料的比例對砂漿凝結(jié)過程的影響，對比3種方法對于監(jiān)測凝結(jié)過程的優(yōu)勢與不足。

1 試驗(yàn)方案

1. 1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的地質(zhì)聚合物砂漿前驅(qū)體原料為S95級礦渣和Ⅱ級粉煤灰，其化學(xué)成分見表1，堿激發(fā)劑選用 NaOH+NaSiO₃ ，細(xì)骨料選用河砂，其細(xì)度模數(shù)為2.65，表觀密度為 ，吸水率為5.2% ，孔隙率為 36.2% ○

1. 2 配合比設(shè)計(jì)

研究表明，當(dāng)堿激發(fā)劑摻量為 40% 、模數(shù)為1.2時，其激發(fā)效果最佳[7.21]，因此，試驗(yàn)選用模數(shù)為1.2的堿激發(fā)劑，其調(diào)配方法為每 溶液添加 14.14gNaOH ，其中 Na₂SiO₃ 的原模數(shù)為 3.31 。試驗(yàn)以前驅(qū)體原料礦渣和粉煤灰的比值（礦粉比）作為變量參數(shù)，設(shè)置5個不同的試驗(yàn)組 S1～S5 ，具體配合比設(shè)計(jì)見表2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

采用超聲波裝置和特制拌和物監(jiān)測裝置進(jìn)行待測拌和物的實(shí)時監(jiān)測試驗(yàn)。超聲波裝置包括TH-204型多功能聲波參數(shù)檢測儀、兩對不同的超聲波縱波換能器和一對超聲波橫波換能器。特制拌和物監(jiān)測裝置由聚苯乙烯制成的模具和鋼板組成，內(nèi)部尺寸為 ，壁厚為12mm 。在兩側(cè)各有一個直徑為 50mm 的圓孔，可以與透射法的縱波換能器良好嵌合。熱熔膠具有封閉性好、粘結(jié)性強(qiáng)的特點(diǎn)，嵌合處用熱熔膠固定，防止漏槳。聚苯乙烯聲抗大，可以有效防止超聲波經(jīng)模具傳播。

鋼板與拌和物聲抗差異大，采用鋼板作為反射法中換能器與拌和物之間的緩沖材料，用熱熔膠將模具與鋼板粘結(jié)固定，并在鋼板上涂抹凡士林，確保與反射法縱波換能器的良好接觸。泡沫聲抗大且可塑性強(qiáng)，在反射法的橫波換能器下墊一塊泡沫板，既可以保證換能器與鋼板的平整接觸，又能消除底部介質(zhì)導(dǎo)致的超聲波信號接收誤差。

將導(dǎo)波法中應(yīng)用的鋼筋做成U字型，放置于監(jiān)測裝置的對角線上且不與底部鋼板接觸的位置，使其對透射法及反射法超聲波信號接收的影響可以忽略不計(jì)。用泡沫及熱熔膠將導(dǎo)波法的縱波換能器與鋼筋連接固定，使超聲波信號在連接處傳播的影響可以忽略不計(jì)。連接面涂抹適量凡士林，保證換能器與鋼筋間超聲波的穩(wěn)定傳播。最后將剛拌制好的拌和物放入監(jiān)測裝置中，同時，保證鋼筋理入其中且位置不變，試驗(yàn)裝置如圖1所示。

1.4 試驗(yàn)步驟

為了排除環(huán)境因素引起的誤差，確保使用的材料在存儲時、制備時和試驗(yàn)過程中都在相同的溫度，試驗(yàn)開始時在模具表面封上塑料薄膜，每次貫入阻力試驗(yàn)完畢后加蓋放回恒溫室中，這樣可以避免拌和物水化過程中因水分流失造成的干擾。

在新拌砂漿放人監(jiān)測裝置并振搗壓實(shí)后，即3種方法能首次同時穩(wěn)定檢測出超聲波數(shù)據(jù)時為試驗(yàn)開始，后每隔 10min 測試數(shù)據(jù)并記錄。超聲波試驗(yàn)開始時同步進(jìn)行貫入阻力試驗(yàn)，測定砂漿凝結(jié)時間，保證兩種試驗(yàn)使用同一批拌制的砂漿，排除因制備方法導(dǎo)致的誤差。當(dāng)一組砂槳貫入阻力值超過 50MPa 時，結(jié)束同組的超聲波試驗(yàn)。

1.5 試驗(yàn)原理

新拌地質(zhì)聚合物砂漿中的漿體形態(tài)會隨著地質(zhì)聚合的反應(yīng)（地聚反應(yīng)）而不斷改變，這種改變會使新拌砂槳的聲抗不斷變化，進(jìn)而使得換能器接收到的聲波信號產(chǎn)生變化?？v波可以在固體、液體和氣體中傳播，因此，透射法采用的縱波可以穿透任一凝結(jié)時期的砂漿，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)聚合物砂漿全過程變化的直接監(jiān)測。

超聲橫波只能在固體中傳播，反射法采用的橫波難以穿透早期新拌砂漿，發(fā)出的大量超聲橫波會在砂漿和鋼板的交界面處被反射，而當(dāng)漿體內(nèi)固體結(jié)構(gòu)形成后橫波才能穿透，進(jìn)入砂漿內(nèi)，可以通過反饋的聲學(xué)信號立即發(fā)現(xiàn)這種變化。

導(dǎo)波法的原理實(shí)質(zhì)是通過監(jiān)測超聲縱波在鋼筋中的能量變化實(shí)現(xiàn)對拌和物水化過程的監(jiān)測。隨著砂槳的凝結(jié)硬化，鋼筋與周圍漿體間的粘結(jié)加強(qiáng)，超聲縱波的能量更容易傳播到周圍砂漿中，導(dǎo)致接收到的監(jiān)測信號衰減。研究表明[22]，選用0.1MHz的脈沖傳輸信號能使超聲導(dǎo)波法更好地監(jiān)測拌和物的凝結(jié)，因此，本試驗(yàn)選用 0.1MHz 的脈沖信號。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 凝結(jié)過程時域圖分析

拌和物的凝結(jié)一般都會先后經(jīng)歷休眠期、凝結(jié)期和硬化期3個階段[18]，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)聚合物砂漿的凝結(jié)階段也是如此。其凝結(jié)速度會因前驅(qū)體原料的不同而有差異，初、終凝時間也會不同，但不同試驗(yàn)組的凝結(jié)規(guī)律基本相似。以S3為例，分別使用3種方法得出的時域堆積圖如圖2所示。綜合分析不同方法的時域堆積圖后，根據(jù)不同方法下時域圖波形產(chǎn)生明顯變化的時間節(jié)點(diǎn)，將其凝結(jié)過程劃分為3個階段。

階段 I，0～90min ，休眠期。由于拌和物剛拌制好，前驅(qū)體原料還未能在堿激發(fā)劑的作用下完全發(fā)生地聚反應(yīng)，槳體內(nèi)固相較少，且有部分未能在振實(shí)過程中分離的氣泡附著在顆粒表面。這些氣泡會使超聲波發(fā)生折射和衰減，從而影響透射法換能器對超聲波的接收，在 0min 時透射法的時域圖幅值偏小，而氣泡會隨著時間逐漸發(fā)生失穩(wěn)破裂[23]，此階段透射法時域圖的幅值會先緩慢增大。而部分發(fā)生地聚反應(yīng)的物質(zhì)會使超聲波的傳播路徑變得復(fù)雜，這樣的變化會使傳播在漿體中的超聲波發(fā)生折射、反射和衰減，此階段透射法時域圖的幅值緩慢減小。同時，反射法的超聲橫波在鋼板與漿體的交界面處被大量反射，由于鋼筋還未與漿體耦合，導(dǎo)波法的超聲縱波很難傳播到漿體中，這兩種方法得到的時域圖幾乎沒有變化。

階段Ⅱ， .90～210min ，凝結(jié)期。此階段漿體內(nèi)的粉煤灰和礦渣在堿激發(fā)劑的作用下開始發(fā)生地聚反應(yīng)，分別主要生成水化硅鋁酸鈉（N-A-S-H）和水化硅鋁酸鈣（C-A-S-H）兩種地質(zhì)聚合物凝膠，一部分凝膠凝結(jié)硬化，構(gòu)成聚合物骨架，另一部分填滿細(xì)骨料顆粒間的空隙，形成團(tuán)聚體[24]。此階段透射法時域圖的首波聲時值（指接收到首波的時間）和幅值逐漸減小，波型變得紊亂，這是由于槳體內(nèi)部逐漸形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，超聲波傳播的路徑中液相逐漸減少，固相逐漸增多，導(dǎo)致超聲波信號衰減、換能器接收超聲波的時間變短；反射法橫波時域圖的幅值迅速減小，說明此階段部分超聲橫波可以穿透進(jìn)入漿體內(nèi)部；導(dǎo)波法時域圖的幅值也迅速減小，此時由于鋼筋與砂漿開始緊密粘結(jié)，超聲縱波可以傳播到漿體中。

階段Ⅲ， 210min 以后，硬化期。隨著地聚反應(yīng)的進(jìn)行，凝膠不斷填充骨架間的空隙，砂槳孔隙率不斷下降，其整體變得更加致密穩(wěn)定。此階段透射法時域圖的聲波幅值隨著時間的變化表現(xiàn)為不斷增加的趨勢，聲時值不再變化；反射法橫波時域圖的幅值在此階段無明顯變化，這是因?yàn)樯皹獌?nèi)的固相基本穩(wěn)定，反射法換能器接收到的超聲橫波基本無太大變化；導(dǎo)波法縱波時域圖的幅值在此階段緩慢減小，說明超聲波透入砂漿的量正在穩(wěn)定而緩慢地增加，此階段砂漿強(qiáng)度正在穩(wěn)定發(fā)展。

2.2凝結(jié)過程能量圖變化規(guī)律

幅值能用于衡量超聲波的能量，而超聲波的能量可以被考慮為監(jiān)測拌和物凝結(jié)狀態(tài)的特征值[18]。為進(jìn)一步體現(xiàn)砂槳的凝結(jié)過程，將幅值的變化轉(zhuǎn)化為能量的變化。隨起始時間對幅值的平方值進(jìn)行數(shù)值積分可以確定超聲波的能量，定義單次接收的超聲波能量 E 為

式中： n 是單次測試超聲波的采樣點(diǎn)數(shù)，為 4 096 ：A（i） 為每個采樣點(diǎn)的幅值。

為了能更簡潔地反映3種方法的能量變化，定義能量接收比 E_n 為

式中： E_max 為同一種方法在一次試驗(yàn)中處理計(jì)算后得到的最大能量。

圖3為S3在凝結(jié)過程中3種方法接收到的超聲波能量變化，其他組地質(zhì)聚合物砂漿的凝結(jié)規(guī)律也與其相似。

在I階段，由于氣泡和少量地聚反應(yīng)產(chǎn)生物的影響，透射法的能量接收比呈緩慢地先增加后減小趨勢。反射法和導(dǎo)波法能量接收比在此階段先緩慢減小，然后開始迅速減小，這是由于此階段砂漿內(nèi)一直存在緩慢的地聚反應(yīng)，當(dāng)?shù)鼐鄯磻?yīng)形成的固相物質(zhì)附著在鐵板或者鋼筋上產(chǎn)生部分耦合時，換能器發(fā)射的聲波能量就會泄漏到漿體內(nèi)，接收到的能量會降低。

在Ⅱ階段，由于砂漿內(nèi)部的復(fù)雜反應(yīng)，透射法能量接收比呈先減小后增加趨勢。由于此階段超聲波可以大量透入漿體內(nèi)部，反射法和導(dǎo)波法的兩種能量接收比先迅速下降，而后下降趨勢逐漸減小，這是由于此階段后期砂槳內(nèi)主要為固相，且固相的生成速率逐漸減小，因此，兩種方法接收到的能量值變化逐漸減小，但反射法的橫波對這一階段的變化更加敏感。

在Ⅲ階段，砂漿內(nèi)基本由固相組成并穩(wěn)定發(fā)展強(qiáng)度，透射法能量接收比開始穩(wěn)定而快速地增長。由于砂漿內(nèi)固相的穩(wěn)定成形，反射法換能器能夠陸續(xù)接收到少部分從其內(nèi)部反射回來的超聲橫波，因此，反射法能量接收比在此階段緩慢增長并趨于平穩(wěn)。由于砂槳致密性的增加，砂槳與鋼筋在此階段的接觸也變得緊密，這是一個緩慢的過程，在鋼筋中傳播的超聲縱波透入砂槳的量緩慢增加，導(dǎo)波法能量接收比在此階段呈現(xiàn)為緩慢減小。

2.3前驅(qū)體原料對凝結(jié)過程的影響

2.3.1 貫入阻力試驗(yàn)

根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352—2020）中的貫入阻力試驗(yàn)方法來研究地質(zhì)聚合物砂漿的凝結(jié)時間。貫入阻力計(jì)算如式（3）所示。

式中： P 為貫入阻力， MPa ，精確至 0.1：F 為貫人深度達(dá) 25mm 時的壓力， N;A 為測針面積， mm² 。

以貫入阻力為縱坐標(biāo)、時間為橫坐標(biāo)繪制貫入阻力與時間關(guān)系曲線圖，當(dāng)貫入阻力值為3.5、28MPa時，對應(yīng)的橫坐標(biāo)為初凝時間和終凝時間，如圖4所示。

由圖4可以看出，隨著礦粉比的減小，地質(zhì)聚合物砂漿初、終凝的時間變長，凝結(jié)速率變慢，這是由于地質(zhì)聚合物的反應(yīng)產(chǎn)物和凝結(jié)硬化特征都與前驅(qū)體種類聯(lián)系緊密。礦渣在堿性溶液中溶解的過程伴隨著放熱現(xiàn)象，同時，溶解產(chǎn)生的 Ca²⁺ 與堿性溶液中的陰離子反應(yīng)，產(chǎn)生附加放熱現(xiàn)象，使得地質(zhì)聚合物-砂漿體系溫度上升，地聚反應(yīng)速率增加，促進(jìn)了地質(zhì)聚合物砂漿的早強(qiáng)快硬[21]。而粉煤灰結(jié)構(gòu)表面致密，表面活化能較高，在常溫環(huán)境下凝結(jié)硬化速度緩慢，對地質(zhì)聚合物砂漿的凝結(jié)過程起緩速作用[25]。表3為不同試驗(yàn)組的初、終凝時間。

2.3.2 能量圖對比分析

圖5為各組砂漿在不同方法下的能量接收比圖。由貫入阻力試驗(yàn)得到的各組砂漿凝結(jié)時間可以發(fā)現(xiàn)，不論哪種方法都可以清楚地表征前驅(qū)體不同原料對砂漿凝結(jié)過程的影響。

圖5（a）（b）為局部放大圖。分析發(fā)現(xiàn)，每組砂漿能量接收比曲線的最小值點(diǎn)對應(yīng)的時間約為其初凝時間，當(dāng)能量接收比為0.04時，對應(yīng)的時間節(jié)點(diǎn)約為終凝時間，定義這兩特征點(diǎn)分別為 T_min 和T_0.04 。此外，礦粉比越小，砂槳初、終凝時間越長，其透射法能量接收比曲線特征點(diǎn)出現(xiàn)的時間越晚。由圖5（b）可知，礦粉比越小，能量接收比曲線斜率開始突然變化的點(diǎn)（下文稱突變點(diǎn)）出現(xiàn)得越晚，曲線上升的趨勢有輕微減緩。

由圖5（c）可以看出，礦粉比越小，反射法能量接收比曲線突變點(diǎn)出現(xiàn)的時間越晚，這意味著初凝時間也隨之推遲。最小能量接收比隨著礦粉比的減小而變小，這是由于粉煤灰對早期強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不大，砂漿的強(qiáng)度越高，超聲波傳播的效果越好，因此，粉煤灰摻量越多，凝結(jié)后換能器接收到的能量越低。此外，分析發(fā)現(xiàn)，在各組反射法能量接收比曲線中，當(dāng)能量接收比為最大能量接收比與最小能量接收比之和的 1/2 時，其對應(yīng)的時間點(diǎn)約為初凝時間，定義此特征點(diǎn)為 T_so

由圖5（d）可以看出，隨著礦粉比的減小，導(dǎo)波法能量接收比曲線下降的趨勢減緩，這可以反映砂漿凝結(jié)速度隨著礦粉比的減小而減緩。此外，分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)波法能量接收比為0.83和0.37時，對應(yīng)的時間分別約為砂槳的初凝時間節(jié)點(diǎn)和終凝時間節(jié)點(diǎn)，定義這兩特征點(diǎn)為 T_0.83 和 T_0.37 。表4為不同試驗(yàn)組在不同方法下特征點(diǎn)對應(yīng)的特征時間。

2.4特征點(diǎn)表征初終凝時間結(jié)果分析

圖6和圖7分別為貫人阻力試驗(yàn)得到的各試驗(yàn)組地質(zhì)聚合物砂漿初、終凝時間與不同特征時間的對比。圖6（a）為透射法的初凝特征時間與實(shí)測初凝時間的對比圖，其最大誤差為 16.7% ，最小誤差為 2.7% ，平均誤差為 7.9% ；圖6（b）為反射法的初凝特征時間與實(shí)測初凝時間的對比圖，其最大誤差為 6.6% ，最小誤差為 0.6% ，平均誤差為 2.8% ；圖6（c）為導(dǎo)波法的初凝特征時間與實(shí)測初凝時間的對比圖，其最大誤差為 7.4% ，最小誤差為 0.2% ，平均誤差為 3.3% ；圖7（a）為透射法的終凝特征時間與實(shí)測終凝時間的對比圖，其最大誤差為 12.3% ，最小誤差為 2.1% ，平均誤差為 6.6% ；圖7（b）為導(dǎo)波法的終凝凝特征時間與實(shí)測終凝時間的對比圖，其最大誤差為 4.6% ，最小誤差為 0.8% ，平均誤差為2.5% 。

從試驗(yàn)結(jié)果來看，透射法可以實(shí)現(xiàn)對于地質(zhì)聚合物砂漿凝結(jié)過程的全程監(jiān)測，也有比較明顯的特征點(diǎn)，但由于氣泡的影響，對初凝時間的表征比其他方法誤差大；反射法對監(jiān)測砂漿的初凝效果最好，但對砂漿的終凝卻沒有很好的監(jiān)測效果；導(dǎo)波法可以實(shí)現(xiàn)對砂漿凝結(jié)過程的全程監(jiān)測，其曲線變化穩(wěn)定，對于初、終凝時間的識別準(zhǔn)確、方便且誤差小。

3結(jié)論

通過特制的拌和物超聲波監(jiān)測裝置，用3種方法對前驅(qū)體原料不同的5組地質(zhì)聚合物砂漿進(jìn)行凝結(jié)過程的連續(xù)監(jiān)測，得到以下主要結(jié)論：

1）通過對時域堆積圖的分析，將地質(zhì)聚合物砂漿的凝結(jié)劃分為3個階段，發(fā)現(xiàn)幅值在3種方法中都是較敏感的參數(shù)，由此推演出3種方法都可以用能量表征砂漿的凝結(jié)過程，并分別揭示不同方法得到的能量曲線隨砂漿凝結(jié)過程的發(fā)展規(guī)律。

2）隨著前驅(qū)體原料礦粉比的減小，地質(zhì)聚合物砂漿的凝結(jié)速度變慢，初、終凝時間延后。在不同的能量-時間曲線圖中，不同試驗(yàn)組砂漿的變化規(guī)律一致，但曲線的變化率會隨著礦粉比的減小明顯降低。

3）超聲透射法可以實(shí)現(xiàn)對拌和物全過程的監(jiān)測，但由于氣泡的存在，用于確定初凝時間節(jié)點(diǎn)存在的誤差比其他方法要大；超聲反射法用于確定拌和物的初凝時間精準(zhǔn)度高，效果好，但在試驗(yàn)中對終凝時間的識別較模糊。

4）超聲導(dǎo)波法可以實(shí)現(xiàn)對拌和物全過程的監(jiān)測，相較于其他方法，其能量圖的變化趨勢穩(wěn)定。在試驗(yàn)中用導(dǎo)波能量接收比為0.83和0.37對應(yīng)的時間確定砂槳的初凝和終凝時間準(zhǔn)確度高、識別方便，其測得初、終凝時間的平均誤差分別為 3.3% 和2.5% 。

5）對3種超聲監(jiān)測方法進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，不同的方法有不同的適用領(lǐng)域。

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（編輯王秀玲）