采矿与安全工程学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (4): 924-937.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0413
白锦文1,2,3,张俊亮1,2,王凯2,3,4,范文兵1,2,冯国瑞1,2,3,马俊彪1,2
摘要： 关键域充填是残采区储碳空间重构的重要支撑。充填体在CO2环境中力学性能的演化规律，尤其是强动载作用下的动态响应机制，直接影响地下储碳空间的稳定运维。选用赤泥（RM）、铝土矿尾矿(BT)、粉煤灰(FA)和水泥(OPC)等材料制备充填体试件，开展了不同应变率下碳化前后充填体SHPB动态冲击试验，揭示了碳化对充填体动态力学参数、破坏模式及能量演化规律的影响机制，并借助X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜能谱仪（SEM-EDS）分析了相应的矿物组成与微观结构演变特征。结果表明：碳化作用会明显劣化充填体的动态力学性能，抗压强度降低了3％~31％，破坏应变显著增大，即碳化使充填体刚度下降，并增强其塑性变形能力；充填体破坏模式呈现出显著的应变率效应，低应变率条件下以轴向劈裂为主，高应变率条件下转变为压剪复合破坏，相近应变率条件下碳化充填体试样的块度更小、数量更多，且破碎程度加剧；未碳化试样反射能随应变率上升而增高，碳化试样则呈下降趋势；微观特征反映出碳化过程中孔隙会扩展，进一步抑制水化反应，导致C-S-H与AFt胶结相生成不足，CaCO3未能有效填充孔隙，最终引发结构疏松与性能劣化。提出碳纤维增强复合材料（CFRP）环向约束碳化充填体的技术思路，在储碳空间中构筑“储碳-抗冲”型充填体。研究成果可为关键域充填体性能评估、强动载作用下储碳空间的长久运维提供理论支撑。
中图分类号:
