深埋于废弃采石场、矿井和喀斯特溶洞下方的回填注浆材料，是稳定地基的关键。《工程成果》（Results in Engineering）发表的一项最新实验室研究表明，通过将三种常见原料——膨润土粘土、偏高岭土和生石灰进行组合配方，可大幅减少高稀释度注浆液中的水泥用量，同时满足现场应用对流动性、稳定性及强度的要求。
传统回填注浆面临两难：需大量用水以保证泵送和填充大体积空洞，但高水灰比易导致固体颗粒沉降和水分离；若单纯增加水泥以补偿强度，则会显著升高流动阻力、成本及碳排放。由Rachida Idir等人领导的研究团队采用分步配方策略解决该问题。首先确定膨润土的最佳掺量，其富含钠的蒙脱石片层可吸水并悬浮水泥颗粒；随后将偏高岭土（一种经煅烧的高反应性铝硅酸盐）作为水泥替代材料最高掺入80%；最后添加生石灰作为外部钙源，并通过混合物设计插值法绘制三元胶凝体系图谱。
实验显示，膨润土的加入存在典型的工程权衡。未加粘土的基准浆液（每立方米含150公斤水泥）Marsh锥流时仅9秒，但泌水量高达30%。掺入2%膨润土时，泌水降至4%，流时为12秒；增至3%时，泌水进一步降至2%，流时达到15秒的工程实用上限。超过此比例后体系迅速变稠：4%时流时延至24秒，5%则无法排出。无砂等效体系的流变测试证实，所有混合料均表现为剪切变稀、具有屈服应力的流体，但随膨润土增加，流变曲线整体上移，120 s⁻¹下的剪切应力从约6帕升至28帕，滞后环面积激增近12倍，表明颗粒网络结构增强且抗剪切重建能力强。
力学性能表现因水泥化学组成而异。富熟料CEM I 52.5 R浆体初始强度较高（28天达2.85兆帕），但仅掺1%膨润土即骤降至1.10兆帕，3%时跌至0.67兆帕。而含约82%矿渣的CEM III/C水泥表现出更强耐受性，在整个膨润土掺量范围内均能维持1.5兆帕以上的目标强度。作者归因于CEM I快速水化产生的高离子孔隙溶液会促使蒙脱石絮凝并破坏水化产物分布。
单独使用偏高岭土虽改善了新拌状态（各替代率下泌水低于2%，流时维持在14-16秒），但抗压强度急剧下降，仅纯CEM III/C基准组超过1.5兆帕门槛。原因在于钙饥饿：偏高岭土的火山灰反应消耗熟料水化释放的氢氧化钙，当熟料比例过低时，不足以支撑硅酸钙与水化铝酸钙凝胶的生成。
生石灰的引入改变了这一局面。氧化钙水化生成新鲜氢氧化钙，直接补给火山灰反应。在8种含2%膨润土的三元配比中，最优组合为40% CEM III/C、40%偏高岭土与20%生石灰。该配方28天抗压强度达1.56兆帕（为未活化基准组的4倍以上），流时13秒，泌水仅4%。值得注意的是，强度并未随石灰含量线性增长：无水泥仅含30%或50%生石灰的样品强度仅为0.60和0.54兆帕，证明残留熟料组分仍不可或缺。
通过对三元配比空间进行强度数据插值，研究团队划定了一个同时满足流时≤15秒、泌水<5%、强度≥1.5兆帕的候选区域（涵盖偏高岭土0-45%、生石灰0-40%、CEM III/C 20-100%）。作者强调，该图谱基于有限实验矩阵得出，属探索性结果，且未直接表征水化产物与孔隙结构，所提反应机制仍为合理推演而非确证事实。
该研究的实际应用指向法国采矿业总检查局（Inspection Générale des Carrières）规定的1.5兆帕地下注浆充填砂浆最低标准，可直接用于城市下方废弃采空区与矿井的空洞加固。但在实地部署前，配方仍需经受泵送、高压注入性及放置性能的现场考验，并评估耐久性与尺寸稳定性。生石灰水化放热可能引发早期膨胀，在大体积受限填充中尤为关键。若顺利通过上述验证，该研究将为大幅减少水泥用量、降低建设与碳足迹提供切实可行的地下空洞填充方案。
资料来源：bioengineer.org；原文发布日期：2026-10-16。本文为资料编译。