一种新型轻质高强泡沫混凝土支护材料研究.pdf

2 0 1 5年第 1 期 中州煤炭 总 第 2 2 9 期 一 种新型轻质 高强 泡沫混凝土支护材料研究 常 健 ( 神 火集 团 新庄煤矿 ， 河南 永城4 7 6 6 0 0 ) 摘要 ： 原有沿空 留巷支护体 存在 支撑 力小、 材料消耗大 、 密封性差及工人 劳动强度 大等弊端 ， 针对这 些 问题 ， 对新 型支 护材料原料 、 合理 配合 比的选取进行 了研 究， 并做 了相应的力学试验 。通过对不 同原材料配 比形成 的支护体进行 单轴抗压强度试验 ， 掌握 了不同原料 配比时吏 护体 的不 同特性 ， 可据此设计不同矿压条件下 的 沿 空巷 道 支 护 。 关 键 词 ： 原 材 料 配 比 ； 轻 质 高 强泡 沫 ； 沿 空 留巷 充 填 中 图分 类 号 ： T D3 5 3 文 献 标 志 码 ： A 文章 编 号 ： 1 0 0 30 5 0 6 ( 2 0 1 5) 0 l一0 0 1 80 4 S t ud y o n a Ne w Ty p e o f Li g ht we i g h t a n d Hi g h St r e ng t h Fo a m Co n c r e t e S u p po r t i n g M a t e r i a l s Ch a ng J i a n ( X i n z h u a n g C o a l Mi n e ， H e n a n S h e n h u o G r o u p， Y o n g c h e n g 4 7 6 6 0 0， C h i n a) Abs t r a c t： T he f o r me r s up po r t i n g b o di e s i n g o b s i d e e n t r y r e t a i n i n g h a v e di s a dv a nt a g e s s uc h a s p o o r s u pp o r t i n g， l a r g e ma t e r i a l c o n s u mp t i o n， po o r s e a l i n g q u a n l i t y a n d l a r g e l a b o r i n t e ns i t y o f wo r ke r s Ai mi ng a t t he s e p r o b l e ms， t he s e l e c t i on o f ma t e r i a l s a nd r e a s o n a b l e r a t i o f o r t h e n e w t y p e s u p po r t i ng ma t e r i a l s we r e s t u di e d， r e l e v a n t me c h a n i c a l e x pe r i me n t s we r e a l s o c a r r i e d o u t Th r o ug h t h e e x p e r i me n t o f n n i a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e ng t h f o r di f f e r e n t s up p o r t i n g b o di e s wi t h d i f f e r e n t pr o po r t i o n o f r a w ma t e r i a l s， d i f f e r e n t c ha r a c t e r i s t i c s o f s u p po r t i n g bo d i e s we r e o b t a i n e d by u s i n g d i f f e r e n t p r o po r t i o n o f r a w ma t e r i a l s， a n d t h e s e c o nc l u s i o n s c a n h e l p t o d e s i g n t h e s u p p o si ng o f g o b s i d e e n t r y r e t a i n i n g i n d i f f e r e n t r o c k pr e s s ur e s Ke ywo r ds： pr o po r t i o n o f r a w ma t e r i a l s； l i g h t we i g h t a n d h i g h s t r e ng t h f o a m； g o b s i d e e n t r y r e t a i ni n g fil l i ng 传统的巷旁支护体均存在一定的弊端 ， 如 ： 木垛 支 护和密集 支柱 支 护 ， 其 支 承 力小 、 材料 消 耗 量 大 ， 密 闭性差 ； 矸石 带和料 石垛 支护 可缩量 大 、 劳动强 度 大 ， 采空区漏风严重 ； 混凝土砌块墙则面 临砌块过 重 、 工人劳动强度高 、 墙体成型时间长以及辅助运输 量 大等 问题 。近些年 发展起 来 的整体 浇注巷 旁充 填 技术则需要建立一套较为复杂的充填系统 ， 其成本 过 高 ， 且存 在巷 旁支 护体早 期强 度低 、 脱模 时间 久 的 问题 。此 外 ， 以往 的沿 空 留巷 方 式 还存 在 留巷 速 度慢 、 难 以适应 综采 工作 面快速 推进需 要 的缺点 。 可 见 ， 巷旁 支 护 的高 效 与否 对 沿 空 留巷 的优 势 能 否充分 发挥 具 有重 要 影 响 。 因此 ， 开 发一 种 可 靠 的巷旁支护形式对于保证沿空留巷的效果有着十分 重要的理论价值和实用意义。为此 ， 本文将 以减小 漏 凝土砌 块质 量 、 降低工 人劳 动强度 为 目的 ， 通 过试 验 研究来 开发 一种 新 的 墙体 砌 块 ， 并 重 点对 其 力学 收稿 日期 ： 2 0 1 41 00 7 作者简介 ：常健 ( 1 9 8 5 一 ) ， 男 ， 河 南商丘人 ， 助理工程 师。 2 0 0 8年 毕业于安徽理工大学 ， 现从事煤矿生产技术管理工作 。 1 8 特性 及合 理 的材料 配 比进 行研 究 。 1 原材料 的选取及技术要求 泡 沫混 凝 土 多 以最 普通 的水 泥为 主要 原 料 ， 主 要 因为水 泥可 与不 同的 掺 和料 进 行 配 比混 合 ， 进 而 形成 多种 类型 的水 泥泡沫 混凝 土 。试 验选 用 的泡沫 昆 凝 土原 材料 主要 包 括 水 泥 、 粉 煤灰 、 细砂 、 纤 维 及 发 泡剂 。 1 1 水 泥 试 验 中 以水 泥作 为 主要 的胶凝 材 料 ， 主 要 因其 拥 有分 布广泛 、 性 能优异 、 价格 低廉 、 凝结 硬化 快 、 抗 冻性 好 、 强度 高和 耐 久 性好 等 良好 优 点 。使 用 的水 泥 为 P 0 4 2 5 R普 通 硅 酸 盐 水 泥 ， 其 主要 物理 性 能 指标如下： 品种 ， P 0 4 2 5 R； 细度 ， 0 8 ； 安 定性， 合格 ； 初凝时间为 1 6 0 m i n ， 终凝时间为 2 4 0 mi n ； 抗 折强度 ， 3 d时为 4 5 MP a ， 2 8 d时为 6 9 M P a ； 抗 压 强 度 ， 3 d时 为 3 0 6 MP a ， 2 8 d时 为 5 5 2 MPa 。 1 2粉 煤灰 2 0 1 5年第 l 期 常 健 ： 一种新 型轻 质 高强泡 沫混 凝土 支护 材料研 究 总 第 2 2 9期 针 对不 同 的混凝 土 工 程 ， 应 选用 相 应 等 级 的粉 煤灰 ， 选 择方 式见 表 1 。此 次试 验选 用 级 粉 煤 灰 ， 该粉煤灰符合 G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 用于水 泥和混凝 土中的粉煤灰 ( 表 2 ) 标准 中级技术要求 。 表 1粉 煤 灰 的 选 择 方 式 粉煤灰等级 适用 的混凝土类型 I 的化学成分含量 ： C a O， 3 8 4 6 ； S i O ， ， 2 6 4 2 ； ( A1 2 0 3 ， 7 3 0 ； ( Mg O， 4 1 3 。 1 8 固化 剂和 激发 剂 固化剂 是能 够使 型砂 中的黏结 剂产生 化学 反应 而将砂 粒 固结在 一 起 的 材料 ； 激发 剂 是 一 种 高分 子 活性材 料 ， 它对 高效 减 水 剂 的 分 子链 式 反 应 有激 活 的作用 。试 验 中 的固化剂 和激 发剂 均为 自制 。 钢筋混凝 土、 跨度 矿 渣 粉煤 灰 。 ( 2 ) 复掺矿物掺合料 的轻质高强混凝土在 2 8 d 后 的抗 压强 度顺 序 ： 硅 灰 +矿 渣 硅 灰 +粉 煤 灰 矿渣 +粉煤 灰 。 ( 3 ) 轻 质高强 混凝 土 的破 坏 形 态类 似 于普 通 混 凝土， 为纵 向的劈裂破坏 ， 其破坏面与荷载垂线的夹 角 为 5 3 。 7 6 。 ， 显示 了材料 的脆 性 。 5 结 论 对 轻质 高强泡 沫混凝 土砌 块进 行 了室 内配 比试 验研究 ， 确定了其承载属性及在不同矿物掺合料情 况 下 的抗 压强 度 。研 究 结果 表 明 ： 以化 学 发 泡 的方 式 ， 通过 添加 硅灰 、 矿 渣 和粉 煤 灰 三种 物 质 与 “ 水 泥 +细砂 ” 结 构 体 系 搭 配 ， 在 完成 配 合 比优 化 的前 提 下， 制备 1 2 0 0 k g m 密度级 、 单轴 抗压强度 3 0 M P a的泡 沫混凝 土 材 料 ， 完 全 能 够实 现 。并 且 该 材 料 既具有 一般混 凝 土 的物 理 力 学性 能 ， 同 时兼 具 轻 质 、 抗 裂 和抗震 等功 能 ， 特 别适合 煤矿 井下使 用 。 3 6 参 考文献 ： 1 蒋晓曙 ， 李莽 泡沫混凝 土 的制 备工 艺及研 究进 展 J 混凝 土 ， 2 01 2( 1)： 1 4 2 1 4 4 2 付 志亮 ， 牛学 良， 王 素华 ， 等 相似材料模 拟试 验定量 化研究 J 固体力学学报 ， 2 0 0 6 ( S I ) ： 1 6 9 - 1 7 3 3 张源源 ， 季明 ， 韩昌 良， 等 沿空 留巷 巷旁墙 体稳定性多 因素影 响分析 J 煤矿安全 ， 2 0 1 2 ， 4 3 ( 1 0 ) ： 2 0 1 - 2 0 3 4 方永浩 ， 王锐 ， 庞二波 ， 等 水 泥一粉煤灰 泡沫混凝土抗压 强度 与气孔结构的关系 j 硅酸盐学报 ， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 4 ) ： 6 2 1 42 6 5 夏多 田， 何 明胜 ， 唐艳娟， 等 轻质混凝 土砌块砌体受压性 能试 验研究 J 建筑科 学， 2 0 1 3， 2 9 ( 7 ) ： 4 4 _ 4 8 6 魏武 ， 覃维祖 ， 樊小东 ， 等 泡沫混凝 土弹性模量 的测试 方法探 讨 J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 9) ： 4 - 6 7 尚帅旗 ， 李丹 ， 陈星明 ， 等 泡沫混凝 土的单轴抗压力学 特性研 究 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 1 2 ， 3 4 ( 1 2 ) ： 2 4 - 2 9 8 时建刚， 吴光蓉 ， 孟勇军 ， 等 高强超轻质混凝土 配合比设计与 应用 J 施工技术 ， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 8 ) ： 7 9 - 8 1 9 李森兰 ， 王建平 ， 路长发 ， 等 发泡剂与其泡沫混凝 土抗压强度 的关系探析 J 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 1 1 ) ： 7 8 - 7 9 ， 8 2 ( 责任 编 辑 ： 秦 爱新 )