專利名稱：礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土，具體為一種礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土。
背景技術(shù)：
在采礦過(guò)程中經(jīng)常要使用到噴射混凝土施工工藝，該工藝是否合理決定著 施工質(zhì)量的優(yōu)劣，施工中涉及的許多細(xì)節(jié)問(wèn)題，都與保證噴射混凝土的強(qiáng)度有 關(guān)，優(yōu)選施工工藝和合理選擇混凝土是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。噴射混凝土施工工藝 流程主要有干噴法、潮噴法、濕噴法、混合噴射法等。
它們之間的主要區(qū)別在于，各工藝流程的投料程序不同，尤其是加水和速 凝劑的時(shí)機(jī)不同。干噴法是最早出現(xiàn)的噴射施工方法，應(yīng)用較為廣泛。干噴法 是用強(qiáng)制式攪拌機(jī)將一定比例的骨料和水泥混合干拌后，投入噴射機(jī)料斗，同 時(shí)加入速凝劑，用壓縮空氣使干混合料在軟管內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，壓送到噴頭，在 噴頭處加水混合后，以較高速度噴射到受噴面上。
干噴法具有施工工藝流程簡(jiǎn)單、所需施工設(shè)備較少，施工機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 體積小、重量輕、便于移動(dòng)，輸送距離長(zhǎng)，適用于高邊坡及狹窄部位，機(jī)械清 洗容易，出現(xiàn)故障時(shí)可快速拆卸處理等優(yōu)點(diǎn)。'由于采用無(wú)水拌和以及輸料不均 勻、不穩(wěn)定，工作風(fēng)壓突然變化等原因，造成噴射過(guò)程中產(chǎn)生大量的粉塵，噴 料時(shí)有脈沖現(xiàn)象，回彈量大， 一般超過(guò)15%，且一次性 射厚度小。同時(shí)拌和 水在噴頭處才施加，水灰比的控制程度與噴射手操作的熟練程度有直接關(guān)系， 常出現(xiàn)干斑或流淌現(xiàn)象，就決定了噴射混凝土的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，因此設(shè)計(jì)強(qiáng)度 需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析來(lái)進(jìn)行調(diào)整。另外，干噴法生產(chǎn)能力低，每小時(shí)產(chǎn)量51113以下。為了改善干噴法施工粉塵濃度大、回彈損失多等缺點(diǎn)，在工程實(shí)踐 中，又發(fā)展了濕噴法。濕噴法是將水泥、骨料和水按設(shè)計(jì)比例拌合均勻，用 濕式噴射機(jī)壓送至噴槍，在噴頭處加入速凝劑后從噴嘴噴出。濕噴法施工工藝 由于采取濕式拌和，大大降低了施工區(qū)的粉塵濃度，消除了對(duì)工人健康的危害。 濕噴混凝土混合料按水灰比精確控制，拌合及水化作用充分，速凝劑按比例計(jì) 量添加，提高混凝土的勻質(zhì)性，噴射質(zhì)量較易控制。并且濕噴法回彈量小，回 彈率可降低到10%以下，噴層厚度有可靠保證，支護(hù)質(zhì)量得以提高。但是濕噴 法采用液態(tài)速凝劑，相對(duì)成本較高，并且施工對(duì)濕噴機(jī)械要求較高，機(jī)械清洗 較困難，出現(xiàn)故障時(shí)難以處理，設(shè)備體積較大，移動(dòng)相對(duì)困難。濕噴機(jī)可分為 風(fēng)動(dòng)、擠壓泵、液壓活塞泵和螺旋輸送泵等，輸送距離和高度遠(yuǎn)比干噴法小， 噴射系統(tǒng)布置需靠近工作面，水泥用量較干噴法多。
由于干噴法存在回彈多、粉塵大和噴混凝土均勻性差等問(wèn)題，而濕噴法也 有水泥用量多、設(shè)備復(fù)雜、故障處理困難、輸送距離近等缺陷，為解決上述問(wèn) 題，人們?cè)诠こ虒?shí)踐中研究了潮噴法。
潮噴法是將骨料預(yù)加少量水?dāng)嚢?，然后加入水泥再次攪拌，使之呈潮濕狀?從而降低上料、拌合和噴射時(shí)的粉塵。其施工工藝與干噴法基本相同，只是加 水分兩步進(jìn)行，骨料投入攪拌機(jī)均勻混合后進(jìn)行第一次加水，拌合均勻后再加 入水泥等膠凝材料，最后噴射時(shí)加入另一部分水。潮噴法施工工藝使用干噴機(jī) 械， 一方面具有干噴優(yōu)點(diǎn)，另一方面在混合料拌制過(guò)程中預(yù)加少量的水，降低 上料、拌合和噴射過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵。同時(shí)也仍然保留了干噴法的缺點(diǎn)，大量 的水仍由閥門控制，水灰比不穩(wěn)定，回彈量仍然較大。
基于潮噴法的思想，為了克服干噴法和濕噴法存在的問(wèn)題，人們于20世紀(jì)80年代又發(fā)展起來(lái)了混合噴射法，又稱水泥裹砂造殼噴射法。分別由泵送
砂漿系統(tǒng)和風(fēng)送混合料系統(tǒng)兩套機(jī)具組成。先是將一部分砂加第一次水拌濕，
再投入全部用量水泥，強(qiáng)制拌合成以砂為核心外裹水泥殼的球體；然后加第二 次水和減水劑拌合成砂漿；再將另一部分骨料、速凝劑按配合比配料，強(qiáng)制攪 拌成均勻的干混合料。然后再分別通過(guò)砂漿泵和干式噴射機(jī)，將拌合成的砂漿 和干混合料由高壓膠管送到混合管混合，最后由噴頭噴出。由于混合噴射法使 用分次投料攪拌工藝與噴射工藝相結(jié)合，因而噴射混凝土質(zhì)量好、粉塵少、回 彈量小。但是使用機(jī)械設(shè)備多，工藝復(fù)雜，機(jī)械清洗較困難，出現(xiàn)故障時(shí)難以 處理。
目前噴射混凝土施工存在的問(wèn)題，突出表現(xiàn)在噴射混凝土的粉塵及回彈 上。噴射時(shí)的粉塵濃度大，污染施工環(huán)境，有損工人身體健康；回彈損失大， 浪費(fèi)支護(hù)材料、降低噴射混凝土的強(qiáng)度。因此深入了解噴射混凝土產(chǎn)生較大粉 塵和回彈的原因，采取相應(yīng)的措施，是十分重要的。
噴射施工時(shí)粉塵產(chǎn)生的主要原因是使用壓縮空氣。噴射混凝土從噴嘴射出 時(shí)，由于壓縮空氣突然擴(kuò)散和產(chǎn)生的渦流，使粉塵微粒分離并擴(kuò)散于空氣之中。 粉塵濃度的大小與下列主要因素有關(guān)
(l)骨料的質(zhì)量。(2)攪拌和上料。(3)噴射機(jī)結(jié)構(gòu)。(4)噴嘴噴射。(5)風(fēng) 壓和噴射距離。
另外巷道中噴射混凝土發(fā)生破壞主要是由于混凝土與巷道圍巖界面區(qū)的 剪切力過(guò)大而產(chǎn)生剪切破壞，垂直于界面的拉應(yīng)力過(guò)大產(chǎn)生拉破壞，剪應(yīng)力與 拉應(yīng)力同時(shí)作用產(chǎn)生的破壞。而使用傳統(tǒng)的噴射混凝土由碎石、砂和水泥組成， 存在自重大、粘結(jié)不牢、使用壽命短等缺點(diǎn)，不能很好地應(yīng)用于煤礦巷道中使用。所以提高混凝土材料質(zhì)量來(lái)克服以上缺點(diǎn)是一個(gè)重要手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有噴射混凝土技術(shù)中存在的原料配比不合適而帶來(lái)的 粉塵污染，回彈率高等問(wèn)題而提供了 一種礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土 。
本發(fā)明是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的， 一種礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土，是
由下列重量比例的原料組成水泥320-350份、爐渣710-750份、砂550-590 份、粉煤灰40-50份、礦渣微粉40-50份、硅灰20-25份、速凝劑10-15份、 水160-200份。
把爐渣提前充分保水后晾干待用，將保水后的爐渣與砂和水在混料機(jī)中進(jìn) 行預(yù)混合后運(yùn)至井下噴射施工地點(diǎn)，在噴射前加入水泥、粉煤灰、礦渣微粉、 硅灰進(jìn)行充分混合后方可進(jìn)行使用。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于(l)研制出了適合礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土的 輕骨料的組成。(2)研制開(kāi)發(fā)出了一種可以改善噴射混凝土的施工性能，提高 噴射混凝土與巷道圍巖的粘結(jié)強(qiáng)度的噴射混凝土專用外加劑。噴射混凝土與巷 道圍巖的粘結(jié)強(qiáng)度主要決定于膠凝材料的組成，噴射混凝土專用外加劑，消除 界面區(qū)的晶體擇優(yōu)取向，減小孔隙率，提高界面的粘結(jié)強(qiáng)度以及噴射混凝土與 巷道圍巖的化學(xué)結(jié)合力。
按照上述比例配制成的混凝土其28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到31. 9MPa，劈裂抗拉強(qiáng) 度達(dá)到2. 72 MPa，并且使用爐渣配制混凝土經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)顯著，自重降低25%以上， 混凝土 28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到3MPa 10MPa，與巖石的28d粘結(jié)強(qiáng)度大于等于0. 8 MPa，能夠有效隔絕空氣與巷道圍巖的，可泵性好、不離析、不分層，初始坍 落度大于120mm的礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土。爐渣本身具有一定的孔隙，可以吸附部分漿體，改善水泥石和骨料之間 的界面過(guò)渡區(qū)，提高混凝土的抗?jié)B性，保證混凝土噴層的耐久性與和長(zhǎng)期性。 噴射混凝土中摻入的礦物細(xì)摻料粉煤灰、礦渣微粉和硅粉，可以促進(jìn)水泥水化 產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，提高噴射混凝土的強(qiáng)度以及噴射混凝土與錨網(wǎng)的粘結(jié)強(qiáng)度，降低 氯離子擴(kuò)散系數(shù)，提高混凝土的抗?jié)B性能，同時(shí)摻入一些遇水后呈粘性的物質(zhì)， 有助于降低回彈率。用爐渣、再生聚苯顆粒作為骨料，制備的混凝土，比普通
混凝土自重降低20% 30%，
在巷道的部分區(qū)段由于圍巖壓力大、變形大等原因，需要增加噴層厚度， 此時(shí)使用輕質(zhì)噴射混凝土則更加有利。相比之下，輕質(zhì)噴射混凝土則更適用于 現(xiàn)在的錨噴支護(hù)體系。使用輕質(zhì)骨料的噴射混凝土較普通噴射混凝土自重減輕 25 35%，在一定的密度等級(jí)仍具滿足巷道支護(hù)需要的力學(xué)性能。使用輕質(zhì)噴 射混凝土，由于混凝土自重輕，在同樣的粘結(jié)強(qiáng)度下，可避免因自重超過(guò)粘結(jié) 強(qiáng)度而造成的混凝土噴層的脫落，有利于對(duì)整個(gè)支護(hù)體系的保護(hù)；在大跨度的 巷道和硐室使用輕質(zhì)噴射混凝土，支護(hù)效果優(yōu)于普通噴射混凝土；。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l，種礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土，是由下列重量比例的原料組 成水泥337.5kg、爐渣737kg、砂574kg、粉煤灰45kg、礦渣微粉45kg、硅 灰22. 5kg、速凝劑13. 5kg、水180kg。
上述原料混合后通過(guò)噴漿機(jī)直接對(duì)準(zhǔn)工作面噴射即可。聚苯顆粒最好為再 生聚苯顆粒，其是用廢舊聚苯板在泡沫粉碎造粒機(jī)中破碎而成的，特點(diǎn)是再生 聚苯顆粒為破碎型表面較為粗糙。
所述輕質(zhì)噴射混凝土使用的骨料爐渣粒徑為2. 35 10mm，使用前需進(jìn)行保水處理。所述輕質(zhì)噴射混凝土使用的再生聚苯顆粒粒徑為3 5mm，堆積密度 為11kg/m3，使用時(shí)需先與保水后的爐渣、部分水進(jìn)行預(yù)混合。砂噴射混凝土 宜選用中粗砂，砂的細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.5。選用砂為信陽(yáng)黃砂，(4)碎石。粒 徑8 10mm，堆積密度1450kg/m3。硅灰采用?？蠂?guó)際貿(mào)易(上海)有限公司生 產(chǎn)的硅灰，②粉煤灰。試驗(yàn)所用粉煤灰為焦作電廠的二級(jí)粉煤灰③礦渣微粉。 試驗(yàn)用的礦渣微粉為河南焦作白水泥廠生產(chǎn)，速凝劑使用陽(yáng)泉市速凝劑廠生產(chǎn) 的I型水泥速凝劑。
按照以上配比制成的噴射混凝土具有以下優(yōu)點(diǎn)
① 降低噴射混凝土施工過(guò)程中的粉塵含量，回彈率由普通混凝土的15%降 至7% 10%。
② 混凝土自重大大降低，比普通混凝土降低20% 30%。
③ 粘結(jié)強(qiáng)度大大提高，可達(dá)到1. 52Mpa以上。
④ 每立方米1900級(jí)爐渣輕質(zhì)噴射混凝土成本為212. 4元，比每立方米普 通噴射混凝土成本降低了 14.53%，每立方米1700級(jí)爐渣聚苯輕質(zhì)噴射混凝土 成本為213. 6元，比每立方米普通噴射混凝土成本降低了 14. 04%，。
實(shí)施例2， 一種礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土，是由下列重量比例的原料 組成水泥320份、爐渣750份、砂590份、粉煤灰50份、礦渣微粉40份、 硅灰25份、速凝劑10份、水200份。實(shí)施方法同實(shí)施例1
實(shí)施例3， 一種礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土，是由下列重量比例的原料 組成水泥350份、爐渣710份、砂590份、粉煤灰40份、礦渣微粉50份、 硅灰20份、速凝劑15份、水160份。實(shí)施方法同實(shí)施例權(quán)利要求
1、一種礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土，其特征是由下列重量比例的原料組成水泥320-350份、爐渣710-750份、砂550-590份、粉煤灰40-50份、礦渣微粉40-50份、硅灰20-25份、速凝劑10-15份、水160-200份。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土，其特征是由下 列重量比例的原料組成水泥337.5kg、爐渣737kg、砂574kg、粉煤灰45kg、 礦渣微粉45kg、硅灰22.5kg、速凝劑13.5kg、水180kg。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混凝土，具體為一種礦用高耐久性輕質(zhì)噴射混凝土。解決現(xiàn)有噴射混凝土技術(shù)中存在的原料配比不合適而帶來(lái)的粉塵污染，回彈率高等問(wèn)題。是由下列重量比例的原料組成水泥320-350份、爐渣710-750份、砂550-590份、粉煤灰40-50份、礦渣微粉40-50份、硅灰20-25份、速凝劑10-15份、水160-200份。使用輕質(zhì)骨料的噴射混凝土較普通噴射混凝土自重減輕25～35％，在一定的密度等級(jí)仍具滿足巷道支護(hù)需要的力學(xué)性能，有利于對(duì)整個(gè)支護(hù)體系的保護(hù)。
文檔編號(hào)C04B28/00GK101633574SQ200910074628
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月31日
發(fā)明者付俊青, 余洪會(huì), 尚瑋瑋, 管學(xué)茂, 羅樹瓊, 軍 趙, 都海龍 申請(qǐng)人:山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司