一种新型轻质高强泡沫混凝土支护材料研究

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

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476600)
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：TD353 文献标志码：A 文章编号：1003—0506(2015)0l一0018—04
Study on a New Type of Lightweight and High Strength Foam Concrete Supporting M aterials
Chang Jian
(Xinzhuang Coal Mine，Henan Shenhuo Group，Yongcheng 476600，China)
Abstract：The former supporting bodies in gob—side entry retaining have disadvantages such as poor supporting，large material consump—
tion，poor sealing quanlity and large labor intensity of workers．Aiming at these problems，the selection of materials and reasonable ratio
for the new type supporting materials were studied，relevant mechanical experiments were also carried out．Through the experiment of n—
niaxial compressive strength for different supporting bodies with different proportion of raw materials，different characteristics of support—
ing bodies were obtained by using different proportion of raw materials，and these conclusions can help to design the supposing of gob—
side entry retaining in different rock pressures．
Keywords：proportion of raw materials；lightweight and high strength foam；gob—side entry retaining filling
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：2014—10—07
作者简介：常健(1985一)，男，河南商丘人，助理工程师。2008年
毕业于安徽理工大学，现从事煤矿生产技术管理工作。
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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
々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．042．5R普通硅酸盐水泥，其主要物理性能
指标如下：① 品种，P．0 42．5R；② 细度，0．8％；③ 安
定性，合格；④ 初凝时间为160 min，终凝时间为240
min；⑤抗折强度，3 d时为4．5 MPa，28 d时为6．9
MPa；⑥ 抗压强度，3 d时为30．6 MPa，28 d时为
55．2 MPa。
1．2 粉煤灰
2015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229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Ⅱ级粉煤灰，
该粉煤灰符合GB／T 1596-2005《用于水泥和混凝
土中的粉煤灰》(表2)标准中Ⅱ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
Ⅱ
Ⅲ
的化学成分含量：①CaO，38％～46％；②SiO，，26％
～ 42％；( A1203，7％～30％；( MgO，4％～13％。
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<6 m的预应力钢筋混凝土
钢筋混凝土、无筋混凝土 2 泡沫混凝土配合比设计
无筋混凝土(小于C30)
1．3 细集料
试验采用的细集料为细砂，密度为2．65 t／m ，
细度模数为2．2，无杂物，含泥量不大于3％，同时需
过孔径3～5 mm的筛进行筛选。
1．4 发泡剂
发泡剂是生产泡沫混凝土的关键。对于浆体的
稳定性、硬化体的力学性能及抗冻性起着至关重要
的作用。试验选用的发泡剂为市售工业级双氧
水(浓度27．5％)。
1．5 纤维
试验选用的纤维为市售丙烯束状19 mm、19
mmY单丝纤维或改性聚丙烯束状6，9 mm单丝纤
维，其物理力学性能如下：① 直径18 mm；② 抗拉强
度．=700 MPa；③E =8 000 MPa；④ 延伸率15％；
⑤纤维长度9 mm；⑥密度0．91 t／m 。
1．6 减水剂
减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条
件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度，或在和
易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。
该试验选用的减水剂为市售聚羧酸盐高性能减水剂
(液体)，其技术指标：① 减水率≥25％；② 密度
(1．09±0．02)t／m ；③ 固含量为22％ ±2％；④水泥
净浆流动度≥250 mm；⑤pH值范围为6～8；⑥ 氯离
子含量≤0．02％；⑦ 碱含量≤0．2。
1．7 硅灰和矿渣
两者均选用市售普通型号。在矿渣中添加硅酸
盐水泥熟料、粉煤灰等多种活性激化剂，可发生水化
反应，从而加工成矿渣胶凝材料。市售普通型矿渣
泡沫混凝土和普通混凝土配合比设计的目的是
相同的，即在获得所需泡沫混凝土前提下，制备出具
有良好耐久性的产品。泡沫混凝土由于其特殊性，
不能像普通混凝土那样，用一个较公认的强度公式
作为配合比设计的基础。所以需要根据普通混凝土
和粉煤灰混凝土的配合比设计原理及方法，同时结
合已有的泡沫混凝土配合比设计方法，在它们的基
础上加以改进和拓展。
考虑到发泡液本身的特点，进行泡沫混凝土配
合比设计时应满足以下几项要求：
(1)确定泡沫混凝土设计强度和密度等级的关
系，泡沫混凝土要求在满足强度等级的同时，还应满
足相应的密度等级要求。而强度与密度对于发泡混
凝土来说是相互矛盾的，这就增加了配合比设计的
复杂性，因此，在设计中必须充分考虑 J。
(2)保证泡沫混凝土料浆的和易性，在与同强
度等级的普通混凝土相比时，若要满足同等的和易
性要求，则每立方米泡沫混凝土的水泥用量往往要
比普通混凝土多。特别对低密度混凝土来说，这种
现象将更为严重。因此，在泡沫混凝土的配合比设
计中应尽可能地节约水泥，提高经济效益。
(3)确保混凝土的耐久性指征，与普通混凝土
不同的是，发泡液的多孔性也导致其配置的泡沫混
凝土不密实，对混凝土的变形性能和耐久性能带来
不利影响。所以在泡沫混凝土的配合比设计中，应
特别注意。
3 试验试块的制备方案设计
当前，泡沫混凝土的制备方法可分为2种：① 预
制泡沫混合法，即先将泡沫制备好，再与砂浆混合成
型。② 混合搅拌法，即将水泥砂浆和发泡剂一起预
制浇筑，再将坯体静停发泡。