煤矸石骨料噴射混凝土力學(xué)性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、煤矸石是我國目前最大的工業(yè)固體廢棄物之一,大量堆存的煤矸石不僅是煤礦生產(chǎn)的沉重包袱,而且侵占大量土地、污染環(huán)境。自燃煤矸石經(jīng)破碎后在成分與性質(zhì)上與天然骨料有很多相近之處,綜合利用自燃煤矸石做噴射混凝土骨料可有效減少煤矸石的堆積,降低支護成本。但自燃煤矸石骨料存在結(jié)構(gòu)疏松、吸水量大、抗壓強度低、細(xì)顆粒較多等作為骨料的不利因素。這些特點將影響噴射混凝土的支護效果,降低巷道支護結(jié)構(gòu)的性能。本文結(jié)合煤礦巷道支護現(xiàn)狀,通過理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合

2、、實驗室實驗與現(xiàn)場應(yīng)用相結(jié)合、力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)分析相結(jié)合、微觀界面結(jié)構(gòu)與宏觀界面力學(xué)分析相結(jié)合的方法對煤矸石骨料噴射混凝土性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究與優(yōu)化應(yīng)用。主要研究工作及成果如下:
  (1)利用FLAC3D軟件對巷道噴層支護效果進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,結(jié)果表明:隨著埋深的增加,地應(yīng)力提高,淺部能夠維持穩(wěn)定的圍巖發(fā)生破壞,原噴層支護措施不能夠滿足要求,提高噴層強度能夠減少塑性區(qū)范圍及應(yīng)力集中,使應(yīng)力分布均勻化。
  (2)噴射混凝土主

3、要由粗骨料、細(xì)骨料、水泥、外加劑及拌合水組成,對煤矸石噴射混凝土組份及其性能優(yōu)化進(jìn)行了研究:
 ?、裢▽λ嗨倌齽┻M(jìn)行凝結(jié)時間及抗壓強度的相容性實驗,分析了不同水泥、速凝劑凝結(jié)時間差異性,研究了在凝結(jié)時間符合要求的條件下不同水泥、不同速凝劑、不同速凝劑摻量對混凝土性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:高標(biāo)號C水泥、F速凝劑、適宜外加劑摻量更有利于混凝土性能的穩(wěn)定與提高。
 ?、蛲ㄟ^對自燃煤矸石粗骨料理化性質(zhì)的分析及煤矸石粗骨料混凝土強度

4、的實驗,利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件及SEM設(shè)備研究分析了矸石骨料替代天然骨料及堿性拌合水對噴射混凝土強度性能影響,結(jié)果表明:骨料類型對混凝土強度影響不顯著;堿性拌合水有助于矸石混凝土3d、28d強度的提高;矸石粗骨料粗糙的表面和火山灰活性,有利于混凝土界面過渡區(qū)的密實度的提高。
  Ⅲ通過對自燃煤矸石細(xì)顆粒對混凝土性能強度影響的抗壓強度實驗,研究了矸石細(xì)顆粒在粗骨料中不同摻量對混凝土試塊抗壓強度的影響,以及替代細(xì)骨料對混凝土試塊及膠

5、砂試塊的抗壓強度的影響。SPSS數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明:細(xì)顆粒在粗骨料中對混凝土后期強度有不利的影響;細(xì)顆粒替代河沙做細(xì)骨料有利于混凝土強度的提高。
  (3)對砂漿-骨料-砂漿復(fù)合試件進(jìn)行了推剪實驗,研究分析了自燃煤矸石骨料特性對界面粘結(jié)強度的影響及復(fù)合試件界面破壞機理,從宏觀界面力學(xué)上對自燃煤矸石混凝土性能優(yōu)化及微觀界面研究結(jié)果進(jìn)行檢驗驗證。結(jié)果表明,粗糙的骨料表面有利于砂漿-骨料界面強度的提高。在表面粗糙度一致時,自燃煤矸石骨料與

6、砂漿粘結(jié)緊密,界面粘結(jié)強度高于天然石灰?guī)r骨料。
  (4)結(jié)合魯中某煤礦依托工程,對巷道分別采用自燃煤矸石集料與天然集料噴射混凝土支護,并對兩種支護方式在回彈率、抗壓強度、抗折強度進(jìn)行對比分析?,F(xiàn)場應(yīng)用及測試結(jié)果表明,自燃煤矸石組在回彈率、抗壓強度方面與天然集料組略有差別(差值分別為0.3%、2.9%),而其在抗折性能方面優(yōu)勢明顯是天然集料的1.39倍。因此,利用煤矸石噴射混凝土進(jìn)行巷道支護在性能上是完全可行而且是非常有效的,而且

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