煤矸石骨料噴射混凝土力學(xué)性能研究.pdf

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(hù)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(qiáng)度低、細(xì)顆粒較多等作為骨料的不利因素。這些特點(diǎn)將影響噴射混凝土的支護(hù)效果，降低巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的性能。本文結(jié)合煤礦巷道支護(hù)現(xiàn)狀，通過理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合

2、、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)巷道噴層支護(hù)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(hù)措施不能夠滿足要求，提高噴層強(qiáng)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(duì)煤矸石噴射混凝土組份及其性能優(yōu)化進(jìn)行了研究:
　?、裢▽?duì)水泥速凝劑進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間及抗壓強(qiáng)度的相容性實(shí)驗(yàn)，分析了不同水泥、速凝劑凝結(jié)時(shí)間差異性，研究了在凝結(jié)時(shí)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(duì)混凝土性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:高標(biāo)號(hào)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(duì)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(qiáng)度

4、的實(shí)驗(yàn)，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(duì)噴射混凝土強(qiáng)度性能影響，結(jié)果表明:骨料類型對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不顯著;堿性拌合水有助于矸石混凝土3d、28d強(qiáng)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(shí)度的提高。
　　Ⅲ通過對(duì)自燃煤矸石細(xì)顆粒對(duì)混凝土性能強(qiáng)度影響的抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，研究了矸石細(xì)顆粒在粗骨料中不同摻量對(duì)混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的影響，以及替代細(xì)骨料對(duì)混凝土試塊及膠

5、砂試塊的抗壓強(qiáng)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(duì)混凝土后期強(qiáng)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(qiáng)度的提高。
　　(3)對(duì)砂漿-骨料-砂漿復(fù)合試件進(jìn)行了推剪實(shí)驗(yàn)，研究分析了自燃煤矸石骨料特性對(duì)界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響及復(fù)合試件界面破壞機(jī)理，從宏觀界面力學(xué)上對(duì)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(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，粗糙的骨料表面有利于砂漿-骨料界面強(qiáng)度的提高。在表面粗糙度一致時(shí)，自燃煤矸石骨料與

6、砂漿粘結(jié)緊密，界面粘結(jié)強(qiáng)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(duì)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(hù)，并對(duì)兩種支護(hù)方式在回彈率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)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(qiáng)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(hù)在性能上是完全可行而且是非常有效的，而且