支护混凝土的制备与性能研究
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作者: 仵建军
摘要：为了达到符合支护材料的早期强度高、流动性、速凝性且低成本的要求，文章通过试验进行浆料配合比的设计和外加剂的选择，外加剂掺量的大小的研究，最终确定混凝土的配合比和外加剂在技术上可行，对推进支护材料的发展具有重要的意义。
关键词：支护混凝土；粉煤灰；配合比；强度
一、本课题研究的目的
本课题研究的目的是制备满足矿压显现规律和巷道变形特性要求，具有良好的承载特性和变形性能且适合泵送的支护充填材料。采用廉价粉煤灰为主要胶凝材料，以复合固体激发剂实现激活，通过改变活性激发剂的种类和掺量，制备出符合要求的支护充填材料。
二、内容及研究方法
（一）材料组成与性能的关系研究
1、以粉煤灰为活性物质，通过对活性激发剂选择和掺量的研究，将效果较好的配方应用于充填材料中，以强度为指标来考察其综合性能。
2、通过混凝土贯入阻力来测试混凝土的凝结时间。
（二）方案设计
试验采用不同的水泥与粉煤灰质量比、激发剂、掺量进行对比试验，试验采用海螺集团水泥厂生产的P・O42.5水泥，试验配合比设计如表1所示。
三、试验原料与仪器
（一）试验原料
水泥：海螺水泥厂生产的P・O42.5；粉煤灰：皖中Ⅱ级粉煤灰；中砂：合肥级配良好中砂。碎石：合肥碎石，其中粒径1.25mm-2.5mm的占89%以上碎石。外加剂：Na2S04：中盐东兴盐化股份有限公司，Ⅱ类一等品；Na2C03：四方集团工业纯碱；CaCl2：FLAKETYPE，MADEINCHINA；速凝剂：巢湖亨通建材公司。
试验仪器：天平：大阳雕ACS-30S，上海地久有限公司；压力机：NYL-600型，无锡建材机械仪器厂；混凝土贯入阻力仪：HG-100ss型，无锡建材机械仪器厂；压力泌水仪：SY-2型，无锡建材机械仪器厂。
（二）试验内容
试验时测定各种拌和物的坍落度。试件成型采用150mm×150mm×150mm试模，进行标准养护，测定其1d、3d及7d的抗压强度。得到最佳配合比和外加剂的掺量，测试压力泌水率；加入速凝剂后，使用混凝土贯入阻力仪，测试混凝土初凝、终凝时间。
四、试验结果的分析与讨论
（一）水泥的含量对支护混凝土的抗压强度的影响
当龄期相同、水泥的含量不同时，随水泥质量的增大，硬化体抗压强度增大。
（二）复合的外加剂掺量对抗压强度的影响
在加入复合的外加剂（0.75%减水剂、1.5%硫酸钠、0.75%膨胀剂）时，其掺量与抗压强度的关系：
当龄期相同、外加剂含量不同时，在1天时，随外加剂含量的增大，硬化体抗压强度增大，而1天以后，随外加剂含量的增大，硬化体抗压强度减小。
（三）氯化钙掺量对抗压强度的影响
在加入3.0%复合的外加剂（0.75%减水剂、1.5%硫酸钠、0.75%膨胀剂）后，再加入氯化钙，氯化钙掺量与抗压强度的试验结果分析如下：当龄期相同、氯化钙含量不同时，随氯化钙含量的增大，硬化体抗压强度先增大后减小，在氯化钙的含量位1.5%时最大。
（四）改变复合的外加剂中硫酸钠、膨胀剂的掺量
1、改变复合的外加剂中硫酸钠的掺量，膨胀剂的掺量保持不变（0.75%），硫酸钠掺量与抗压强度的试验结果分析如下：
当龄期相同、硫酸钠含量不同时，随硫酸钠含量的增大，硬化体抗压强度先增大后减小，在硫酸钠的含量为1.5%时最大；但硫酸钠的含量为1.125%时，3-7天的强度增长很缓慢。
2、改变复合的外加剂中膨胀剂的掺量，硫酸钠的掺量保持不变（1.5%），膨胀剂掺量与抗压强度的试验结果分析如下：
当龄期相同、膨胀剂含量不同时，随膨胀剂含量的增大，硬化体抗压强度减小，在1天时，膨胀剂的掺量为0.375%和0.75%的抗压强度相差不大.
（五）支护混凝土最佳配比
通过对以上试验的分析，找到了一个比较理想的支护混凝土配合比，如表2所示：
1、试验结果与性能要求强度的比较。在1天时，支护的抗压强度还是比要求值大1MPa，3，7天支护的抗压强度也比要求值大。压力泌水率：S10＝=70/108=64.8%，泌水不好。其原因是由于支护混凝土的保水性不佳。
2、速凝剂的掺量对混凝土凝结时间的影响。当凝结时间保持不变时，随速凝剂含量的增大，贯入阻力增大，在凝结后期比较明显，加入8%的速凝剂，可以使支护混凝土能在3h-6.5h之间快速凝固。
四、结论
为了达到符合支护混凝土的强度、流动性、速凝性、早期强度的要求，通过试验进行浆料的配合比的设计和外加剂的选择，掺量的大小的研究。试验结果表明：
第一，比较合适的物料配合比：水泥（280kg/m3）、粉煤灰（420kg/m3）、中砂（500kg/m3）、细石（600kg/m3）。
第二，化学外加剂最佳掺量：硫酸钠（1.5%）、氯化钙（1.5%）、膨胀剂（0.375%），对支护混凝土的早期强度具有一定的促进作用。
第三，加入减水剂（0.75%）和保水剂聚丙烯酰胺（0.006%）、羧甲基纤维素（0.005%），可以满足支护混凝土的泵送要求。
第四，加入8%的速凝剂，可以使支护混凝土能在3.0h-6.5h之间快速凝固。
（作者单位：中铁四局第五工程有限公司中心试验室）
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