低龄期柔模承载混凝土强度试验与增长规律研究.pdf

学 位 论 文 独 创 性 说 明 本人郑重声明 所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得 研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体 已经公开发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学 位或证书所使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名 日期 学 位 论 文 知 识 产 权 声 明 书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定， 即研究生在校攻读学位期间论文工 作的知识产权单位属于西安科技大学。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文 的复印件和电子版。 本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。 同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位 为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名 指导教师签名 年 月 日 UnRegistered 2 论文题目低龄期柔模承载混凝土强度试验与增长规律研究 专 业结构工程 硕 士 生 万 岩 （签名） 指导教师王晓利 （签名） 摘 要 柔模泵注混凝土支护技术是地下工程支护的新形式，无煤柱开采护巷分为沿空留 巷、沿空掘巷、跨采和预采无煤柱护巷以及在采空区内形成巷道四种形式，其中沿空留 巷这种无煤柱护巷方式在技术和经济上有许多优越性， 因而对于条件适合的矿井都优先 采用。沿空留巷的基本方式是将当上区段工作面采过后，将上工作面的运输机巷用专门 的支护材料进行维护， 使此保留下来的巷道做为下区段工作面的回风巷，这样一条巷道 可以得到两次利用。柔模泵注混凝土支护技术已在沿空留巷方面广泛应用。 在地下支护中， 来自顶板的初应力很早， 为满足该技术的结构设计及施工工艺要求， 需要对低龄期柔模泵注混凝土性能做深入研究。 本论文通过正交试验方法得出一组适合 柔模泵注混凝土支护技术的配合比，并测混凝土试件在不同龄期8h、12h、1d、3d、5d、 7d、14d的抗压强度。然后将一次压裂的试件重新放入养护室养护， 使其愈合，待其养 护到28天再次测其抗压强度。 该课题的研究对柔模泵注混凝土的早期强度以及加快施工 进度都有很重要的意义。 本论文对柔模泵注混凝土抗压强度指标进行了研究， 并与普通混凝土力学性能进行 对比，实验结果表明，柔模泵注混凝土的早期强度很高，其强度明显高于普通混凝土。 一次压裂的柔模泵注混凝土的残余应力很大， 待继续养护后， 其二次压裂强度不但没有 减小，反而增大。说明柔模泵注混凝土有很强愈合能力，使微裂缝完全愈合。 本论文以桑树坪煤矿沿空留巷为依托工程， 基于当地材料配制出了适合柔模泵注混 凝土支护技术要求的柔模泵注混凝土，通过对其力学性能及实际应用效果的研究， 结果 表明该技术可以广泛应用于沿空留巷工程中， 为自密实柔模泵注混凝土的推广应用奠定 了基础。 关 键 词低龄期柔模混凝土；残余性能；愈合性能 研究类型应用研究 UnRegistered UnRegistered Subject Young Period Flexible work Concrete Carrying The Strength of Development Law Test and Research Speciality Structural Engineering Name Wan yan Signature Instructor Wang xiao li Signature ABSTRACT Flexible work supporting technology of pumping concrete in underground engineering is supporting new s, mining without coal pillar roadway divided along goaf, driving roadway along goaf, cross mining and the mining without coal pillar roadway as well as in goaf roadway ed in four s, of which the roadway along goaf pillar drift in economy and technology has many advantages, so the conditions suitable for the mines are preferred.The basic way of Retaining Roadways along goaf is when the upper section after the mining face, will face with a special transport roadway supporting material for maintenance, the retained roadway for working face under section return airway, such a tunnel can be two times using.Flexible mode of pumping concrete supporting technology in Roadway along goaf is widely used. Flexible work supporting technology of pumping concrete in the fiber flexible template having a permeable impermeable slurry characteristics, can be internal concrete in superfluous water discharge.In underground support, from the roof of the initial stress very early.In order to meet the technical design and construction technology requirements, the need for flexible mode of pumping concrete in early age perance study.In this paper, through the orthogonal experiment gets a group of suitable for flexible work supporting technology of pumping concrete mix ratio test, and a flexible work concrete at different age of 8h, 12h, 1d, 3d, 5d, 7d, 14d, 28d compressive strength.Then the specimens to into the curing room maintenance, make its healing, for its conservation again 28 days after measuring the compressive strength.The research of the flexible mode of pumping concrete early strength and speed up the construction progress has very important significance. The flexible mode of pumping concrete compressive strength index of.Compared with UnRegistered the common concrete control, the experimental results show that the soft mold, pumping concrete early strength is high, its strength is obviously higher than that of ordinary concrete.A fracturing of the flexible mode of pumping concrete of high residual stresses, to continue maintaining, the second fracturing intensity has not reduced, but increased.Description of flexible mode of pumping concrete with strong ability of healing, the micro crack healing completely. In this paper, coal roadway along goaf based on project, based on the local material prepared for flexible mode of pumping concrete supporting technical requirements of the soft mold of pumping concrete, flexible mode of pumping concrete construction technology and engineering application.Practical application shows that it can be extensively applied in civil engineering.For fast hard self compacting soft mold the popularization and application of pumping concrete in foundation. Keywords Young period flexible work concrete; Residual perance; Healing properties Thesis Application Research UnRegistered UnRegistered 目 录 I 目 录 1 绪论........................................................................................................................................1 1.1 选题的背景.......................................................................................................................1 1.2 本课题研究领域国内外的研究动态及存在问题 ...........................................................3 1.2.1 国内沿空留巷技术研究的现状.................................................................................3 1.2.2 国外沿空留巷技术研究的现状.................................................................................3 1.2.3 目前国内外在沿空留巷研究与应用中存在的主要问题.........................................4 1.3 研究的内容、价值和意义...............................................................................................6 1.3.1 论文研究的主要内容.................................................................................................6 1.3.2 论文研究的价值和意义.............................................................................................7 2 实验方法及原材料.................................................................................................................9 2.1 实验方法............................................................................................................................9 2.1.1 混凝土的拌合方法....................................................................................................9 2.1.2 柔模混凝土拌合物工作性测定方法........................................................................9 2.1.3 试件的浇筑成型........................................................................................................9 2.1.4 试件的养护..............................................................................................................10 2.1.5 柔模混凝土强度测定方法......................................................................................10 2.2 试验原材料 ....................................................................................................................10 2.2.1 胶凝材料水泥......................................................................................................10 2.2.2 胶凝材料矿物掺合料..........................................................................................10 2.2.3 骨料.......................................................................................................................... 11 2.2.4 外加剂......................................................................................................................17 2.2.5 水..............................................................................................................................17 2.3 本章小结 ........................................................................................................................17 3 基础实验柔模混凝土配合比设计...................................................................................19 3.1 混凝土配合比设计方法.................................................................................................19 3.1.1 普通混凝土配合比设计法......................................................................................19 3.1.2 高性能混凝土配合比设计法..................................................................................19 3.1.3 自密实混凝土配合比设计法..................................................................................20 3.1.4 柔模泵注混凝土配合比设计方法..........................................................................20 3.2 柔模泵注混凝土配合比设计方法.................................................................................22 3.2.1 基本材料..................................................................................................................23 3.2.2 柔模混凝土配合比的试配制..................................................................................23 UnRegistered 目 录 II 3.3 柔模混凝土配合比的试验设计.....................................................................................26 3.3.1 试验设计的基本原理..............................................................................................27 3.3.2 常用的试验设计方法..............................................................................................27 3.4 正交设计过程 ................................................................................................................29 3.4.1 定指标，明确重点应解决的问题..........................................................................29 3.4.2 依靠经验合理选择因素与水平数..........................................................................29 3.4.3 选择合适的正交表..................................................................................................30 3.4.4 进行试验，并进行结果测试..................................................................................31 3.4.5 正交试验的操作方法..............................................................................................31 3.5 配合比试验 ....................................................................................................................32 3.5.1 进行实验..................................................................................................................32 3.5.2 实验结果..................................................................................................................33 3.6 试验数据分析和处理 ....................................................................................................35 3.6.1 正交试验结果分析方法..........................................................................................35 3.6.2 新拌混凝土性能的直观分析..................................................................................35 3.7 本章小结 ........................................................................................................................37 4 低龄期柔模混凝土强度增长规律试验...........................................................................................38 4.1 试件制作及养护 ............................................................................................................38 4.2 抗压强度结果测试 .......................................................................................................39 4.3 混凝土性能的直观分析.................................................................................................41 4.3.1 试验结果..................................................................................................................41 4.3.2 混凝土性能的直观分析..........................................................................................48 4.4 柔模混凝土的残余强度.................................................................................................49 4.5 柔模混凝土的愈合能力.................................................................................................50 5 柔模泵注混凝土在桑树坪煤矿沿空留巷支护技术中的研究应用...................................54 5.1 项目背景 ........................................................................................................................54 5.2 总体设计方案 ................................................................................................................58 5.2.1 沿空留巷支护性能要求..........................................................................................58 5.2.2 总体设计方案..........................................................................................................58 5.3 柔模泵注混凝土支护设计和施工技术实施过程.........................................................59 5.3.1 柔性模板设计..........................................................................................................59 5.3.2 柔模泵注混凝土设计..............................................................................................59 5.3.3 断面支护设计..........................................................................................................60 5.3.4 施工流程..................................................................................................................63 UnRegistered 目 录 III 5.3.5 柔模泵注混凝土施工规范......................................................................................63 5.4 混凝土强度检测 ............................................................................................................64 5.4.1 混凝土强度检测的意义..........................................................................................64 5.4.2 混凝土强度检测方法..............................................................................................64 5.4.3 试块法检测混凝土强度..........................................................................................64 5.4.4 现场顶板压力监测.................................................................................................64 5.5 本章小结 ........................................................................................................................65 6.结论..........................................................................................................................................................66 6.1 结论 ................................................................................................................................66 6.2 展望 ................................................................................................................................66 致谢..........................................................................................................................................68 参考文献..................................................................................................................................68 UnRegistered UnRegistered 1 绪论 1 1 绪论 1.1 选题的背景 随着社会的发展和需求，现代建筑不断向高耸、大跨、地下、海洋方面发展，“高 强、轻质、耐久、高工作度”的高性能混凝土是当前国际范围内混凝土技术的发展方向。 经预测，21世纪高性能混凝土将是首选的建筑材料[1]。 如今深埋地下工程越来越多，随着埋深的加大，地应力越大，应力场的变化规律也 越来越复杂，可能遇到的支护难题也越来越多。丰富支护手段，创新支护体系成为了地 下工程发展的必由之路。 根据我国的实践经验和当前的技术水平，目前推行的无煤柱护巷开采分为沿空留 巷、沿空掘巷跨采和预采无煤柱护巷以及在采空区内形成巷道四种形式[2]，其中沿空留 巷这种无煤柱护巷方式在技术和经济上有许多优越性，对于条件适合的矿井都优先采 用，沿空留巷已广泛的应用于地下工程。 沿空留巷是指在工作面后方沿采空区边界维护巷道[3]。沿空留巷的基本方式是将当 上区段工作面采过后，将上工作面的运输机巷或回风巷用专门的支护材料进行维护，使 此保留下来的巷道做为下区段工作面的运输机巷或回风巷，这样一条巷道可以得到两次 利用。 地下工程支护过程中，混凝土墙体结构的运用并不普遍，但混凝土墙体结构作为一 个重要的结构构件在地下工程领域也有着极为广泛的应用前景。混凝土墙体作为承重构 件对于锚杆锚索支护或砌碹支护是一个很好的补充；而由于某些特殊要求（如防水、疏 水、封闭瓦斯等），混凝土墙体又可成为一种重要的防护手段。 柔模混凝土支护技术是地下工程支护的新形式，是一种新型的支护方法，现在施工 基本实现机械化，施工速度快，用工省，施工便利，工程质量与工程用料能有效预控。 柔模混凝土首次将纤维柔性材料作为混凝土模板应用于地下工程支护领域。目前在国内 外都处于领先地位[4]。柔模混凝土是混凝土泵将大流动性免振捣自密实混凝土拌和物灌 入模袋中，加上模袋本身的透水性能，使混凝土中多余水分挤压流出模袋，具有透水不 透浆的特性，因而能够浇注成高密度、高强度的混凝土。模袋混凝土的模体面积大，整 体性好，支护稳定。柔模混凝土充灌时柔性大，可保证成型后模体紧贴围岩表面，适合 各种复杂断面， 且可按照工程要求制成大小不等和厚度不同的各种几何形状， 适应性强。 将传统的刚性模板改变成可以随断面形状任意改变的柔性模板[5]。 柔模混凝土支护过程是将预先制作好的纤维柔性模板通