NC-H高效掺合料的研究及其在矿井建设中的应用.pdf

第27卷第6期 建 井 技 术Vol127 No16 2006年 12月 MINE CONSTRUCTION TECHNOLOGYDec1 2006 试验研究 NCΟH高效掺合料的研究及其在矿井建设中的应用 王 谦,王锦明,鲁统卫,简会颖 山东省建筑科学研究院,山东 济南,250031 摘 要山东省建筑科学研究院研制的NCΟH高效掺合料适用于配制强度等级C60以上 的高性能混凝土,尤其适用于配制冻结井筒井壁高性能混凝土。介绍了NCΟH高效掺合料的 特性及用这种掺合料配制的高性能混凝土的性能,对NCΟH高效掺合料在煤矿建井施工中的 应用情况也作了介绍。 关键词冻结法凿井;高效掺合料;高性能混凝土;井壁 中图分类号TD35014 文献标识码A 文章编号1002Ο6029200606Ο0016Ο03 收稿日期2006Ο08Ο10 随着冻结法凿井技术的发展,近年来采用冻 结法施工的井筒越来越多,井筒深度不断加大,对 井壁混凝土的要求越来越高。目前,普通混凝土 已很难满足深冻结井筒设计及施工要求,必须采 用高性能混凝土来浇筑井壁。为此,我们研制了 NCΟH高效掺合料,它可用来配制高性能混凝土, 提高井壁强度和质量,满足冻结井筒,特别是深冻 结井筒凿井的需要。 1 NCΟH高效掺合料的特性 NCΟH高效掺合料由山东省建筑科学研究院 研制,其特性见表1。 表1 NCΟH高效掺合料的特性 检验项目SO3Cl - 含水率需水量比 活性指数 3d7d28d 控制指标≤4 ≤0.02 ≤1 ≤100≥70 ≥85 ≥105 2 掺NCΟH高效掺合料的高性能混凝土性能 配制高性能混凝土的原材料有水泥、 砂、 石子 和高效掺合料。 1水泥山水PO4215R水泥,江苏巨龙 PⅡ5215水泥。 2砂东平中砂。 3石子嘉祥碎石,连续粒级5～20mm。 4掺合料NCΟH高效掺合料。 211 主要物理力学性能 NCΟH高效掺合料掺量为胶凝材料总量的 30 ,等量替代水泥。 不同配合比的混凝土抗压强度见表2 ,其他 物理力学性能见表3。 表2 高性能混凝土的抗压强度 水泥品种 配合比 胶凝材料 ∶ 砂 ∶ 石 水胶比 坍落度 / mm 抗压强度/ MPa 1d3d7d28d 山水PO4215R1∶11086∶1193201282103115611673108111 江苏巨龙PⅡ52151∶11095∶1194501281854314651674198118 江苏巨龙PⅡ52151∶11298∶21115012952103615651471187716 由表2可以看出,用NCΟH高效掺合料配制 的高性能混凝土,1d抗压强度可达28d抗压强度 的38184 ～53106 ,3d可达28d抗压强度的 75196 ～84128 ,7d可达28d抗压强度的90 ～92153 ,具有良好的早强和高强效果。 表3中的碳化深度是在标准条件 CO 2浓度 第6期 王 谦等NCΟH高效掺合料的研究及其在矿井建设中的应用 表3 高性能混凝土的物理力学性能 水泥品种 配合比 胶凝材料 ∶ 砂 ∶ 石 水胶比 坍落度 / mm 抗折 强度 / MPa 轴压 强度 / MPa 弹性模量 / 104MPa 劈拉 强度 / MPa 碳化 深度 / mm 渗水 高度 / mm 山水PO4215R1∶11086∶1193201282101111591741666186110510 江苏巨龙PⅡ52151∶11095∶1194501281851110641651327133216413 江苏巨龙PⅡ52151∶11298∶21115012952101017611851207124218417 为 20 3 ,温度为 20 5 ℃,湿度为 70 5 下碳化28d后测得的。在标准条件下碳 化28d ,相当于在自然条件下碳化50a。 抗渗性能试验加压是从011MPa开始,每隔 8h增加011MPa ,一直增加到4MPa 试验室仪器 的最大压力 , 并在4MPa恒压下继续进行8h试 验,然后把试件劈开,测量渗水高度。 由表3可以看出,由于加入NCΟH高效掺合 料提高了混凝土的密实度,混凝土碳化深度很小, 渗水高度也较低,证明混凝土具有良好的抗渗性 能。 212 抗冻融循环性能 采用快冻法进行混凝土抗冻融循环试验,冻 和融均在水中,每4h一个冻融循环。在冻融循 环终了时,将试件中心温度分别控制在-17 2 ℃和 8 2 ℃。试验时,混凝土中NCΟH 高效掺合料掺量为30 ,等量替代水泥。试验 结果见表4。 表4 混凝土冻融循环试验结果 水泥品种 配合比 胶凝材料 ∶ 砂 ∶ 石 水胶比项 目 冻融循环次数/次 1002004006008001 000 山水PO4215R1∶11086∶119320128 重量损失0105 0115 0115 0161 1122 1193 相对动弹模损失0143 3103 3179 5166 6182 8101 江苏巨龙PⅡ52151∶11095∶119450128 重量损失011 013 0135 016 110 1155 相对动弹模损失02143 3162 5106 5163 6138 江苏巨龙PⅡ52151∶11298∶2111501295 重量损失011 0149 0174 1133 1193 2162 相对动弹模损失03132 5160 5185 6171 7172 由表4可以看出,混凝土经过1 000次冻融 循环后,重量损失仅为1155 ～2162 ,相对动 弹性模量损失为6138 ～8101 ,证明用NCΟH 高效掺合料配制的高性能混凝土具有良好的抗冻 融循环性能。 对经过1 000次冻融循环的试件进行抗折强 度和抗压强度试验,试验结果见表5。 把表5中的试验结果与表2、 表3中的强度 表5 冻融循环1 000次后的混凝土强度 水泥品种 配合比 胶凝材料 ∶ 砂 ∶ 石 水胶比 抗压强度 / MPa 抗折强度 / MPa 山水PO4215R1∶11086∶11932012873181210 江苏巨龙PⅡ52151∶11095∶11945012876161214 江苏巨龙PⅡ52151∶11298∶2111501295711211125 进行对比,可以发现,与标养28d的混凝土相比, 冻融循环1000次后,混凝土抗折强度略有提高, 但抗压强度有所降低降低了6136 ～ 9 。这 说明冻融循环只是破坏了混凝土的表面,并没有 破坏内部结构。 213 氯离子扩散 侵蚀性离子在混凝土中扩散会严重影响混凝 土的耐久性。混凝土中侵蚀性介质扩散系数的大 小可以很好地反映混凝土渗透性的高低。混凝土 的渗透性可以根据氯离子在混凝土中的扩散系数 大小来进行评价。 清华大学路新瀛教授基于离子扩散与电迁移 的关系,得出可利用NernstΟEinstein方程来确定 氯离子扩散系数的结论。我们采用这一方法测定 了混凝土中氯离子扩散系数,试验结果见表6。 由表6可以看出,掺NCΟH高效掺合料的混 凝土,氯离子扩散系数都很小,抗渗性较好。同一 种水泥,相同的配合比,标养28d的空白混凝土氯 离子扩散系数为6100310 -13 m2/ s ,而掺NCΟH 高效掺合料的高性能混凝土氯离子扩散系数仅为 71 建 井 技 术 2006年第27卷 表6 混凝土中氯离子扩散系数 水泥品种 配合比 胶凝材料 ∶ 砂 ∶ 石 水胶比 扩散系数/ 10 - 13m2 s - 1 标养28d 冻融循环 1 000次后 备 注 山水PO4215R1∶11086∶11932012861003 山水PO4215R1∶11086∶1193201281116011455掺30 NCΟH 江苏巨龙PⅡ52151∶11095∶1194501281159611845掺30 NCΟH 江苏巨龙PⅡ52151∶11298∶21115012952129021649掺30 NCΟH 111610 -13 m2/ s ,降低了8017 。并且混凝土具 有良好的抗冻融循环性能,冻融循环1 000次后, 掺NCΟH高效掺合料的混凝土氯离子扩散系数 虽然略有增大,但仍比标养28d的空白混凝土氯 离子扩散系数低很多。 214 收缩变形 混凝土收缩变形试验采用山水PO4215R 水泥,配合比为1∶11086∶11 932 胶凝材料 ∶ 砂 ∶ 石 , 水胶比为0128。NCΟH高效掺合料掺 量为30 ,等量替代水泥。 考虑到井壁施工现场条件,把拆模后的混凝 土试件直接放入恒温恒湿室养护,在不同龄期测 定混凝土的收缩值,见表7。 由表7可以看出,用NCΟH高效掺合料配制 表7 混凝土干缩试验结果mm/ m 龄期1d2d5d7d14d28d60d90d150d180d1a 收缩值0100701097012500125301287013300136301380014100142301423 注养护温度为 20 2 ℃,相对湿度为 60 5 。 的高性能混凝土收缩变形较小,1年的收缩量仅 为01423mm/ m。 3 工程应用 新汶矿业集团龙固煤矿位于山东省菏泽市巨 野县龙固镇境内,为特大型矿井。该矿除副井井 筒采用现浇混凝土井壁外,其余井筒都采用预制 混凝土井壁。副井井筒表土段及基岩上部含水层 段采用冻结法施工,冻结深度650m ,冻结段井壁 混凝土强度等级为C30～C70。井筒于2004年下 半年开始浇筑掺NCΟH高效掺合料的C60～C70 高性能混凝土。井筒完工后,经过两年的考验,证 明工程状况良好,得到了施工方和甲方的好评。 鲁能集团郭屯煤矿位于巨野煤田中北部,地 质条件十分复杂,断层多、 地温高、“三下” 压煤多, 是目前国内建井难度较大的矿井之一。该矿主 井、 副井、 风井井筒全部采用冻结法施工,冻结深 度702m。冻结段井壁混凝土强度等级为C30～ C75 ,由山东通达路桥工程有限公司提供商品混 凝土。现已施工了部分掺NCΟH高效掺合料的 C60～C70高性能混凝土井壁,效果良好。 除龙固煤矿和郭屯煤矿外,NCΟH高效掺合 料在河南薛湖煤矿、 花园煤矿井筒筑壁施工中也 得到了应用,同样取得了良好效果。 4 结 语 1 NCΟH高效掺合料适用于配制强度等级 C60以上的高性能混凝土,尤其适用于配制冻结 井筒井壁高性能混凝土。 2用NCΟH高效掺合料配制的强度等级 C60以上的高性能混凝土,在冻结法凿井施工条 件低、 负温下强度发展较快,1d可达到设计强 度的38 以上,3d可达到设计强度的75 以上, 7d可达到设计强度的90 以上,完全能满足深冻 结井筒井壁施工要求。 3用NCΟH高效掺合料配制的高性能混凝 土,具有较好的物理力学性能、 耐久性能和体积稳 定性,较高的抗渗、 抗碳化性能和较强的抗冻融及 抗化学侵蚀的能力。 作 者 简 介 王 谦1971 - ,女,高级工程师。1993年毕业于重庆建筑 工程学院建筑材料与制品专业,2003年获南京工业大学硕士学 位。现从事高性能混凝土和混凝土外加剂的研究与应用工作。 81