CN101560080B - 煤矿冻结深井c100混凝土及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种煤矿冻结深井C100混凝土及其应用，包括：水泥、粗骨料、细骨料，其特征在于其中还包括：由硅粉、粉煤灰、矿粉组成的掺合料和由聚羧酸系高效减水剂组成的外加剂；所述掺合料由下述重量份数的原料组成：硅粉10、粉煤灰10-20、矿粉10-20；所述的煤矿冻结深井C100混凝土，各种原料配合比为：水泥350-500kg/m3，粗骨料800-1200kg/m3、细骨料500-800kg/m3，掺合料100-250kg/m3，外加剂10-30kg/m3。将上述混凝土应用于制造煤矿深井井壁，可以大幅降低井壁厚度，减轻结构自重，减少材料和能源消耗，节省工程投资，同时可以大幅度的提高混凝土的耐久性，对社会经济效益和意义重大。

Description

煤矿冻结深井C100混凝土及其应用
技术领域
本发明涉及一种混凝土及其应用，特别涉及适用于制造煤矿深厚表土层冻结段井壁使用的C100高强高性能混凝土。
背景技术
目前国内外普遍使用的煤矿冻结深井井壁混凝土强度等级为C50以下，这就造成煤矿冻结深井壁厚较厚。经检索，在美国、加拿大、德国等均有多幢强度等级在C100以上的高强高性能混凝土建筑。日本不仅应用C100以上高强高性能混凝土建造高层住宅，而且用其制造预应力混凝土桥梁、预应力混凝土桩、桁架、管、电杆等。由于煤矿冻结深井具有：井壁负温低(-15℃)、粘土冻胀压力大、养护环境差、大体积混凝土浇筑、要求早期强度增长快等特点，建筑中使用的C100以上的高强高性能混凝土无法直接应用于煤矿冻结深井中，也没有发现将C100以上的高强高性能混凝土应用于煤矿冻结深井的报道。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可以适应煤矿冻结深井井壁的高强度混凝土，以解决井壁较厚、施工困难、成本较高的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种煤矿冻结深井C100混凝土，包括：水泥，粗骨料、细骨料，其特征在于其中还包括：由硅粉、粉煤灰、矿粉组成的掺合料和由聚羧酸系高效减水剂组成的外加剂。
所述掺合料由下述重量份数的原料组成：硅粉10、粉煤灰10-20、矿粉10-20。
所述的煤矿冻结深井C100混凝土，各种原料配合比为：水泥350-500kg/m3，粗骨料800-1200kg/m3、细骨料500-800kg/m3，掺合料100-250kg/m3，外加剂10-30kg/m3。
各种原料最佳配合比为：水泥420kg/m3，粗骨料1024kg/m3、细骨料682kg/m3，掺合料180kg/m3，外加剂16.8kg/m3。
所述的煤矿冻结深井C100混凝土，可以将其应用于制造煤矿冻结深井的井壁。
具体实施方式：
一、选用的原料：
1、水泥：为山东水泥厂生产的P·O42.5级普通硅酸盐水泥；
2、粗骨料：5～16mm碎石；
3、细骨料：为河砂；
4、掺合料：采用3种原料混合使用，分别为硅粉、粉煤灰和矿粉。
a、硅粉为上海生产，平均粒径在0.15～0.20μm，比表面积为15000~20000m2/kg，SiO2含量大于85％，烧失量不大于6％，具有极强的表面活性。
b、粉煤灰为南京产I级F级灰，I级粉煤灰化学成分/％如下：
SiO2   Al2O3  Fe2O3  CaO  MgO    SO3   K2O  Na2O  烧失量
50.99  31.34  5.93   3.9  1.27   1.45  1.5  0.19  2.52
c、矿粉为南京产S95矿粉，比表面积为4360cm 2/g，矿粉的化学成分/％如下：
SiO2  Al2O3  Fe2O3  CaO    MgO    SO3   P2O5  Na2O  FeO
32.4  16.21  5.93   36.35  10.59  1.45  0.68  1.27  0.75
5、外加剂：可以选用国内市场上比较有代表性的6种聚羧酸系高效减水剂，分别为：江苏博特新材料有限公司生产的JM-PCA(I)型、上海麦斯特建材有限公司生产的BAST329、SP-8CN型、马贝建筑材料(上海)有限公司生产的Mapei SX、Mapei SR3型以及台湾冠疆实业股份有限公司生产的混凝土超塑化剂；固含量分别为20％、20％、18％、26％、30％、60％。
二、原料配比：
水泥420kg，碎石1024kg、河砂682kg，由硅粉60kg、粉煤灰60kg、矿粉60kg组成的掺合料180kg，外加剂16.8kg，水144kg.，经搅拌混合后形成混凝土。
三、将上述混凝土浇筑形成煤矿副井(如山东郓城煤矿副井，主要技术特征：表土层厚度566.2m，设计净直径7.2m，冻结深度590m，井筒垂深度936.8m)进行两个试验段的试验，对深厚表土层冻结立井C100高强高性能混凝土的实际施工过程进行温度等指标的监测。
本次C100高强高性能混凝土工业性试验在郓城副井外壁施工共计三个段高：第174段高(-537.00～-540.30m)、第175段高(-540.00～-543.30m)、第176段高(-543.50～-546.70m)，每个段高均做了三组试块，标准养护后实测强度等级达到设计强度的108％、107％、104％。在整个试验段外壁施工中C100高强高性能混凝土未出现干缩裂缝、蜂窝、麻面等质量通病，也未出现冻结壁片帮位移、冻结管断裂等易发事故，混凝土各种性能均达到设计要求。
冻结深井C100高强混凝土的配制以及在郓城副井井筒工业性试验的应用成功，不但解决了井筒的支护问题，而且解决了高寒地区高强混凝土施工问题，具有潜在的巨大经济价值；由于高强混凝土井壁在井筒中的使用可以大大减少井壁的厚度，节省材料，降低建井成本，通过推广应用有望成为今后冻结井筒井壁的主要形式之一；深厚表土层高地压冻胀力是矿井建设井筒支护的难题，也是今后进一步开发我国黄淮海地区深部煤田的技术障碍，结合河海大学的试验研究，以及在郓城副井井筒C100高强高性能混凝土井壁的工业性试验，为我国深厚表土层的井壁的设计提供参考，也为企业的施工积累经验。
煤矿深井采用C100高强高性能混凝土可以降低井壁厚度，减轻结构自重，减少材料和能源消耗，节省工程投资，同时可以大幅度的提高混凝土的耐久性，对社会经济效益和意义重大。

Claims (1)

1.煤矿冻结深井C100混凝土，
选用以下原料：
（1）、水泥：为山东水泥厂生产的PO42.5 级普通硅酸盐水泥；
（2）、粗骨料：5～16mm 碎石；
（3）、细骨料：为河砂；
（4）、掺合料：采用3种原料混合使用，分别为硅粉、粉煤灰和矿粉；
a、硅粉为上海生产，平均粒径在0.15～0.20μm，比表面积为15000～20000㎡/kg，SiO2含量大于85%，烧失量不大于6%，具有极强的表面活性；
b、粉煤灰为南京产Ⅰ级F级灰， I 级粉煤灰化学成分/% 如下：
SiO2    Al2O3    Fe2O3    CaO   MgO   SO3   K2O    Na2O  烧失量
50.99  31.34   5.93    3.9   1.27  1.45  1.5   0.19   2.52 ；
c、矿粉为南京产S95矿粉，比表面积为4360㎝2/g，矿粉的化学成分/%如下：
SiO2    Al2O3   Fe2O3    CaO   MgO    SO3   P2O5    Na2O    FeO 
32.4   16.21   5.93   36.35 10.59  1.45  0.68   1.27   0.75 ；
（5）、外加剂：选用国内市场上比较有代表性的6 种聚羧酸系高效减水剂，分别为：江苏博特新材料有限公司生产的JM-PCAI型、上海麦斯特建材有限公司生产的BAST329、SP-8CN 型、马贝建筑材料上海有限公司生产的Mapei SX、Mapei SR3 型以及台湾冠疆实业股份有限公司生产的混凝土超塑化剂；固含量分别为20%、20%、18%、26%、30%、60%；
上述原料的配比：
水泥420kg，碎石1024 kg、河砂682 kg，由硅粉60 kg、粉煤灰60 kg、矿粉60 kg组成的掺合料180 kg，外加剂16.8 kg，水144 kg，经搅拌混合后形成混凝土。
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