CN104386939B - 复合掺合料、复配方法及煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于复合掺合料、复配方法及煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法，涉及冻结法凿井技术领域，解决的问题是减少混凝土产生的裂缝。主要采用的技术方案为：复合掺合料包括：粉煤灰、矿粉、膨胀剂以及减缩型减水剂；其中，粉煤灰占总质量的百分比为：15～30％；矿粉占总质量的百分比为：20～50％；膨胀剂占总质量的百分比为：30～60％；当减缩型减水剂为固态，减缩型减水剂的质量占总质量的百分比为：0.5～2％；当减缩型减水剂为液态，减缩型减水剂的折固质量占总质量的百分比为：0.5～2％。本发明提供的复合掺合料在被掺和到混凝土中后，其中的粉煤灰、矿粉能够显著降低混凝土水化热，抑制温差而产生的裂缝。掺入复合掺合料后，能够提高混凝土抗渗、防裂的性能。
Description
技术领域
本发明涉及冻结法凿井技术，特别是涉及一种复合掺合料、复配方法及煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法。
背景技术
冻结法凿井被广泛应用到煤矿的开采生产当中。冻结法凿井是利用人工制冷的方法，在井的周围打出冻结管，将冻结管周围土体降温结冰，随着冰冻土体的扩大，形成冻结土体临时井壁，该临时井壁的强度较高，且能够起到隔绝水源的作用，在该临时井壁的保护下，可以进行井筒土体的挖掘、施工和生产作业。
但是，本发明人发现，在内层井壁的冻结法施工的过程中，井内的施工温度环境不一，在-5～-20℃温度较低的施工环境下，大量的混凝土井壁在固化过程中会释放大量的水化热，混凝土井壁内外会产生温差，在温差值较大处的混凝土会受到较大的作用力，使得井壁的混凝土很容易出现裂缝，甚至出渗水等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种复合掺合料、复配方法及煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法，主要目的在于降低混凝土在固化过程中释放的水化热，从而减少混凝土产生的裂缝。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明的实施例提供一种复合掺合料包括：
粉煤灰、矿粉、膨胀剂以及减缩型减水剂。其中，
所述粉煤灰占所述复合掺合料总质量的百分比为：15～30％。
所述矿粉占所述复合掺合料总质量的百分比为：20～50％。
所述膨胀剂占所述复合掺合料总质量的百分比为：30～60％。
当所述减缩型减水剂为固态，所述减缩型减水剂的质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％。
当所述减缩型减水剂为液态，所述减缩型减水剂的折固质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
可选的，前述的复合掺合料，其中所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂或氧化钙硫铝酸钙系双膨胀源膨胀剂。
可选的，前述的复合掺合料，其中所所述减缩型减水剂为减缩型聚羧酸系减水剂，或者为聚羧酸系减水剂与醇类减缩剂的混合物，或者为聚羧酸系减水剂与聚氧乙烯类减缩剂的混合物。
另一方面，本发明的实施例提供一种复合掺合料的复配方法包括：
当减缩型减水剂为液态，将占所述复合掺合料总质量的百分比为0.5～2％的减缩型减水剂单独存放作为化学外加剂料，将占所述复合掺合料总质量的百分比为15～30％的粉煤灰、占所述复合掺合料总质量的百分比为20～50％的矿粉、以及占所述复合掺合料总质量的百分比为30～60％的膨胀剂混合搅拌均匀形成矿物外加剂料，所述化学外加剂料与所述矿物外加剂料制备成分体型复合掺和料。
当减缩型减水剂为固态，将占所述复合掺合料总质量的百分比为0.5～2％的减缩型减水剂、占所述复合掺合料总质量的百分比为15～30％的粉煤灰、占所述复合掺合料总质量的百分比为20～50％的矿粉、以及占所述复合掺合料总质量的百分比为30～60％的膨胀剂混合搅拌均匀，制备成混合型复合掺和料。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
可选的，前述的复合掺合料的复配方法，其中所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂或氧化钙硫铝酸钙系双膨胀源膨胀剂。
可选的，前述的复合掺合料的复配方法，其中所所述减缩型减水剂为减缩型聚羧酸系减水剂，或者为聚羧酸系减水剂与醇类减缩剂的混合物，或者为聚羧酸系减水剂与聚氧乙烯类减缩剂的混合物。
另一方面，本发明的实施例提供一种煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法包括：
将复合掺合料按设定比例掺入混凝土原料中，制成煤矿内层井壁混凝土。
其中，所述复合掺合料包括：粉煤灰、矿粉、膨胀剂以及减缩型减水剂。其中，
所述粉煤灰占所述复合掺合料总质量的百分比为：15～30％。
所述矿粉占所述复合掺合料总质量的百分比为：20～50％。
所述膨胀剂占所述复合掺合料总质量的百分比为：30～60％。
当所述减缩型减水剂为固态，所述减缩型减水剂的质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％。
当所述减缩型减水剂为液态，所述减缩型减水剂的折固质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
可选的，前述的煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法，其中所述将复合掺合料按设定比例掺入混凝土原料中，具体为：
将质量为M1的所述复合掺合料掺入到包含有质量M2的胶凝材料的混凝土原料中，其中，所述M1/(M1+M2)＝15～26％。
可选的，前述的煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法，其中所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂或氧化钙硫铝酸钙系双膨胀源膨胀剂。
可选的，前述的煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法，其中所所述减缩型减水剂为减缩型聚羧酸系减水剂，或者为聚羧酸系减水剂与醇类减缩剂的混合物，或者为聚羧酸系减水剂与聚氧乙烯类减缩剂的混合物。
借由上述技术方案，本发明复合掺合料、复配方法及煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法至少具有下列优点：
一、本发明提供的复合掺合料在被掺和到混凝土中后，其中的粉煤灰、矿粉能够显著降低混凝土水化热，改善混凝土的和易性，减少离析和泌水，减小大体积混凝土温差变化及内应力，抑制温差而产生的裂缝。在混凝土凝结硬化时，膨胀剂体积膨胀，能够起补偿收缩和张拉钢筋产生预应力以及充分填充水泥间隙的作用。减缩型减水剂通过降低混凝土毛细管中液相的表面张力，使毛细管负压下降，减小收缩应力，充分发挥其减缩抗裂功能。采用本发明提出的复合掺合料后，提高了混凝土抗渗、防裂的性能。
二、本发明提供的复合掺合料在被掺和到混凝土中后，在不降低原有混凝土的理化性质及质量下，能够节省混凝土的用量，用所述复合掺合料补充到混凝土中，以节约成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下较佳实施例，对依据本发明提出的复合掺合料、复配方法及煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本发明的实施例一提出的一种复合掺合料，其包括：
粉煤灰、矿粉、膨胀剂以及减缩型减水剂。其中，
所述粉煤灰占所述复合掺合料总质量的百分比为：15～30％。
所述矿粉占所述复合掺合料总质量的百分比为：20～50％。
所述膨胀剂占所述复合掺合料总质量的百分比为：30～60％。
当所述减缩型减水剂为固态，所述减缩型减水剂的质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％。
当所述减缩型减水剂为液态，所述减缩型减水剂的折固质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％。
其中，液态的减缩型减水剂可以是减缩型减水剂水溶液，折固质量指的是液态的减缩型减水剂经过蒸发后获得的固态物质的质量。
本发明实施例一提供的复合掺合料在被掺和到混凝土中后，其中的粉煤灰、矿粉能够显著降低混凝土水化热，改善混凝土的和易性，减少离析和泌水，减小大体积混凝土温差变化及内应力，抑制温差而产生的裂缝。在混凝土凝结硬化时，膨胀剂体积膨胀，能够起补偿收缩和张拉钢筋产生预应力以及充分填充水泥间隙的作用。减缩型减水剂通过降低混凝土毛细管中液相的表面张力，使毛细管负压下降，减小收缩应力，充分发挥其减缩抗裂功能。采用本发明提出的复合掺合料后，提高了混凝土抗渗、防裂的性能。
具体的，本发明的实施例一中所述的复合掺合料还提供如下的实施方式，其中所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂或氧化钙硫铝酸钙系双膨胀源膨胀剂。其中，所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂时，硫铝酸钙能够在混凝土中水化，形成钙矾石使混凝土体积增大，而引起表观体积膨胀。所述膨胀剂为氧化钙系膨胀剂时，氧化钙系膨胀剂能够在混凝土中水化形成氢氧化钙晶体，使混凝土体积增大，从而实现混凝土结构的自防水、抗渗和裂缝控制。
具体的，本发明的实施例一中所述的复合掺合料还提供如下的实施方式，其中所述减缩型减水剂为减缩型聚羧酸系减水剂；或者所述减缩型减水剂为聚羧酸系减水剂与醇类减缩剂的混合物；或者所述减缩型减水剂为聚羧酸系减水剂与聚氧乙烯类减缩剂的混合物。
本发明实施例二提供的一种复合掺合料的复配方法包括：
当减缩型减水剂为液态，将占所述复合掺合料总质量的百分比为0.5～2％的减缩型减水剂单独存放作为化学外加剂料，将占所述复合掺合料总质量的百分比为15～30％的粉煤灰、占所述复合掺合料总质量的百分比为20～50％的矿粉、以及占所述复合掺合料总质量的百分比为30～60％的膨胀剂混合搅拌均匀形成矿物外加剂料，所述化学外加剂料与所述矿物外加剂料制备成分体型复合掺和料。
当减缩型减水剂为固态，将占所述复合掺合料总质量的百分比为0.5～2％的减缩型减水剂、占所述复合掺合料总质量的百分比为15～30％的粉煤灰、占所述复合掺合料总质量的百分比为20～50％的矿粉、以及占所述复合掺合料总质量的百分比为30～60％的膨胀剂混合搅拌均匀，制备成混合型复合掺和料。
具体的，本发明的实施例二中所述的复合掺合料的复配方法还提供如下的实施方式，其中所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂或氧化钙硫铝酸钙系双膨胀源膨胀剂。其中，所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂时，硫铝酸钙能够在混凝土中水化，形成钙矾石使混凝土体积增大，而引起表观体积膨胀。所述膨胀剂为氧化钙系膨胀剂时，氧化钙系膨胀剂能够在混凝土中水化形成氢氧化钙晶体，使混凝土体积增大，从而实现混凝土结构的自防水、抗渗和裂缝控制。
具体的，本发明的实施例二中所述的复合掺合料的复配方法还提供如下的实施方式，其中所述减缩型减水剂为减缩型聚羧酸系减水剂；或者所述减缩型减水剂为聚羧酸系减水剂与醇类减缩剂的混合物；或者所述减缩型减水剂为聚羧酸系减水剂与聚氧乙烯类减缩剂的混合物。
本发明实施例三提供的一种煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法包括：
将复合掺合料按设定比例掺入混凝土原料中，制成煤矿内层井壁混凝土。
其中，所述复合掺合料包括：粉煤灰、矿粉、膨胀剂以及减缩型减水剂。其中，
所述粉煤灰占所述复合掺合料总质量的百分比为：15～30％。
所述矿粉占所述复合掺合料总质量的百分比为：20～50％。
所述膨胀剂占所述复合掺合料总质量的百分比为：30～60％。
当所述减缩型减水剂为固态，所述减缩型减水剂的质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％。
当所述减缩型减水剂为液态，所述减缩型减水剂的折固质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％。
具体的，本发明的实施例三中所述的煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法还提供如下的实施方式：将上述实施例一提供的复合掺合料中包含的各配料按照设定比例掺入混凝土原料中，制成煤矿内层井壁混凝土；或者，采用上述实施例二提供的所述复配方法预先制备成复合掺合料成品，再将复合掺合料成品按照设定比例掺入混凝土原料中，制成煤矿外层井壁混凝土。这里需要说明的是：本实施例提供的所述复合掺合料具体实现可参见上述实施例一中描述的相关内容，此处不再赘述。本实施例提供的所述复合掺合料的复配方法具体可参见上述实施例二中的相关内容，此处不再赘述。
进一步的，在煤矿内层井壁混凝土的施工过程中，为了获得更好的防水、抗渗和抗裂缝效果，本发明的实施例三中所述的煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法还提供如下的实施方式，其中所述将复合掺合料按设定比例掺入混凝土原料中，具体为：将质量为M1的所述复合掺合料掺入到包含有质量M2的胶凝材料的混凝土原料中，其中，所述M1/(M1+M2)＝15～26％。
具体的，本发明的实施例三中所述的煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法还提供如下的实施方式，其中所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂或氧化钙硫铝酸钙系双膨胀源膨胀剂。其中，所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂时，硫铝酸钙能够在混凝土中水化，形成钙矾石使混凝土体积增大，而引起表观体积膨胀。所述膨胀剂为氧化钙系膨胀剂时，氧化钙系膨胀剂能够在混凝土中水化形成氢氧化钙晶体，使混凝土体积增大，从而实现混凝土结构的自防水、抗渗和抗裂缝控制。
具体的，本发明的实施例三中所述的煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法还提供如下的实施方式，其中所述减缩型减水剂为减缩型聚羧酸系减水剂；或者所述减缩型减水剂为聚羧酸系减水剂与醇类减缩剂的混合物；或者所述减缩型减水剂为聚羧酸系减水剂与聚氧乙烯类减缩剂的混合物。
为了获知本发明的实施效果，本发明按照表1配制100kg复合掺合料，按照表2配制混凝土，在室温下搅拌3分钟，出机后成型100×100×515mm收缩试模，1d后脱模，脱模后立刻测初始长度L0，测完初始长度后放入标养室(温度20±2℃，湿度95％以上)养护3d，并测标准养护条件下1d、3d的收缩值，3d后移入干空室(温度20±2℃，湿度60±5％)，并测干空室条件下7d、28d的收缩值，抗压强度按GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，并得到了表3中的试验数据。
由表3可以得到，在标养室养护下，在1d、3d当中，掺了复合掺合料的样本1、2、3的混凝土不收缩，基准样的混凝土出现了收缩。转干空室后，掺了复合掺合料的样本1、2、3的混凝土收缩率大大降低，比基准样的混凝土的收缩率降低20％以上，可有效减少混凝土开裂。在抗压实验的28d中，掺了复合掺合料的样本1、2、3的混凝土的抗压强度与基准样的混凝土的抗压强度相比没有降低。由此，掺了复合掺合料的混凝土可用于煤矿冻结法施工内层井壁混凝土施工中，可减少内层井壁混凝土的开裂，提高内层井壁混凝土的抗渗防水性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种复合掺合料，其特征在于，包括：粉煤灰、矿粉、膨胀剂以及减缩型减水剂；其中，
所述粉煤灰占所述复合掺合料总质量的百分比为：15～30％；
所述矿粉占所述复合掺合料总质量的百分比为：20～50％；
所述膨胀剂占所述复合掺合料总质量的百分比为：30～60％；
当所述减缩型减水剂为固态，所述减缩型减水剂的质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％；
当所述减缩型减水剂为液态，所述减缩型减水剂的折固质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％。
2.根据权利要求1所述的复合掺合料，其特征在于，
所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂或氧化钙硫铝酸钙系双膨胀源膨胀剂。
3.根据权利要求1所述的复合掺合料，其特征在于，
所述减缩型减水剂为减缩型聚羧酸系减水剂，或者为聚羧酸系减水剂与醇类减缩剂的混合物，或者为聚羧酸系减水剂与聚氧乙烯类减缩剂的混合物。
4.一种复合掺合料的复配方法，其特征在于，包括：
当减缩型减水剂为液态时，将占所述复合掺合料总质量的百分比为0.5～2％的减缩型减水剂单独存放作为化学外加剂料，将占所述复合掺合料总质量的百分比为15～30％的粉煤灰、占所述复合掺合料总质量的百分比为20～50％的矿粉、以及占所述复合掺合料总质量的百分比为30～60％的膨胀剂混合搅拌均匀形成矿物外加剂料，所述化学外加剂料与所述矿物外加剂料制备成分体型复合掺和料；
当减缩型减水剂为固态时，将占所述复合掺合料总质量的百分比为0.5～2％的减缩型减水剂、占所述复合掺合料总质量的百分比为15～30％的粉煤灰、占所述复合掺合料总质量的百分比为20～50％的矿粉、以及占所述复合掺合料总质量的百分比为30～60％的膨胀剂混合搅拌均匀，制备成混合型复合掺和料。
5.根据权利要求4所述的复合掺合料的复配方法，其特征在于，
所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂或氧化钙硫铝酸钙系双膨胀源膨胀剂。
6.根据权利要求4所述的复合掺合料的复配方法，其特征在于，
所述减缩型减水剂为减缩型聚羧酸系减水剂，或者为聚羧酸系减水剂与醇类减缩剂的混合物，或者为聚羧酸系减水剂与聚氧乙烯类减缩剂的混合物。
7.一种煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法，其特征在于，包括：
将复合掺合料按设定比例掺入混凝土原料中，制成煤矿内层井壁混凝土；
其中，所述复合掺合料包括：粉煤灰、矿粉、膨胀剂以及减缩型减水剂；其中，
所述粉煤灰占所述复合掺合料总质量的百分比为：15～30％；
所述矿粉占所述复合掺合料总质量的百分比为：20～50％；
所述膨胀剂占所述复合掺合料总质量的百分比为：30～60％；
当所述减缩型减水剂为固态，所述减缩型减水剂的质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％；
当所述减缩型减水剂为液态，所述减缩型减水剂的折固质量占所述复合掺合料总质量的百分比为：0.5～2％。
8.根据权利要求7所述的煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法，其特征在于，所述将复合掺合料按设定比例掺入混凝土原料中，具体为：
将质量为M1的所述复合掺合料掺入到包含有质量M2的胶凝材料的混凝土原料中，其中，所述M1/(M1+M2)＝15～26％。
9.根据权利要求7所述的煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法，其特征在于，
所述膨胀剂为硫铝酸钙系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂或氧化钙硫铝酸钙系双膨胀源膨胀剂。
10.根据权利要求7所述的煤矿内层井壁混凝土的制备及施工方法，其特征在于，
所述减缩型减水剂为减缩型聚羧酸系减水剂，或者为聚羧酸系减水剂与醇类减缩剂的混合物，或者为聚羧酸系减水剂与聚氧乙烯类减缩剂的混合物。
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