喷射聚丙烯纤维混凝土在矿业工程中的应用.pdf
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1、2 0 1 1 年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 011 No 8 Au g u s t 喷射聚丙烯纤维混凝土在矿业工程 中的应用 桑普天 , 庞建勇 , 间 沛 ( 安徽 理工 大学 土木建筑 学 院 , 淮南 2 3 2 0 0 1 ) 摘要 : 结合 淮 南 某矿 区典 型锚 啧 巷 道 工 程 , 进 行 了聚 丙烯 纤 维 混凝 土喷 层 抗 拉 、 抗 压 、 抗 剪及 弯 曲性 能 试 验研 究和工业试验 。结果表 明, 聚丙烯 纤维的掺入大幅度提 高了喷层的极限变形量, 同时使 喷层 具
2、有较 强的抗 弯能力和 让压能力。 喷射聚丙烯纤维混凝 土施 工工 艺简单 , 回弹率低 , 喷层成形较好 , 可增加一次喷射 厚度 , 减少复喷量 , 有利 于提 高施 工 效 率 。 关键词 : 聚丙烯纤 维; 喷射 混凝土 ; 柔性喷层 ; 矿业 工程 Ab s t r a c t : C o m b i n i n g w i t h a t y p i c a l p r o j e e t f o r a n c h o r s p r a y i n g r o a d w a y s i n H u a i n a n mi n i n g a r e a , t h e t
3、e s t r e s e a r c h e s a n d i nd us t r i a l t e s t s f o r t e ns i l e s t r e n g t h ,c omp r e s s i v e s t r e n g t h,s he a r s t r e n g t h a n d fle x u r a l pr o p e r t y wi t h s h o t c r e t e l a y e r for p o l y p r o p y l e n e fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t
4、e a r e a c c o mp l i s h e d I e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t s h o t c r e t e l a y e r f o r p o l y p r o p y l e n e fi b e r r e i n for e e d c o nc r e t e c a n g r e a t l y i nc r e a s e t he ul t i ma t e de flec t i o n o f s h o t c r e t e l a y e r ,a t t h e s a me t i m
5、e ,s ho t c r e t e l a ye r ha s g r e a t e r fl e x u r a l c a p a c i t y a n d y i e l d i n g c a p a c i t y T h e p r o c e s s o f s p r a y i n g p o l y p r o p y l e n e f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n i s e a s y ,r e b o u n d r a t e i s l o w, a
6、 n d t h e f o u n d a t i o n o f s h o t c r e t e l a y e r i s g o o d , wh i c h c a n a d d t h e o n c e t h i c k n e s s o f s p r a y i n g a n d r e d u c e t h e c o n t e n t o f c o m b i n e d i n j e c t i o n , w h i c h i s u s e f u l f o r i m p r o v i n g t h e c o n s t r u c
7、t i o n e ffic i e n c y Ke y wo r ds :Po l y pr o py l e ne f i be r; S ho t c r e t e; F l e xi b l e s h o t c r e t e l a y e r ; Mi ne r a l e n g i n e e r i ng 中图分类号: T U 5 2 8 5 7 2 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 1 ) O 8 3 8 0 4 0前 言 喷射混凝土 已广泛应用于煤矿巷道锚喷支护 工程 , 但在高地应力 、 松散 、 破碎围岩 以及受采
8、动影 响的巷 道 中 , 这种 支护 形 式受 到 限制 。因传 统 的 喷 层多为 昆凝土或水泥砂浆 ,凝结硬化后 为脆性材 料 , 柔 性差 , 只能 承受 压 力 , 抗 拉强 度 和抗 折 强 度很 低。另外 , 由于普通混凝土喷层极 限变形量与巷道 围岩变形量 不匹配 ,喷层施_丁后不久就会 出现裂 缝 , 逐渐丧失对围岩的封 闭和支护作用 , 这是造成 锚喷支护失效的主要原 因。为此 , 目前 午 多从 事软 岩 锚 喷支 护 的人 员 都 在 致力 于柔 性 喷 层 的 实 验 研 究 , 而聚丙烯纤维混凝土作为巷道喷层能有效解决 混凝 土的开 裂 问题 。纤维 混凝 土有较 强
9、 的抵 抗 变形 的 能力 , 有利 于 围岩 压 力 的释 放 , 可充 分 发 挥 锚 喷 支护体 系 的力学性 能 。本文重 点介绍 聚丙烯 纤维 柔 性 喷 层 的力 学性 能测 试 与其 适用 软 岩 支护 的 机理 , 并 通过 在 淮南 某矿 软 岩巷 道 中 的应 用试 验 , 介 绍 了 该 喷层 形式在 工程 实 际中的应 用情 况 。 1 聚丙烯 纤维 作用 的机理 聚丙 烯 纤 维 加 入水 泥 基 体 中 ,可起 到 的作 用 有 : 提高基体 的抗拉强度。 阻止基体 中原有缺 陷 ( 微 裂缝 ) 的扩 展 , 并 延 缓裂 缝 的 出现 。 提 高基 体 的变形
10、能力 , 改善其 韧性 与抗 冲击性 等 。 一 38一 如 果在 喷 射混 凝 土 中掺 入一 定 数量 的纤维 , 混 凝土在受力开裂过程 中, 由于存在三维乱向均匀分 布的纤维 , 可使构件的受拉边缘和裂缝尖端传递的 力受到纤维 的约束 ,并 由集中受力变成分散受力 , 阻 止 了基体 中裂纹 的 扩展 和张 开 , 且 纤 维在 拔 出过 程 中能够吸收大量 的能量 , 与素混凝土相 比, 这一 特性使其延性和韧性都可以得到大幅度的提高。 2喷射 聚丙 烯纤维 混凝 土试 验研 究 聚丙烯纤维混凝土喷层 力学试验 的依托工程 为淮南矿业集团某煤矿井底车场轨回二联巷 , 在巷 道中施工了
11、 1 0 0 m长的聚丙烯纤维混凝土喷层试验 段 。 2 1 聚丙 烯纤 维混凝 土 的配制 及试件 制作 ( 1 ) 原材 料 的选 择 水 泥 : 4 2 5级 普通硅 酸盐水 泥 。 细骨料 : 中粗砂 , 细度模数 大于 2 5 , 考虑到砂 子过细 , 会使 混凝土 的干缩增大 , 过粗则会增加回 弹 , 因此 , 砂 子 中小 于 0 0 7 5的颗 粒不宜 超过 2 0 。 粗 骨料 : 粒 径 为 5 1 6 m m 瓜 子 片 , 由于是 喷射 , 因此粗骨 料粒 径不 宜过大 。 纤维 : 束状单丝聚丙烯纤维 。 速 凝 剂 : 为 了使 混凝 土 喷层 速 凝 快 , 并
12、 提 高早 期强度 , 掺入水泥重量 2 - 4 的速凝剂, 施工 中, 喷 桑普天 , 庞建勇, 阊 沛 喷射聚丙烯纤维混凝土在矿业工程中的应用 拱部时速凝剂掺量为 3 4 , 喷边墙 时掺量为 2 3 。 ( 2 ) 配合 比设 计 根据实验室多次试配和现场工程实践经验 , 确 定 喷射 混 凝 土配 合 比为 : 水 泥 : 砂 : 石 子 : 水 =1 : 1 8 4 :1 8 4 : 0 4 5 , 外加剂掺量 占水 泥重量 的 2 。保持混 凝 土 配 合 比不 变 , 只 改 变 聚 丙 烯 纤 维 的 掺 量 ( 掺 量 分 别为 0 6 、 0 9 、 1 2 、 1 5 k
13、 g m ) 。通过 正 交试 验 , 最 终 确 定 聚丙 烯纤 维 掺 量 为 0 9 k g m ,聚 丙稀 纤 维 长度 为 1 2 ram。 ( 3 ) 试件的制作 为了使室 内试验能说 明现场喷射混凝 土的实 际情况 , 在现场喷射试验时进行 了大板取 样 , 将 大 板模( 4 5 0 mmx 3 5 0 m mx 1 5 0 m m木盒 ) 置于试验部位 , 摆 放角 度与 需要 支护 的边 坡 角度 相 同 。聚 丙烯 微纤 维混凝土拌 和均匀后 , 用 H P J 一 1 型干喷机对准木模 喷射 , 直至喷满, 养 护 1 d后拆掉木模 , 2 8 d后用岩 石 切割机切割
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