专利名称：矿用高耐久性轻质喷射混凝土的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土，具体为一种矿用高耐久性轻质喷射混凝土。
背景技术：
在采矿过程中经常要使用到喷射混凝土施工工艺，该工艺是否合理决定着 施工质量的优劣，施工中涉及的许多细节问题，都与保证喷射混凝土的强度有 关，优选施工工艺和合理选择混凝土是质量控制的关键。喷射混凝土施工工艺 流程主要有干喷法、潮喷法、湿喷法、混合喷射法等。
它们之间的主要区别在于，各工艺流程的投料程序不同，尤其是加水和速 凝剂的时机不同。干喷法是最早出现的喷射施工方法，应用较为广泛。干喷法 是用强制式搅拌机将一定比例的骨料和水泥混合干拌后，投入喷射机料斗，同 时加入速凝剂，用压縮空气使干混合料在软管内呈悬浮状态，压送到喷头，在 喷头处加水混合后，以较高速度喷射到受喷面上。
干喷法具有施工工艺流程简单、所需施工设备较少，施工机械结构简单、 体积小、重量轻、便于移动，输送距离长，适用于高边坡及狭窄部位，机械清 洗容易，出现故障时可快速拆卸处理等优点。'由于采用无水拌和以及输料不均 匀、不稳定，工作风压突然变化等原因，造成喷射过程中产生大量的粉尘，喷 料时有脉冲现象，回弹量大， 一般超过15%，且一次性 射厚度小。同时拌和 水在喷头处才施加，水灰比的控制程度与喷射手操作的熟练程度有直接关系， 常出现干斑或流淌现象，就决定了喷射混凝土的质量不够稳定，因此设计强度 需要根据现场试验分析来进行调整。另外，干喷法生产能力低，每小时产量51113以下。为了改善干喷法施工粉尘浓度大、回弹损失多等缺点，在工程实践 中，又发展了湿喷法。湿喷法是将水泥、骨料和水按设计比例拌合均匀，用 湿式喷射机压送至喷枪，在喷头处加入速凝剂后从喷嘴喷出。湿喷法施工工艺 由于采取湿式拌和，大大降低了施工区的粉尘浓度，消除了对工人健康的危害。 湿喷混凝土混合料按水灰比精确控制，拌合及水化作用充分，速凝剂按比例计 量添加，提高混凝土的匀质性，喷射质量较易控制。并且湿喷法回弹量小，回 弹率可降低到10%以下，喷层厚度有可靠保证，支护质量得以提高。但是湿喷 法采用液态速凝剂，相对成本较高，并且施工对湿喷机械要求较高，机械清洗 较困难，出现故障时难以处理，设备体积较大，移动相对困难。湿喷机可分为 风动、挤压泵、液压活塞泵和螺旋输送泵等，输送距离和高度远比干喷法小， 喷射系统布置需靠近工作面，水泥用量较干喷法多。
由于干喷法存在回弹多、粉尘大和喷混凝土均匀性差等问题，而湿喷法也 有水泥用量多、设备复杂、故障处理困难、输送距离近等缺陷，为解决上述问 题，人们在工程实践中研究了潮喷法。
潮喷法是将骨料预加少量水搅拌，然后加入水泥再次搅拌，使之呈潮湿状， 从而降低上料、拌合和喷射时的粉尘。其施工工艺与干喷法基本相同，只是加 水分两步进行，骨料投入搅拌机均匀混合后进行第一次加水，拌合均匀后再加 入水泥等胶凝材料，最后喷射时加入另一部分水。潮喷法施工工艺使用干喷机 械， 一方面具有干喷优点，另一方面在混合料拌制过程中预加少量的水，降低 上料、拌合和喷射过程中产生的粉尘。同时也仍然保留了干喷法的缺点，大量 的水仍由阀门控制，水灰比不稳定，回弹量仍然较大。
基于潮喷法的思想，为了克服干喷法和湿喷法存在的问题，人们于20世纪80年代又发展起来了混合喷射法，又称水泥裹砂造壳喷射法。分别由泵送
砂浆系统和风送混合料系统两套机具组成。先是将一部分砂加第一次水拌湿，
再投入全部用量水泥，强制拌合成以砂为核心外裹水泥壳的球体；然后加第二 次水和减水剂拌合成砂浆；再将另一部分骨料、速凝剂按配合比配料，强制搅 拌成均匀的干混合料。然后再分别通过砂浆泵和干式喷射机，将拌合成的砂浆 和干混合料由高压胶管送到混合管混合，最后由喷头喷出。由于混合喷射法使 用分次投料搅拌工艺与喷射工艺相结合，因而喷射混凝土质量好、粉尘少、回 弹量小。但是使用机械设备多，工艺复杂，机械清洗较困难，出现故障时难以 处理。
目前喷射混凝土施工存在的问题，突出表现在喷射混凝土的粉尘及回弹 上。喷射时的粉尘浓度大，污染施工环境，有损工人身体健康；回弹损失大， 浪费支护材料、降低喷射混凝土的强度。因此深入了解喷射混凝土产生较大粉 尘和回弹的原因，采取相应的措施，是十分重要的。
喷射施工时粉尘产生的主要原因是使用压縮空气。喷射混凝土从喷嘴射出 时，由于压縮空气突然扩散和产生的涡流，使粉尘微粒分离并扩散于空气之中。 粉尘浓度的大小与下列主要因素有关
(l)骨料的质量。(2)搅拌和上料。(3)喷射机结构。(4)喷嘴喷射。(5)风 压和喷射距离。
另外巷道中喷射混凝土发生破坏主要是由于混凝土与巷道围岩界面区的 剪切力过大而产生剪切破坏，垂直于界面的拉应力过大产生拉破坏，剪应力与 拉应力同时作用产生的破坏。而使用传统的喷射混凝土由碎石、砂和水泥组成， 存在自重大、粘结不牢、使用寿命短等缺点，不能很好地应用于煤矿巷道中使用。所以提高混凝土材料质量来克服以上缺点是一个重要手段。
发明内容
本发明为了解决现有喷射混凝土技术中存在的原料配比不合适而带来的 粉尘污染，回弹率高等问题而提供了 一种矿用高耐久性轻质喷射混凝土 。
本发明是由以下技术方案实现的， 一种矿用高耐久性轻质喷射混凝土，是
由下列重量比例的原料组成水泥320-350份、炉渣710-750份、砂550-590 份、粉煤灰40-50份、矿渣微粉40-50份、硅灰20-25份、速凝剂10-15份、 水160-200份。
把炉渣提前充分保水后晾干待用，将保水后的炉渣与砂和水在混料机中进 行预混合后运至井下喷射施工地点，在喷射前加入水泥、粉煤灰、矿渣微粉、 硅灰进行充分混合后方可进行使用。
本发明的创新点在于(l)研制出了适合矿用高耐久性轻质喷射混凝土的 轻骨料的组成。(2)研制开发出了一种可以改善喷射混凝土的施工性能，提高 喷射混凝土与巷道围岩的粘结强度的喷射混凝土专用外加剂。喷射混凝土与巷 道围岩的粘结强度主要决定于胶凝材料的组成，喷射混凝土专用外加剂，消除 界面区的晶体择优取向，减小孔隙率，提高界面的粘结强度以及喷射混凝土与 巷道围岩的化学结合力。
按照上述比例配制成的混凝土其28d抗压强度达到31. 9MPa，劈裂抗拉强 度达到2. 72 MPa，并且使用炉渣配制混凝土经济优势显著，自重降低25%以上， 混凝土 28d抗压强度达到3MPa 10MPa，与岩石的28d粘结强度大于等于0. 8 MPa，能够有效隔绝空气与巷道围岩的，可泵性好、不离析、不分层，初始坍 落度大于120mm的矿用高耐久性轻质喷射混凝土。炉渣本身具有一定的孔隙，可以吸附部分浆体，改善水泥石和骨料之间 的界面过渡区，提高混凝土的抗渗性，保证混凝土喷层的耐久性与和长期性。 喷射混凝土中掺入的矿物细掺料粉煤灰、矿渣微粉和硅粉，可以促进水泥水化 产物的转化，提高喷射混凝土的强度以及喷射混凝土与锚网的粘结强度，降低 氯离子扩散系数，提高混凝土的抗渗性能，同时掺入一些遇水后呈粘性的物质， 有助于降低回弹率。用炉渣、再生聚苯颗粒作为骨料，制备的混凝土，比普通
混凝土自重降低20% 30%，
在巷道的部分区段由于围岩压力大、变形大等原因，需要增加喷层厚度， 此时使用轻质喷射混凝土则更加有利。相比之下，轻质喷射混凝土则更适用于 现在的锚喷支护体系。使用轻质骨料的喷射混凝土较普通喷射混凝土自重减轻 25 35%，在一定的密度等级仍具满足巷道支护需要的力学性能。使用轻质喷 射混凝土，由于混凝土自重轻，在同样的粘结强度下，可避免因自重超过粘结 强度而造成的混凝土喷层的脱落，有利于对整个支护体系的保护；在大跨度的 巷道和硐室使用轻质喷射混凝土，支护效果优于普通喷射混凝土；。
具体实施例方式
实施例l，种矿用高耐久性轻质喷射混凝土，是由下列重量比例的原料组 成水泥337.5kg、炉渣737kg、砂574kg、粉煤灰45kg、矿渣微粉45kg、硅 灰22. 5kg、速凝剂13. 5kg、水180kg。
上述原料混合后通过喷浆机直接对准工作面喷射即可。聚苯颗粒最好为再 生聚苯颗粒，其是用废旧聚苯板在泡沫粉碎造粒机中破碎而成的，特点是再生 聚苯颗粒为破碎型表面较为粗糙。
所述轻质喷射混凝土使用的骨料炉渣粒径为2. 35 10mm，使用前需进行保水处理。所述轻质喷射混凝土使用的再生聚苯颗粒粒径为3 5mm，堆积密度 为11kg/m3，使用时需先与保水后的炉渣、部分水进行预混合。砂喷射混凝土 宜选用中粗砂，砂的细度模数应大于2.5。选用砂为信阳黄砂，(4)碎石。粒 径8 10mm，堆积密度1450kg/m3。硅灰采用埃肯国际贸易(上海)有限公司生 产的硅灰，②粉煤灰。试验所用粉煤灰为焦作电厂的二级粉煤灰③矿渣微粉。 试验用的矿渣微粉为河南焦作白水泥厂生产，速凝剂使用阳泉市速凝剂厂生产 的I型水泥速凝剂。
按照以上配比制成的喷射混凝土具有以下优点
① 降低喷射混凝土施工过程中的粉尘含量，回弹率由普通混凝土的15%降 至7% 10%。
② 混凝土自重大大降低，比普通混凝土降低20% 30%。
③ 粘结强度大大提高，可达到1. 52Mpa以上。
④ 每立方米1900级炉渣轻质喷射混凝土成本为212. 4元，比每立方米普 通喷射混凝土成本降低了 14.53%，每立方米1700级炉渣聚苯轻质喷射混凝土 成本为213. 6元，比每立方米普通喷射混凝土成本降低了 14. 04%，。
实施例2， 一种矿用高耐久性轻质喷射混凝土，是由下列重量比例的原料 组成水泥320份、炉渣750份、砂590份、粉煤灰50份、矿渣微粉40份、 硅灰25份、速凝剂10份、水200份。实施方法同实施例1
实施例3， 一种矿用高耐久性轻质喷射混凝土，是由下列重量比例的原料 组成水泥350份、炉渣710份、砂590份、粉煤灰40份、矿渣微粉50份、 硅灰20份、速凝剂15份、水160份。实施方法同实施例权利要求
1、一种矿用高耐久性轻质喷射混凝土，其特征是由下列重量比例的原料组成水泥320-350份、炉渣710-750份、砂550-590份、粉煤灰40-50份、矿渣微粉40-50份、硅灰20-25份、速凝剂10-15份、水160-200份。
2、 根据权利要求1所述的矿用高耐久性轻质喷射混凝土，其特征是由下 列重量比例的原料组成水泥337.5kg、炉渣737kg、砂574kg、粉煤灰45kg、 矿渣微粉45kg、硅灰22.5kg、速凝剂13.5kg、水180kg。
全文摘要
本发明涉及一种混凝土，具体为一种矿用高耐久性轻质喷射混凝土。解决现有喷射混凝土技术中存在的原料配比不合适而带来的粉尘污染，回弹率高等问题。是由下列重量比例的原料组成水泥320-350份、炉渣710-750份、砂550-590份、粉煤灰40-50份、矿渣微粉40-50份、硅灰20-25份、速凝剂10-15份、水160-200份。使用轻质骨料的喷射混凝土较普通喷射混凝土自重减轻25～35％，在一定的密度等级仍具满足巷道支护需要的力学性能，有利于对整个支护体系的保护。
文档编号C04B28/00GK101633574SQ200910074628
公开日2010年1月27日 申请日期2009年5月31日 优先权日2009年5月31日
发明者付俊青, 余洪会, 尚玮玮, 管学茂, 罗树琼, 军 赵, 都海龙 申请人:山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司