粉煤灰对注浆材料性能的影响.pdf

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1、技术革新建井技术19 9 5(6)粉煤灰对注浆材料性能的影响淮南犷业学院朱佑国曹毓侠(安徽淮南市)舀 J习夕,农口剐,唯爹试七点月寸十之+月 夕士+坎I七日日J不产LL刁人-一,二 匕目J多乙刀丈l口,八J IJJ刀氏少曰门甘梦七曰J多样性的要求。如工 程抢险,则需要快凝早强的浆液;加 固注浆,浆液的结石率和后期强度更为人们所关注;而大面积充填注浆,浆液材料的成本则 上升为主 要 因素。水泥、水玻璃浆液是煤矿注浆堵水常用的一种浆液,本文以水泥、水玻璃浆液为基础,通过添加粉煤灰而使 其性能得以改 善,浆液 的 凝结口斗作刁飞几冷士1 了J士剐,声早l右二石1.4田二片l不I祠曰书一目刁卫洛习了曰

2、J.洲JZ户气二口俘月r尹目J J口跳Z万乙”J砂.J J 了匕目日 二斌二/、,产口声匀二多二广。1粉煤灰对水泥、水玻劝桨液抗压强度及凝结时间的影响试验所用粉煤灰取自淮南电厂,外观呈铁灰色,其化学成份和物理性能见表1及表2。表1粉煤灰的化学成份5102A 12O3Fe203MgO烧失量50.4954.703 4.8 54 1.222.7 95.1 1905.050.421.10320.53310表2粉煤灰的物理性能容重比重/kgm一 3细度/。.08方孔筛余%比表面积/emZg一 l标准稠度需水量/%8 8 89 5 1.012.22试 验方案及结果在水灰比为1:1、体积比为0.4玻璃浓度为

3、3 0B e的条件下,安排1组对比水试验,试验方案及结果见表3。表3试验方案及结果抗压强度/MPa试验号F/(F+C)W/(F+C)S/(W+F+C)凝胶时间/s注:F粉煤灰;W水;C水泥;S水玻璃;F/(F+C)、W/(F+C)为重量比.5/(W十F+C)为体积比;试块尺寸4emx4emxl6em。.2结果分析间相应延长。(l)在水泥、水玻璃浆液中加 入粉煤灰,使浆液结石体早期强度有所下降,且凝固时(2)粉煤灰掺量 不同、对结石体抗压强度的影响也不同,其中掺5 0%粉煤灰的水泥建井技术1995(6)技术革新一水玻璃浆体28 d龄期时其 抗压强 度与不掺者相 当;而掺3 0%粉煤灰时,其抗压强

4、 度却可提高 2 3%左 右。因此,掺 加适量 粉煤灰的C一S浆液特 别适合注 浆加 固工 程,如井壁注浆加固等场合。2提高F一C一S桨液固结 体早 期强 度的措 施F一C一S浆体2 8d龄期 的抗压强度 是 令人满 意的,但早期 强度的降低却给 注浆堵 水带来 了不利 的影响。我们从以下3方 面进行了提高早期 强度的研究。2.1延长搅拌 时 间2.1.1试验 方法F/(F十C)为50%,以1:1水灰比在水泥胶砂搅拌机 中搅拌(为减少水分蒸发,搅拌 筒罩以塑料薄膜),按 规 定时 间 与 水玻 璃(3oB e)均 匀混合后浇模,6!1后拆模,试块放 在室 温水中养 护。试验结 果见表4。表4试

5、验结果麟期扭伴时间/二。/d391 4192430354 045体早期强 度渐趋 稳 定。2.2提 高搅拌速度2.2.1试 验方 法水泥与粉煤 灰各 半,以l:1的水灰比,在 高速 搅 拌机中 搅 拌3mi n左右,与浓度 为30B e的水 玻璃按0.4:1的体积比均匀 混合后,浇入Z cmXZ cmxZ cm净浆试模中,4h后脱模,水 中养 护。搅 拌过 程 中为 防止浆 液溅出和水分蒸发,搅拌筒罩以塑料薄膜。整个操 作过程 在室温 下进 行。2.2.2结 果分 析(1)从图1中可以看出,搅拌速度的增加 不 仅有利于浆 液 结石体早 期 强 度 的 提 高,而 且有 利于后期 强 度的发展。

6、经 转速 为50 014 oor/m in搅 拌3m in,浆液 结石体3d抗压强度比普通转速(Zoor/min)下搅拌3min提高9%4 0%,28 d强度提 高3%一1 2%左右。遗乏nU侧旧困侣0 95.365.605.815.97几.诀 异.艺7 66.897.0 411.2011.1211.016.117.】6 0.9 06.206.26几.蕊 几.说6.287.3511.1820 05 002.1.2结果 分析(1)从表4中可以看出,延长搅拌 时间可 使浆 体的早 期 强度提 高,搅拌至3 0m i n以后,强度 增长 趋缓。强 度总增 长率 可达 2 0%以上。(2)延长搅拌时间

7、对 后期强度并无影响,随着 龄期的增 长,浆液结石体抗压强度趋于一致。(3)随 着搅 拌时 间 的延长,水泥水 化产物逐渐 产生,继而被 剥离、迁 移,因此,分散体系中分散相的粒 子数 量大 增,从而有利于早期强度的提高,但时间过 长不利于这些粒子相联结成匀细的空间网状结构,形成强度骨架。因此,随着搅拌 时间的不断延长,浆8 0 01 10 01 400转邃nlrmm一,图l下l,弓 搅拌速 度对浆体抗压 强度的 影响注:.2,3分 别为3,7,28d龄期时抗压 强度曲线。(2)龄期 3 d的抗压强 度 曲线 在 转 速 为50or/min处有一拐点,当转 速大于so or/min时,曲线上升

8、的幅度增大,亦即搅拌机转 速大于50 or/m i n时,可 收到较为 明显的效果。(3)搅 拌速 度的增 加加 快 了水泥 颗粒 表面的 水化产物的剥离和迁 移速度,从 而使 水泥颗粒 不断 暴露 出新的表面,大 大加 深 了水泥水 化程度。同时,高 速搅 拌的机械 作用加剧了颗 粒间 的摩擦,使 更多的机械能变为热能,从而提高了拌和物的温 度,加速 了分子运 动,改善了水泥水化 的条件,使水泥水 化技术革新建井技术19 9 5(6)速度加快,因而有显著的早强作用。高速搅拌带来了浆体早期结构的变化,减少了 固结体内的微缺陷,影 响着 固结体强度的发 展,使得后期强度也有明显的增 加。2.3选

9、择化学外加剂2.3.,试验方案及试验数据利 用均 匀设计 安排试验方案,其最大优点是可 节省 大量 的试验 工作 量,有效 地筛选出最佳因素。所考察的因素、变化范围及试验方案 与结果 详见表5和表6。表5因素水平表名称1234567氯化钠00.61.21.82.433.6三乙醇胺00.0 30.0 60.0 90.120.1 50.1 8亚硝酸钠00.61.21.82.433.6石膏粉00.61.21.82.433.6表6试验方案及结果试验NaCIN(CZHOH)3号(XI)(XZ)CasO4NaNoZ抗压强度ZHZO/M PaY(X 3)(X4)Y良好的相关性,因而可用3个变量的回归方程来预

10、测Y值。显然,指标Y值随 因素Xl,X4的增 加 而 减 少;随因素XZ的增 加 而 增加;因素X3对指标Y无 影响。这是因为氯化钠 和 亚硝酸钠使F一C一S浆体溶液中的钠离子 数量 增多,而使浆体强度负增长;石膏矿粉由于溶解度小,而对浆体强度无影响;只有三乙醇胺才使浆体早期强度提高。因此,要提高F一C一S浆液的早期强度,可用 三乙醇胺作早强剂。进一步的试验表明,当三乙醇胺掺量小于0.09%时,浆体早期抗压 强度与不掺者相比,反 而 下降。只有当掺量大于0.0 9%时,早期抗压强度才逐渐增 加,且掺得越多,强度越大(图 2)。当三乙醇胺掺量 为0.1 8%时,早期抗压 强度比不掺者提高2 8%

11、左右,后期强度却有所下降,但降低 的幅度 并不大(F O.。(3.3)一55 9,故方 程是显著的,又因Tl,TZ和T4均在 不 同水平显著,故Y与变量Xl,XZ,X4之 间有0一0 30一0.0.15三乙.含口了书图2三乙醇胺对F一C一S浆体抗压强度的影响注:1,2分别为3d,2 8d龄期抗压强度曲线。总之,延长搅拌时间和提高搅拌速度均能使F一C一S浆体早期抗压 强度有所提高,但后者效果 优于前者,且前者需 时太 长,不宜在生产中应用。而提高搅拌速度无需特殊的工 艺和设 备,易于推广和应用。有关的研究还 表 明,如两 法并 举,则 获得 的效果是两者之和。3结语(l)适量掺加粉煤灰,可使C一

12、S浆液结石体后期强度提高,这对于 注浆加固特别有建井技术19 95(6)技术革新冻乡含井内万动口二姿豁防冻措施江苏省煤建公 司工 程管理处周亚东丁成华(江苏徐州市)立井 井筒通过 含水 丰富 的表土层或基岩时,采用 冻结凿井法是 安全、可 靠的施 工方法。但 长期以来,掘进所用 的风动工具(风镐、风钻、风动抓斗和伞钻等)常因冻结井内的低 温,使其 冻住 而无法运 转,严重影响了立井冻结段掘进,也阻 碍 了冻结段作业实现机 械化。2防 冻措施探讨风动工具 不能运转的原 因目前 我国建井 行业使用的 压风 动力一 般由L型 双级压缩机 提供,如4 L一20/8型、SL-40/8型等,其排气温度在苏

13、、鲁、豫、皖地区可高达10 0一14 0C。高 温、高压 空气在 输送过 程中遇低 温形成冷凝水。尤其是在夏季阴雨 天,空气 湿度 大,输送的 压风与冻结 井筒 内温度差值较大,冷凝水 量 最大。由于 冻结 井井 筒 内温度 一般 均 在。C以下,有 的 掘进 工作 面温 度低达一5一一6。压风在井 筒内经风管和 吊盘分风器输送过程中被进一 步降温,冷凝水在 风动工具的控制气路中冻结成 冰,堵 塞气路,从而使风动工具 无法运转。近 几年来,江苏省煤建公司三处在施 工冻结井时,一般在井口设风包(采用 压缩机风 包结 构),解决井口分风及初级滤水;吊盘设小风包分风及次级滤水;迎头分风 器设排污管

14、定 期放水。采用以上几种措施后 的效 果均 不理 想。也尝 试过用无水氯化 钙、活性炭分滤 器 过滤 压风 中的冷 凝水,因诸多 原 因未能 采用。我 们参照兄弟单位 的某些做法,并总结了多 个冻结井的施工经 验,采取 了以下综合措施:(l)治源。先从解决二级压缩 机 出口气温高着手,在压缩机出口风包顶部加洒水管,使 压风 机房出气 温度下降3 05 0。高温、高压气体初步 冷却后产 生的冷凝水大部分先由风包的 浮 动式排污装置(采 用4 0m3压 风机专 配风包自动浮 桶式 排污机 构)排 出,如无该装置,可用 手动排污阀定期放水,并视大气湿 度情况及耗风量大小每班放水24次;(2)供风管路

15、降温,井口风包除水。将压 风 机房至井口之间的长2050m供风管利。(2)大量掺 加粉煤灰时,C一S浆液仍具有凝结时 间可调、结 石率高等特 点,并 可大 幅度地降低注浆成本,这 对于大 面 积充填注浆特别有利。(3)在 对早、后期强 度均有要求的场 合,在掺加适量粉煤灰的同时,可采取一些相应的措施,如延 长搅拌时间、提高搅拌速度、添加外加剂等,或通过改变F一C一S浆液配合比的方式来达到 目的。总之,粉煤灰的加入改善 了C一S浆液的性能,使其 能较 好地满足不 同注浆工 程 的需要,并在降低注浆工程 成本 的 同时起 到废物利用、保护 环境的作用,具有良好的 经济效益 和社会效益。(责任编辑黄

16、贻直)建井技术19 9 5(6)建井技术19 95年第6期主要文章摘要关键词(按中国图书资料分类法分类编号)T D2 6 5.34济宁三 号井风 井井筒 快速施 工/张东 峰/建井技术一19 95(6)一23济宁三号 井风井 井筒采用 差异冻结法施 工,在表土段和 基岩段分别创出月 成井15 0.8 8m和7 lm的好成绩。文中介绍 了 施工情况,最后提 出了几 点建议立井井筒快速施_L差异冻结(建信)T D263收 敛控制法在巷道支护设计 中的应 用/张邻楚等/建井技术一 995(6)一4一8收 敛控制法是以围岩收敛 线与支护控制线为依据的支护结构设计方法。该方 法针对不同的地质条件和各种具

17、体的工程 对象,把经验与理论计算有机地结 合起来选择合理的 巷 道支护 结 构。通过工 程 应 用,表明收敛控制法对指导设计和施 工 具 有现 实意义。收 敛控制 法巷道支护围岩临空系数(建情)T D26 5.83 0A隧洞的施工与质量控制/张豫生等/建井技术一1 9 95(6)一91 2护盾式全断面掘进机(TBM)在矿山井巷、隧道等工程施 工中,显示出其功能的独特优越性。尤其是与预制钢筋混凝土管 片式支护配 套施工,使开挖、出渣、衬砌、灌浆等工序平 行 作业,一次成巷,达 到安 全、优质和快速施工 的目的。本文介绍了18 0型双护盾全断面掘进机开挖与管片式支护在引大入 秦3 0A隧洞中的施

18、工 及钢筋混凝土管 片在生产、运输和安装中的质量控制。隧洞护盾式全断面掘进机管片支护施 工(建情)T D3 5喷射混凝上减弹降尘技术/陈恢翰/建井技术一1 99 5(6)一1517首先分析了产生粉尘回弹的主要原 因及影响因素。结合国 内煤矿实际情况 和条件,从改革喷射工艺、研制先进 的喷射配套 机具及筛选性能优良的速凝剂等方面 入手,达到减弹降尘的目的。喷射混凝土减弹降尘技术(建情)T D 262.4立井井 筒托架安 装方法的改进/杜锋等/建井 技术一1 9 9 5(6)一2 1一2 2托架 安装是立井 井筒装备的一项重 要工作,其安装质量 影响井筒装备质量。目前普遍采用的托架安 装方法还存在

19、一些 问题,故对安装方法作了改进,提出了单衬套和 双衬套的安装方法、均取得较好效果。立井托 架安装单衬套双衬套(建情)T D352.3Y JM一3/60 4型模板 在混合作业中的应 用/黄俊贤/建井技术一19 9 5(6)一2 3一25充州矿 务局济宁二号矿井主井井筒基岩段混合作业施工中,采用了YJM型模板砌壁,取得 了较好的效果。文章介绍了该 种模板的结构及特征,砌壁工艺及应用效果。模板混合作业应用(建情)T D2 65.32高强钢筋混凝土 井 壁模型试验研究/程桦等/建 井技术一1 9 95(6)一2627介绍 了模型试验情况,分析了高强 钢筋混凝土井壁的变形和强度特征,给出了计算井壁极限

20、承载能力的经验公式。高强钢筋混 凝 土井壁模型试验承载能力(建情)T D3 53.5田坝二号井软岩巷道几种支护形式分析/李树德/建井技术一19 9 5(6)一28一3 1田坝二号井软岩巷道支护年维修量很大,严重影响了施工进度和质量,为此,曾采用几种不同的支护结构。本文通过对田坝二号井软岩巷道的几种不同支护形式:2 5U型钢 支护、料石暄、锚杆加U型钢支护及锚杆喷 浆加料石暄等进行了分析,并提出对软岩支护的几点看法。软岩巷道料石暄锚喷支护分析(建情)T D32 2围岩应力与顶 板破坏/陈东朝等/建井技术一19 95(6)一3 23 5本 文通过 对围岩应力的有 限元法分析,了解顶板破坏的一般规律和内在原因,从而在施工中可采取相应的措施,避免应力集中和采取适宜的支护形式。围岩应力有限元法顶板破坏分析(建情)T D2 6 5.4粉煤灰对注浆材料性 能的影 响/朱佑国等/建井 技 术一19 9 5(6)一3 6一38介绍了粉煤灰对水泥一水玻璃浆液凝胶 时间和 固结体抗压强度的试验方案及结果。文中指出,适量掺加粉煤灰可提高水泥一水玻璃 浆液结石体的后期强度,其早期强度虽受影响但可采取一定的措施加以补偿;大量掺加时该浆液 仍具有结石率高、凝胶时间可调等特性,并可大幅度 降低浆液成本。粉煤灰水泥一水玻璃浆液强度结石率(建情)