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新纪录说明(1200字以内):关键词:高强高性能低廉配合比当地原材料常规施工方法大体积混凝土深厚表土层地压大而井壁不被压坏造价低节约矿井建设成本高赵固一矿冻结段井壁C40~C80高性能混凝土试验应用由焦煤集团赵固一矿建设指挥部和中国建筑材料科学研究院水泥科学与新型建材研究所及煤炭科学研究总院北京建井研究所共同承担。其试验方法是应用“双掺”技术,在普通混凝土的传统组份中掺入化学外加剂及矿物外加剂,采用常规的混凝土生产工艺配制低水化热高强高性能混凝土。高强高性能混凝土是混凝土技术的一个重要发展方向,在一定程度上标志着某个国家行业的混凝土施工技术水平。其强度高、耐久性好、变形小,能够适应现代工程结构向大跨、高层、重载发展及承受恶劣环境的需要,并能够大幅度提高工程结构和构件承载能力,减少结构构件尺寸和自重,加快工程施工进度,增加使用空间等。新拌制的高强高性能混凝土具有低的水胶比(W/B)和良好的流变性特性,不离析,不泌水,甚至可达到自流密实的程度。在硬化过程中体积稳定,水化热少,温升低,冷却时温度收缩及干燥收缩小。硬化高强高性能混凝土具有致密的结构和高的抗渗性、抗冻融、抗碳化及化学侵蚀能力,从而具有良好的耐久性。赵固一矿位于焦作煤田东部、太行山南麓的赵固矿区内,冲积层厚度达518m,冻结深度为575m,主、副、风井井筒净直径和井筒深度分别为5m/634.8m和6.7m/634.8m及5.2m/598.8m。冻结段采用钢筋混凝土塑料夹层双层复合井壁结构,主、副、风井的外层井壁厚度分别为600~850mm、700~1000mm和600~850mm,混凝土设计标号为C40~C80混凝土体积达m3。赵固一矿地压明显比全国其他地区高得多。高强高性能混凝土的配制在配制高强高性能混凝土时,其主要技术措施是采用化学外加剂和矿物外加剂,国内外采用的措施基本上是一致的。但市场上不同厂家生产的的外加剂性能差异很大,因此高强高性能混凝土的配合比设计目前尚无统一方法,一般是通过经验计算和试配后确定。为了满足工程需要,配制出适用于冻结井筒内、外层井壁受力条件和筑壁特点的C40~C80低水化热早强防裂密实高性能混凝土,我们先在试验室进行混凝土原材料试验、配合比试验、强度增长特性试验,将结果提供给现场后,然后在施工现场进行混凝土复验和施工准备。除对赵固一矿当地易于采购的、质量稳定的砂、石和市场上大量供应的P.O.42.5普通硅酸盐水泥及粉煤灰等混凝土材料进行了试验优选外,又对天津、唐山、安阳等地的磨细矿渣、硅灰以及高效减水剂、早强减水剂、防裂密实剂、增强剂等材料进行了试验优选,最后提出利用当地P.O.42.5水泥机制砂、石灰岩碎石、Ⅱ级粉煤灰和以安阳磨细矿渣为主的矿物外加剂与化学外加剂双掺技术配制出性能优异、成本较低的C40~C80高性能混凝土,以满足赵固一矿575m冻结段内、外层井壁筑壁的需要。水泥选用胶砂强度符合要求的P.O.42.5水泥,砂子选用细度模数≥2.96的机制中砂,石子选用石灰岩碎石,磨细矿渣选用比表面积为450m2/kg(C40~C60混凝土用)和650m2/kg(C65~C70混凝土用)的磨细矿渣,矿物外加剂选用比表面积为400m2/kg的Ⅱ级粉煤灰和Ⅰ级粉煤灰,化学外加剂选用J851系列早强减水剂(C40~C70混凝土用)和液体聚羧酸盐高效减水剂及TK-M矿物掺合料增强剂。外层井壁采用J851系列的早强减水剂与磨细矿渣等为主的矿物外加剂双掺技术配制成C40、C50、C60、C65、C70、C80低水化热、早强高性能混凝土。C40~C60选用的早强减水剂分别为J851-A、J851-B、J851-C型,C65~C70选用的早强减水剂为J851-D型。C80选用的早强减水剂为液体聚羧酸盐高效减水剂。内层井壁采用C40选用粒径为5~31.5mm连续级配的石灰岩碎石石子,C50~C80选用粒径为5~25mm连续级配的石灰岩碎石石子。本次试验应用上述矿物外加剂与以前用于水泥中混合材的矿物掺合料在性能作用上有显著不同。例如:以往把矿渣掺加在水泥熟料中一起粉磨,由于矿渣比水泥熟料难磨,当熟料磨细到一定细度,矿渣仍不够细,所以水化速度较慢,以致水泥的保水性差,早期强度低,混凝土的耐久性不好;而单独磨细后的矿渣颗粒较细,水化很快,并发挥了磨细矿渣的填充和改善集科界面的作用,所以混凝土在各龄期的强度都较高。从对比试验可以看出,本次试验提出的C40、C50、C60、C70和C80内层和外层混凝土较各自空白组混凝土的水灰比有了大幅度下降。这正是由于化学外加剂的使用,才使混凝土在用水量下降的同时又能够保持良好的工作性,配制的混凝土结构更加致密,不易渗水,具有良好的耐久性。本次试验采用的混凝土配合比中大幅度降低了水泥的用量,外层井壁混凝土中水泥用量在420kg/m3以内,内层井壁混凝土的水泥用量在390kg/m3以内,大幅度降低混凝土的水化温升和收缩。同时采用J851早强减水剂、JQ防裂密实剂和矿物外加剂双掺的技术路线,提高了混凝土的早期强度,不同龄期的混凝土强度发展良好。根据20组配合比和不同龄期(1d、3d、7d、28d)的试验结果优选出外层井壁10种高强高性能混凝土配合比,系统地进行不同龄期(1d、3d、7d、28d、60d、90d)的抗压强度试验。室内试验的高强高性能混凝土配制强度不低于设计标号的1.15倍。试验得出:各种配合比的早期强度和后期强度(见表2)。高强高性能混凝土坍落度按混凝土标号控制,稠度、粘度适中,适合于底卸式吊桶短距离输送、插入式振捣器振捣密实和早期脱模。高强高性能混凝土施工工艺为了确保C40~C80高性能混凝土使用效果,施工前由科技攻关小组组织现场施工人员和一线工人进行岗前培训与技术交流。分别在三个井口安设混凝土集中搅拌站,站内各安设一台JS1000型水平双卧轴强制式混凝土搅拌机(公称容量1000L,进料容量1600L,搅拌电机功率37KW)配备PLD1600型混凝土配料机,微机控制自动计量。水泥、砂、石子及粉煤灰或磨细矿渣经自动计量配料机自动计量后卸入搅拌机上料斗;由专人负责人工向料斗中投放其它外加剂(机械秤提前计量);水由搅拌机上自动计量继电器控制。物料计重后,加入搅拌机过程中要防止遗撒。计量偏差符合下列规定(按重量计):水泥为±2%;粉煤灰、磨细矿渣、增强剂、早强减水剂、及水均为±1%;砂、石均为±3%。砂、石均应为干料,施工前在现场清洗净,砂子的含泥量应小于1%,石子的含泥量应小于0.5%(含泥量包括碎石中粒径小于75µm的颗粒含量和石粉颗粒含量)。在搅拌机上安装计时器,准确控制混凝土搅拌时间,要求混凝土最短搅拌时间为90s。按照不同标号高强高性能混凝度坍落度的要求严格控制加水量,并在每次拌制第一盘混凝土时,加大水泥和砂子用量10%,其水灰比保持不变,以便搅拌机挂浆。采用2.4m3底卸式吊桶下放高强高性能混凝土,在吊盘上设分灰器,经分灰器、活节管溜入模板中,模板之上设环形浇筑口。采用定人、定方位、井帮留名的方式,分层(分层厚度为300mm)、对称、均匀浇灌。使用风动插入式高频振捣器(震动棒长度5~6m)振捣,确保高强高性能混凝土均匀振捣(振捣分布间距一般为300~400mm)。井筒外壁采用段高可调节的MJY型单缝液压整体金属模板下行砌筑,砌壁段高为2.8~4.3m。脱模时间控制在整个混凝土浇筑完后10~16h以后进行。在每个掘砌段施工高强高性能混凝土前应先进行试配,检测坍落度,并根据天气变化检测砂、石的含水率,以便及时调整混凝土拌合的用水量。应用效果主、副、风井三个井筒从井深-121m至冻结段底部的外层井壁共施工了m井壁m3高强高性能混凝土。从实际应用中可以看出,高强高性能混凝土早期强度高,1d、3d、7d、28d的混凝土强度都达到了设计要求,有效地防止了外层井壁因混凝土早期强度低而遭受破坏;28d强度均达到和超过设计标号;混凝土后期60d强度较28d的强度提高4%~18%;收缩性能与普通混凝土相当,密实性好,抗氯离子渗透性和抗反复冻融性等耐久性指标好。混凝土的水泥用量小,水化热低,比一般方法配制的C40~C80混凝土水化热降低15℃左右,能有效地减少冻结壁的融化范围,较全面地适应冻结井筒外层井壁筑壁的需要,有利于安全施工。为了认证井壁混凝土强度,在井筒外层井壁采取钻取法抽样试验,井壁混凝土实际强度均达到和超过设计标号,混凝土的强度增长率超过冻结压力的最大增长率,能有效地防止外层井壁压坏问题。技术水平(1)首次在矿井井壁工程中应用J851系列的早强减水剂与磨细矿渣等为主的矿物外加剂双掺技术配制的C40~C80低水化热早强混凝土能较全面地适应冻结井筒外层井壁筑壁的需要。其特点:早期强度高,1d、3d、7d的混凝土强度分别超过设计强度的20%、50%、80%,有效地防止了外层井壁因混凝土早期强度低而遭受破坏;60d强度较28d的强度提高4%~14%,抗氯离子渗透和抗反复冻融等耐久性指标好;水化热比冻结井筒其它配制C40~C80混凝土的水化热降低15℃左右,能有效地减少冻结壁融化范围,有利于安全施工;混凝土的坍落高为8~10cm,较适应底卸式吊桶输送和插入式振捣器振捣密实;经济效益显著,1m3混凝土的费用比冻结井筒其它方法(如掺10%BR-3型增强防水剂或掺8%硅灰+1.2%萘系高效减水剂或掺8%PNC-7防水剂+8%硅灰+3.5%NC-Ⅲ早强剂等方法)配制C40~C55混凝土的费用降低100元左右。(2)首次在矿井井壁工程中应用JQ系列的防裂密实剂与磨细矿渣等矿物外加剂双掺技术配制C40~C80低水化热防裂高性能混凝土,较全面地适应冻结井筒内层井壁连续筑壁的需要。其特点:混凝土坍落度为8~10cm,稠度、粘度适中,适合于底卸式吊桶短距离输送、插入式振捣器振捣密实和早期脱模;水化热比冻结井筒其它方法配制C40~C80混凝土的水化热降低15℃左右,且能起补偿混凝土收缩的作用,能有效地防止冻结井筒内层井壁连续筑壁大体积混凝土的收缩裂缝和温差裂缝;混凝土的3d、7d强度分别超过50%和80%以上,90d强度比28d强度提高7%~18%,抗氯离子渗透和抗反复冻融等耐久性指标好;经济效益显著,1m3混凝土的费用比冻结井筒采用其它方法(如掺1.3%NF+8%硅灰+15%FS-Ⅱ型膨胀剂或掺8%PNC防水剂+8%硅灰等方法)配制C40~C60混凝土的费用降低100元左右。推广应用前景C40~C80高强高性能混凝土已成功应用于赵固一矿主、副、风井井筒井壁工程,28d强度均达到和超过设计标号,新拌混凝土的和易性、施工性好,抗渗、抗腐蚀性等耐久性指标均达到高性能混凝土的要求,为提高井壁混凝土设计标号和推广应用提供了实践经验。从室内配制C70混凝土的强度增长特性和60d和90d强度分别比28d强度提高4%~18%和7%~18%的效果分析,说明采用磨细矿渣为主的矿物外加剂与化学外加剂双掺技术配制高性能混凝土的强度潜力很大,在水泥、砂、石等条件不变的情况下,可以把混凝土强度提高到C75以上。如采用P.O.52.5水泥、花岗岩碎石和掺入适量硅灰,还可以把混凝土标号进一步提高。从发展趋势分析,用磨细矿渣配制高性能混凝土的优点已得到公认,Ⅰ级、Ⅱ级磨细矿渣已很普遍,磨细矿渣的生产成本呈下降趋势,在有钢铁厂地区已出现进一步开展利用磨细矿渣资源的热潮,为进一步利用比表面积更大的磨细矿渣以提高混凝土标号和降低费用提供了有利条件。随着高强高性能混凝土用量迅速扩大,矿物外加剂用量也不断增加,水淬高炉矿渣和粉煤灰是工业废料,其数量巨大,合理利用有益于环境保护,也有巨大的社会经济效益。
本文标题:混凝土新纪录材料
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