《顶板破碎注浆加固材料的配置与性能测试》
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摘 要：本文介绍了一种以普通硅酸盐水泥、高铝水泥熟料、石膏、石灰为主体的顶板破碎注浆加固材料,并测定了该材料的抗压强度、抗折强度、凝固时间和流动度等特性.研究表明,所研制的顶板破碎注浆加固材料流动度好,速凝早强,能满足顶板破碎注浆加固的要求.使其既具有水泥材料的高致密性,且低廉.
关键词：注浆加固;顶板破碎;复合材料;流动度;凝固时间;抗压强度
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.066
0 引言
矿井在极近煤层开采中,结束上覆煤层回采后,再去开采下部煤层,一般都会导致下部煤层顶板严重破碎,致使破碎顶板超前漏冒,煤壁片帮,采场围岩控制也十分困难,这都大大制约了采掘工作面的推进度,严重影响生产,甚至被迫停产,自然难以实现安全、高效的煤矿开采.非人为情况下也存在天然破碎顶板,支护困难.故制备一种顶板破碎注浆加固材料,加固顶板,提高顶板的整体稳定性,进而形成良好的承载结构,防止漏顶、冒顶等事故的发生.破碎顶板注浆,可使破碎顶板形成一个整体,改善力学结构,有效控制顶板,以保证工矿企业的安全生产和经济效益.
浆液与介质能形成固结体胶结,增大了裂隙岩体的整体凝聚强度,固结体形成了基本的坚固的骨架结构,增强了整个顶板的承载能力,有效防止了采煤面的片帮、冒落等类似事故,大大降低支护成本,节约经济成本支出,避免不必要浪费.
1 试验研究的技术路线
1.1 试验目的
试验研究目的：制备出一种水泥基复合破碎顶板注浆加固材料.该材料具有以下特点：（1）速凝,终凝时间小于3小时;（2）早强,1d单轴抗压强度大于10MPa,3天单轴抗压强度大于20MPa;（3）流动性好,按最佳水灰比加水搅拌,20min内的净浆流动度大于28cm;（4）它无毒无污染,凝固后收缩变化极小.
1.2 技术措施
该研究的关键是保证该类材料的抗压强度、抗剪切强度、凝固时间、流动性能等性能完全达标,留出了足够的料灌浆操作时间,同时能较快凝固,初期就具有一定抗压强度,以防达到应有效果,而且材料制造成本较低.所以,选择低价、普通硅酸盐水泥作为主料,配一定量高铝水泥熟料,再加入石灰、石膏等配料,并添加多种外加剂,配制出一种早强、抗折、速凝、流动性好的灌浆加固材料,并在对其物理力学性能进行一系列实验室测定,做出最终可运用、可实施的建设性结论.
2 试验的原材料、实验方法及配比实验
2.1 原材料及配方
试验的材料为：
（1）水泥：PC32.5级普通硅酸盐水泥,采用六盘水豪龙水泥厂生产.
（2）高铝水泥熟料,论文中所有使用的高铝水泥熟料均为“硫铝酸钙水泥熟料”,郑州建文特材科技公司生产.
（3）石膏：源于正常石粉厂生产.
（4）石灰：源于正常石灰厂生产.
（5）外加剂：减水剂采用聚羧酸减水剂等.
实验材料选用三组配比方法,通过实验选取最佳配比,这三组配比方法分别是 ：
（1）配方一：PC32.5级普通硅酸盐水泥（该组为对照组）.
（2）配方二：PC32.5级普通硅酸盐水泥与高铝水泥熟料以30：70的比例混合.
（3）配方三：PC32.5级普通硅酸盐水泥、石膏、石灰与高铝水泥熟料以74：6 ： 5 ：15的比例混合.
2.2 试验方法
三组均选用0.5的水灰比,同时均加入干粉净 0.2%的减水剂,浆液的制备采用IVJ-160型水泥净浆搅拌机搅拌,搅拌时间为3-5min,并进行如下实验检测.
（1）单轴抗压强度的测定.将上述材料按照规定的水灰比,搅拌均匀成可用浆液,注入70.70 mm×70.70mm ×70.70mm的試模中,用刮片将超出试模的材料刮掉.将试块置于湿度为96%、温度为21°C的养护箱中养护24小时后,脱模并继续养护,使用微机压力实验机测其1天、3天、8天、29天、70天的单轴抗压强度.
（2）抗折强度的测定.将上述材料按照规定的水灰比,搅拌均匀成可用浆液,注入50mm×50mm ×50 mm的试模中,用刮片把超出试模的材料刮去.将试块置于湿度为96%、温度为21°C的养护箱中养护24小时后,脱模并继续养护,使用微机控制压力机测其1天、3天、8天、29天、70天的抗折强度.
（3）凝固时间的测定.使用维卡仪,测定测试水泥浆液的凝结时间.具体试验要参照GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》.
（4）流动度的测定.将上述材料按照规定的水灰比,搅拌均匀成可用浆液,将浆液注入置于水平玻璃板上高度60.00 mm、下口直径60.00mm、上口直径36.00mm的截锥圆模中,用刮片将超出试模的材料刮去后,将截锥圆模垂直提起,浆液呈圆形扩散30s后,测量其直径.
3 试验结果及分析
3.1 复合材料的抗压强度
影响材料抗压强度的主要因素为高铝水泥熟料的掺量.对比如下图1所示,高铝水泥熟料掺量越高,抗压强度越高,配方二的高铝水泥熟料掺量最高,明显比其他两个配方的抗压强度高.
水灰比与材料的抗压强度存在极大的关系,假设水灰比越低,那么材料的抗压强度就会越高,尤其是加入了减水剂后,水灰比越低,材料的抗压强度增加更加明显,配方二的高铝水泥熟料为30.12%,减水剂掺量为0.21%,在水灰比为0.51的材料配比情况下,1天的单轴抗压强度可达到15.24MPa,8天可达40.50 MPa.
3.2 复合材料的抗剪切强度
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性能测试引用文献:
[1] 性能测试论文范文 性能测试方面毕业论文开题报告范文2万字
[2] 性能测试论文范文 性能测试类有关论文范文集2万字
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