巴愣矿井冻结井壁高强高性能混凝土配制实验研究_李海平.pdf

2020年第11期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-01-15修回日期 2020-01-16 作者简介 李海平1972-， 男 （汉族） ， 山西晋城人， 工程师， 现从事煤矿工程建设管理工作。 巴愣矿井冻结井壁高强高性能混凝土配制实验研究 李海平* （鄂托克前旗恒源投资实业有限责任公司工程建设部， 内蒙古 鄂尔多斯 016299） 摘要 为了确保巴愣矿井3个立井的冻结井壁所用高强高性能混凝土既经济合理又安全可靠， 所 用材料就地取材， 采用实验室配制实验研究， 最终得出最优配合比， 满足安全施工需要。 关键词 冻结井壁； 高强高性能； 配合比 中图分类号 TD82 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202011-0136-03 巴愣矿井是在内蒙古西部即将兴建的大型矿井， 设有主立井、 副立井和中央回风立井三个井筒， 均采用 冻结法施工， 在井壁设计中采用了高强高性能混凝 土。为了确保施工的高强高性能混凝土既经济合理又 安全可靠， 采用邻近地区所出产的材料对三个井筒的 高强高性能混凝土进行了配合比优化试验研究， 最终 得出了符合现场施工的最优配制比。 1配制原则 针对冻结井壁混凝土的特殊环境， 混凝土配制应 满足以下条件 （1） 早强、 抗冻， 8～10h左右可拆模。3d强度不小 于井壁设计强度的70； 7d强度不小于井壁设计强度 的90； （2） 混凝土水化热低， 耐久性好， 混凝土胶凝材料 总用量不大于570kg/m3； （3） 混凝土工作性好， C50及以上强度等级混凝土 坍落度为不小于160mm， 便于混凝土输送和浇灌； （4） 混凝土的入模温度不低于15℃； （5） 采用常规方法， 配置工艺简单。 2材料选择 2.1水泥 此次配制的C60、 C70、 C75早强型高强高性能混 凝土采用的水泥是宁夏中宁赛马水泥有限公司生产的 赛马牌P.O 52.5R普通硅酸盐水泥。 2.2骨料 此次试验所用的细骨料为宁夏智祥沙场提供的山 砂， 其具体性能指标如表1、 图1所示。 试验选用的粗骨料为贺兰山石灰岩碎石， 粗骨料 （碎石） 的试验结果如表2所示。 2.3水 自来水。 2.4外加剂 为满足混凝土现场供料、 搅拌的易操作性， 根据本 次井壁砼的性能要求， 配制试验采用了具有高减水率 的复合型外加剂 （比单一高效减水剂掺量大） ， 选用了1 个厂家的减水剂 河北邯郸君强矿山科技有限公司生 产的JQ-HPC60和JQ-HPC80高性能混凝土外加剂。 2.5配制强度 根据混凝土配合比设计规程， C60、 C70、 C75混凝 土配制强度如表3所示。 各组试件试验的配合比及其试验结果如下所示。 2.5.1C60配制实验结果 （见表4） C60-1水胶比0.285； 砂率36； 坍落度185mm； 立 筛孔尺寸 （mm） 10.0 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 分计筛余量 （g） 0 245 302 214 151 262 134 累计筛余百分率 （） 0 18 40 56 67 87 97 表1宁夏山砂试验分析结果 注 细度模数Mx＝3.14， 属于粗砂， 偏粗。 136 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 方体试件抗压强度 3d （55.6MPa） ， 7d （61.8MPa） ， 28d （72.3MPa） 。 C60-2水胶比0.285； 砂率36； 坍落度185mm； 立 方体试件抗压强度 3d （54.7MPa） ， 7d （62.0MPa） ， 28d （71.7MPa） 。 C60-3水胶比0.285； 砂率36； 坍落度190mm； 立 方体试件抗压强度 3d （53.9MPa） ， 7d （60.7MPa） ， 28d 筛孔尺寸 （mm） 80.0 63.0 50.0 40.0 31.5 25.0 20.0 16.0 10.0 5.00 2.50 分计筛余量 （g） / / 0 / 0 / 1425 / 3190 301 46 累计筛余百分率 （） / / / / 0 / 28 / 92 98 99 表2贺兰山石灰岩碎石实验结果 抗压强度标准值 （MPa） C60 C70 C75 混凝土强度标准差 （MPa） 6.0 6.0 6.0 混凝土配制强度 （MPa） 69.8 79.8 84.8 表3C60、 C70、 C75混凝土配制强度一览表 水泥 ∶ 砂子 ∶ 石子 ∶ 水 （kg） 420 ∶ 650.7 ∶ 1156.8 ∶ 142.5 外加剂 （kg） 80,16， JQ-HPC60 胶凝材料 （kg） 500 表4巴愣矿井冻结井壁C60高性能混凝土配制试验结果 （70.9MPa） 。 C60-4水胶比0.285； 砂率36； 坍落度190mm； 立 方体试件抗压强度 3d （55.0MPa） ， 7d （62.4MPa） ， 28d （73.2MPa） 。 C60-5水胶比0.285； 砂率36； 坍落度180mm； 立 方体试件抗压强度 3d （52.8MPa） ， 7d （62.5MPa） ， 28d （72.6MPa） 。 C60-6水胶比0.285； 砂率36； 坍落度185mm； 立 方体试件抗压强度 3d （53.5MPa） ， 7d （60.9MPa） ， 28d （71.4MPa） 。 2.5.2C70配制实验结果 （见表5） C70-1水胶比0.28； 砂率36； 坍落度185mm； 立 方体试件抗压强度 3d （57.6MPa） ， 7d （69.5MPa） ， 28d （80.3MPa） 。 表5巴愣矿井冻结井壁C70高性能混凝土配制试验结果 水泥 ∶ 砂子 ∶ 石子 ∶ 水 （kg） 430 ∶ 644.7 ∶ 1146.1 ∶ 144.2 外加剂 （kg） 85 （90） ,16.5 （17.1） JQ-HPC60 胶凝材料 （kg） 515 （525） C70-2水胶比0.28； 砂率36； 坍落度190mm； 立方体试件抗压强度 3d （58.9MPa） ， 7d （68.6MPa） ， 28d 137 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 （79.9MPa） 。 C70-3水胶比0.275； 砂率36； 坍落度190mm； 立 方体试件抗压强度 3d （59.6MPa） ， 7d （70.2MPa） ， 28d （81.3MPa） 。 C70-4水胶比0.28； 砂率36； 坍落度185mm； 立 方体试件抗压强度 3d （60.2MPa） ， 7d （70.6MPa） ， 28d （81.5MPa） 。 C70-5水胶比0.28； 砂率36； 坍落度190mm； 立 方体试件抗压强度 3d （61.3MPa） ， 7d （70.8MPa） ， 28d （82.0MPa） 。 C70-6水胶比0.275； 砂率36； 坍落度185mm； 立 方体试件抗压强度 3d （60.6MPa） ， 7d （71.1MPa） ， 28d （81.6MPa） 。 2.5.3C75配制实验结果 （见表6） 水泥 ∶ 砂子 ∶ 石子 ∶ 水 （kg） 450 ∶ 635.1.7 ∶ 1129.1 ∶ 145.8 外加剂 （kg） 90 （115） ,16.7 （21） JQ-HPC60 胶凝材料 （kg） 540 （550） 表6巴愣矿井冻结井壁C75高性能混凝土配制试验结果 强度 等级 C60 C70 水泥 （kg） 420 435 外加剂 （kg） 80 90 胶凝 材料 500 525 砂 650.7 641.0 石子 1156.8 1139.6 水 142.5 144.4 砂率 36 36 外加剂种类 及掺量 君强JQ-HPC60内掺16.0 君强JQ-HPC80内掺17.1 表7巴愣矿冻结井筒井壁C60、 C70混凝土 C75-1水胶比0.27； 砂率36； 坍落度200mm； 立 方体试件抗压强度 3d （64.8MPa） ， 7d （73.6MPa） ， 28d （82.6MPa） 。 C75-2水胶比0.258； 砂率36； 坍落度190mm； 立 方体试件抗压强度 3d （65.2MPa） ， 7d （72.2MPa） ， 28d （82.5MPa） 。 C75-3水胶比0.26； 砂率36； 坍落度190mm； 立 方体试件抗压强度 3d （69.8MPa） ， 7d （72.3MPa） ， 28d （84.7MPa） 。 C75-4水胶比0.27； 砂率36； 坍落度190mm； 立 方体试件抗压强度 3d （66.3MPa） ， 7d （73.0MPa） ， 28d （83.1MPa） 。 C75-5水胶比0.258； 砂率36； 坍落度195mm； 立 方体试件抗压强度 3d （67.2MPa） ， 7d （70.1MPa） ， 28d （81.6MPa） 。 C75-6水胶比0.26； 砂率36； 坍落度195mm； 立 方体试件抗压强度 3d （62.8MPa） ， 7d （71.1MPa） ， 28d （82.2MPa） 。 3结论 根据以上C60、 C70、 C75高强高性能混凝土配合 比试验结果， 由于受现场原材料的限制 （粗、 细骨料） ， 在水泥和外加剂掺用量均为最佳 （最适宜） 的前提下， 混凝土的配制强度最高只能满足C70的标准。巴愣矿 井在冻结井壁结构设计时， 可将C70强度等级的混凝 土作为上限值。 （1） 通过实验得出所选用的材料如下 水泥采用赛马牌P.O 52.5R普通硅酸盐水泥。 细骨料 混凝土用砂细度模数不应小于2.9， 建议 控制砂子的含泥量。 粗骨料 采用宁夏贺兰山石灰岩碎石， 严格控制风 化的碎石比例。 C60砼可采用河北邯郸君强矿山科技有限公司生 产的JQ-HPC60高性能混凝土外加剂。 C70砼可采用河北邯郸君强矿山科技有限公司生 产的JQ-HPC80高性能混凝土外加剂。 （2） 根据前面的试验结果， 巴愣矿井冻结井筒井壁 C60、 C70混凝土配合比见表7。 参考文献 [1]JGJ52－92.1993普通混凝土用砂质量标准及检验方法[S]. [2]JCJ53－92.1993普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验 方法[S]. [3]JGJ55-2011.2011普通混凝土配合比设计规程[S]. [4]巴愣矿井初步设计[R]. 138 ChaoXing