煤矸石混凝土巷旁支护充填材料的试验研究

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1、文章编号：1007—046X(2014)06—0023—03固废利甩煤矸石混凝土巷旁支护充填材料的试验研究ExperimentalStudyofGangueConcreteasSupportFillingMaterialforTunnelWal王斌云，薛凯旋，杨翔，杨国良。朱祥(镇江建科建设科技有限公司，江苏镇江212004)摘要：为了降低矿山充填成本，必须解决煤矸石、钢渣大量堆积而危害坏境的问题。本试验以水泥、矿渣为主要胶凝组分，钢渣为充填细集料、煤矸石为充填粗集料制备充填材料；同时借助扫描电镜(sEM)对其水化产物组成和微观结构进行观察。结果表明：该充填料

2、具有良好的流动性，保水性好、不泌水，早期强度高，后期强度稳定，28d抗压强度达到15．3MPa，满足矿山充填要求。关键词：煤矸石混凝土；钢渣；巷旁支护材料；充填中图分类号：TD849+．5TU528．53文献标志码：A0前言炉料公司生产的矿渣微粉，比表面积为459m／kg；水泥是由山水集团提供42．5R硅酸盐水泥；煤矸石来自山东级沿空留巷技术是一门可以很大程度地提高矿井经济效索煤矿；水为自来水。其主要化学成分见表1。益的实用技术【1．。其关键在于沿空一侧巷旁支护材料的选表1原材料化学组成％择。目前最为先进的巷旁支护材料大都采用高成本的水泥或高水材料，直接影响着

3、矿山经济效益【3】。实践表明，一般总成本的70％一80％的费用都用于充填材料[4】。因此，研制力学性能优良、价格低廉并便于实现机械化的充填材料是应用充填支护的关键。煤矸石是采煤过程中排放出的固体废弃物，目前我国1．2试验方法煤矸石的堆存量已超过30亿t，形成了1500多座矸石山，1．2．1试验过程占地约1．1m2【5】，而且每年以近2亿t的速度增长。煤矸采用30％水泥、40％矿渣、30％粉煤灰来制备充填胶石的综合利用已经引起了国内外学者的关注【6_-o】。钢渣是凝材料；将钢渣在球磨机中粉磨至95％的颗粒粒径<炼钢过程中产生的废渣，梁建军等人【ll】研究了利用钢

4、渣0．63mm，30％的颗粒粒径<0．08Inm，制备充填细集料；等体积全部或部分替代普通混凝土中的集料进行钢渣混凝将煤矸石破碎成小块(平均粒径在5～20mil1)制备充填粗土配制，并对其力学性能进行了试验研究。基于煤矸石和集料。基于前期试验的探索，根据JGJ55—200o《普通混凝钢渣的固有特性，本文利用水泥、矿渣为主要胶凝组分，土配合比设计规程》设计混凝土强度等级为C20(胶凝材料钢渣和煤矸石为充填集料制备充填材料，研究矸石混凝土用量为320kg／m、用水量为240kg／m、细集料率为38％)巷旁支护充填材料物理力学性能。级为基准。固定用水量为240kg／

5、m3、细集料率为38％研究胶凝材料用量对其性能的影响；固定胶凝材料用量为1试验320kg／m、细集料(钢渣)率为38％，研究用水量对其性能的影响；固定胶凝材料用量为320kg／m3、用水量为1．1试验原材料240kg／m3，研究细集料率对其性能的影响。采用150mm试验所用钢渣取自济南钢铁集团；矿渣采用济南鲍德×150mm×150mm混凝土试模成型．试块成型后放入温6／2014粉煤灰23度为20±2oC、湿度为95％以上的标准养室中养护，24h2．3细集料(钢渣)率对煤矸石混凝土支护充填材料性后脱模放入水中养护至规定龄期测定其力学性能。能的影响1．2．2物理、

6、力学性能试验表4为不同细集料率的煤矸石混凝土支护充填材料的按照GB／T8074-2008《水泥比表面积测定方法》测定物理性能和各龄期力学性能的试验结果。由表4可以看出，比表面积；按照GBfF50080-2002《普通混凝土拌合物性随着细集料(钢渣)率的增加，浆体的流动性能增强，充填能试验方法标准》测定其塌落度。；按照GB50081-2002体各龄期的力学强度也逐渐增强，且由各配比的力学强度《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定充填体强度。可以看出，各配比都能满足矿山充填要求。用FEIQuanta250场发射扫描电子显微镜(SEM)对试表4细集料(钢渣)率对煤矸

7、石混凝土支护样的水化产物形貌进行观察。充填材料性能的影响2试验结果与分析2．1胶凝材料用量对煤矸石混凝土支护充填材料性能的影响表2为不同胶凝材料用量的煤矸石混凝土支护充填材料的物理性能和各龄期力学性能的试验结果。由表2可以看出，随着胶凝材料用量的增加，浆体的流动性能增强，充填体各龄期的力学强度增强；且由各配比的力学强度可2．4最佳配比的确定以看出，各配比都能满足矿山充填要求。基于以上试验结果，选取以上验3个因素各取3个水表2胶凝材料用量对充填材料性能的影响平进行正交实验，实验结果如表5所示。表5正交实验结果2．2用水量对煤矸石混凝土支护充填材料性能的影响表3为

8、不同用水量的煤矸石混凝土支护充填材料的