一種高波阻抗混凝土、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高波阻抗混凝土、制備方法及其應(yīng)用，所述的高波阻抗混凝土，包括水泥、水、鐵砂和高效減水劑，其中，水灰比為0.24～0.28，水泥和鐵砂的質(zhì)量比為1:（1.6～3.0），高效減水劑質(zhì)量為水泥質(zhì)量的1.0%~2.0%。本發(fā)明通過將水泥、水、鐵砂和高效減水劑拌和膠凝形成高波阻抗混凝土，通過拌和，水泥和水形成的漿體將鐵砂包裹硬化形成結(jié)石；通過高效減水劑減少水用量，提高結(jié)石密度；同時，利用鐵砂增加混凝土密度和提高混凝土縱波傳播速度，從而得到高波阻抗的混凝土，從而可提高對爆炸沖擊波的反射能力。
【專利說明】-種高波阻抗混凝土、制備方法及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工程爆破【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種高波阻抗混凝土、制備方法及其應(yīng)用，可 用于制作巖石基礎(chǔ)爆破開挖中所需的孔底聚一消能底座。

【背景技術(shù)】
[0002] 水利水電工程、交通、礦山等領(lǐng)域的巖石基礎(chǔ)爆破開挖過程中，采用爆破法開挖巖 體時存在著快速施工與開挖成型、損傷精細控制的這一需要解決的問題。
[0003] 傳統(tǒng)的巖石基礎(chǔ)開挖方法采用臺階爆破并預(yù)留保護層，由于保護層開挖又通常分 三層開挖，施工效率低，影響施工進度。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展了孔底充填柔性保護層的一次爆 破法，由于柔性保護層材料易燃且對爆炸沖擊波的緩沖作用有限，孔底損傷深度依然較大。 近年來又發(fā)展了水平預(yù)裂輔以淺孔梯段爆破的開挖方法，雖然該方法較為先進，能有效得 到平整的巖基面，但由于水平預(yù)裂需要堅直工作面，每一工作面開挖進尺較短，影響施工進 度與工期。為高效、快速地完成巖石基礎(chǔ)的成型開挖，亟需實現(xiàn)垂直孔一次爆除技術(shù)。
[0004] 通過孔底的聚一消能底座可實現(xiàn)在巖石基礎(chǔ)開挖過程中垂直孔一次爆除、開挖成 型、損傷控制與快速施工，聚一消能底座通過特定形式的聚一消能結(jié)構(gòu)多次反射爆炸沖擊 波，誘導(dǎo)爆炸沖擊波能量在水平方向上聚集，實現(xiàn)相鄰孔間巖體的充分破碎，減小爆炸沖擊 波對垂直爆破孔孔底的爆破損傷，從而實現(xiàn)巖石基礎(chǔ)垂直孔爆破開挖成型。
[0005] 要實現(xiàn)聚一消能底座的爆破開挖成型，需要采用高波阻抗材料制作聚一消能底 座，現(xiàn)階段較多采用鋼鐵制作聚一消能底座，鋼鐵材料成型加工困難、成本高、費時費力，難 以大規(guī)模應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種成型便捷、成本低廉、適于大規(guī)模應(yīng) 用、可提高鉆孔爆破能量利用率和孔底平整度的高波阻抗混凝土、制備方法及其應(yīng)用。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] 一種商波阻抗混凝土，包括水泥、水、鐵砂和商效減水劑，其中，水灰比為0. 24? 0. 2 8，水泥和鐵砂的質(zhì)量比為I: (1. 6?3. 0 )，高效減水劑質(zhì)量為水泥質(zhì)量的1. 0 %? 2. 0%。
[0009] 上述水泥為強度等級為42. 5以上的硅酸鹽水泥或摻有混合材料的硅酸鹽水泥或 其他品種水泥。
[0010] 作為優(yōu)選，鐵砂粒徑不大于5_，細度模數(shù)為2. 3?3. 0,相當于中砂級別。
[0011] 上述高波阻抗混凝土的制備方法，包括步驟：
[0012] 步驟1，按比例稱量水泥、水、鐵砂和1?效減水劑，將1?效減水劑溶于部分水制成1? 效減水劑溶液；
[0013] 步驟2,拌合水泥和鐵砂，同時加入高效減水劑溶液和剩余水。
[0014] 在拌合中，水泥和水形成漿體包裹鐵砂，水泥硬化后形成水泥結(jié)石。
[0015] 上述高波阻抗混凝土可用于制備聚一消能底座，具體為：
[0016] 根據(jù)爆區(qū)爆破孔直徑確定聚一消能底座尺寸，根據(jù)聚一消能底座尺寸制作成型模 具；將上述高波阻抗混凝土拌合物導(dǎo)入成型模具，經(jīng)振搗密實，待終凝后脫模，然后進行養(yǎng) 護。
[0017] 本發(fā)明通過將水泥、水、鐵砂和高效減水劑拌和膠凝形成高波阻抗混凝土，通過拌 和，水泥和水形成的漿體將鐵砂包裹硬化形成結(jié)石；通過高效減水劑減少水用量，提高結(jié)石 密度；同時，利用鐵砂增加混凝土密度和提高混凝土縱波傳播速度，從而得到高波阻抗的混 凝土，從而可提高對爆炸沖擊波的反射能力。
[0018] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0019] 1、采用混凝土代替?zhèn)鹘y(tǒng)聚一消能底座制備中采用的鋼板、鑄鐵材料，避免了金屬 材料成型加工的困難，經(jīng)濟性好，且工藝便捷。
[0020] 2、原材料易于采購，生產(chǎn)條件與混凝土生產(chǎn)條件相近，在水利、礦山、交通的施工 現(xiàn)場均具備生產(chǎn)養(yǎng)護條件，生產(chǎn)條件易于滿足，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0021] 3、混凝土的波阻抗高，可用于改變爆炸沖擊波作用方向的聚一消能底座，可顯著 提高鉆孔爆破能量利用率和孔底平整度，減小爆炸沖擊波對炮孔底部的破壞，從而提高保 留巖體的平整度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為高波阻抗混凝土的微觀示意圖；
[0023] 圖2為聚一消能底座的三維剖分示意圖；
[0024] 圖3為聚一消能底座的應(yīng)用不范圖；
[0025] 圖4為聚一消能底座作用機理圖。
[0026] 圖中，1-鐵砂；2-水泥結(jié)石；3-雷管；4-炸藥；5-聚一消能底座；6-爆破孔壁； 7-爆破孔底墊層；A、B-入射爆炸沖擊波；C、D-反射爆炸沖擊波。

【具體實施方式】
[0027] 下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
[0028] 實施例
[0029] 某水電站巖石基礎(chǔ)爆破開挖工程，需要保證建基面的平整度。采用深孔臺階爆破， 為實現(xiàn)快速施工，要求垂直孔一次爆除，為得到較平整的建基面，保證孔底平整度，需裝置 孔底聚一消能底座?，F(xiàn)設(shè)計一種用于提高鉆孔爆破能量利用效率和孔底平整度的高波阻抗 混凝土，要求如下：密度達到3500?4500kg/m 3, 7天縱波速度達到3900?4200m/s，28天 縱波速度達到4300?4600m/s。已知開挖過程中爆破孔孔徑為105mm，技術(shù)要求平均起伏 差不大于〇. Im
[0030] 本實施例中聚一消能底座的制備過程如下：
[0031] 步驟1 :制作聚一消能底座模具。
[0032] 根據(jù)爆區(qū)爆破孔直徑，確定聚一消能底座尺寸，根據(jù)聚一消能底座尺寸制作成型 模具。
[0033] 步驟2 :根據(jù)配合比范圍，結(jié)合現(xiàn)場條件，做現(xiàn)場試驗，檢測混凝土技術(shù)指標。
[0034] (1)本實施例設(shè)計了兩組高波阻抗混凝土配合比：
[0035] 方案一：水灰比為0. 28,水泥和鐵砂的質(zhì)量比為1:1. 6, 1?效減水劑質(zhì)量為水泥質(zhì) 量的1 %，高效減水劑溶液濃度為33 %。
[0036] 方案_:水灰比為0. 24,水泥和鐵砂的質(zhì)量比為1:3. 0, 1?效減水劑質(zhì)量為水泥質(zhì) 量的2 %，高效減水劑溶液濃度為33 %。
[0037] 根據(jù)上述配合比并結(jié)合所需混凝土總量，計算各原材料用量，并考慮一定量的富 余，根據(jù)計算用量精確稱量所需材料。
[0038] (2)拌和混凝土。
[0039] 拌合時采用強制式攪拌機拌合，將稱量的水泥和鐵砂混合拌和均勻，保持拌合的 同時，加入溶于部分水的高效減水劑溶液，再用剩余的水沖洗盛高效減水劑溶液的容器3 遍并全部加入，至完全攪拌均勻后，停止攪拌。
[0040] (3)成型、脫模及養(yǎng)護。
[0041] 將混凝土拌和物經(jīng)振搗裝滿混凝土標準件模具，方案一和方案二獲得的混凝土拌 合物均澆筑3塊混凝土標準試件，用于質(zhì)量檢測，將標準件均振搗密實，待其終凝后脫模， 稱量質(zhì)量，并根據(jù)其體積計算實際密度，方案一獲得的混凝土拌合物實際密度為3500. 3kg/ m3,方案二獲得的混凝土拌合物實際密度為4501. 5kg/m3,達到設(shè)計要求，并在混凝土標準養(yǎng) 護條件下養(yǎng)護。
[0042] (4)混凝土質(zhì)量檢測。
[0043] 養(yǎng)護過程在7天和28天時用聲波儀測量標準試件縱波波速，方案一和方案二的混 凝土標準試件的7天縱波速度為3900?4200m/s，28天縱波速度為4300?4600m/s，其中， 方案一的混凝土標準的7天平均縱波速度為4082m/s，28天平均縱波速度為4426m/s ;方案 二的混凝土標準的7天平均縱波速度為4115m/s，28天平均縱波速度為4532m/s，均達到設(shè) 計要求。
[0044] 步驟3 :優(yōu)選配合比，制備聚一消能底座。
[0045] 為得到更優(yōu)效果，選擇方案二的配合比作為最終生產(chǎn)用混凝土；按上述步驟經(jīng)： 稱量一拌和一裝模成型一養(yǎng)護四個步驟制備聚一消能底座。
[0046] 步驟4:裝置安裝及爆破。
[0047] 將最終養(yǎng)護好的聚一消能底座（5)安裝于炮孔底部的爆破孔底墊層（7)上，見 圖3,裝炸藥（4)堵塞，炸藥（4)選用乳化炸藥，藥卷直徑為70mm，裝藥段長度為6m，爆破 孔底墊層50cm，堵塞段長度2m，各爆破孔裝藥22?25kg，爆破孔間排距2. 5m*2. 5m，單耗 0.46kg/m3,4孔一響，最大單響藥量92kg。確認起爆網(wǎng)絡(luò)安全后，通過雷管（3)引爆炮孔中 炸藥（4)。
[0048] 步驟5:效果檢查。
[0049] 對于巖石基礎(chǔ)垂直孔爆破開挖，為得到較好的平整度要求減少作用于爆破孔孔底 的爆炸沖擊波能量。聚一消能底座作用原理是將爆炸沖擊波能量反射到水平方向，見圖4， 增加水平方向的破碎，降低孔底巖體的破碎程度，從而達到提高孔底平整度的目的。反映 聚一消能底座能量利用效率的指標即能量的反射系數(shù)，系數(shù)越高則水平向利用率越高，反 之則越低。 (Z -Z V
[0050] 反射系數(shù)A= xioo%，Z1, Z2分別為聚一消能底座的波阻抗和應(yīng)力波傳 SvZ1 +Z2 j 播波介質(zhì)的波阻抗；波阻抗Z= P C，P為材料密度，C為材料縱波速度。
[0051] 計算方案二獲得的28天齡期高波阻抗混凝土的反射系數(shù)，傳播介質(zhì)乳化炸藥密 度P = lOOOkg/m3和縱波速度C = 3600,計算得到方案二獲得的28天齡期高波阻抗混凝 土反射系數(shù)λ = 49. 0%。這里可看出，本發(fā)明高波阻抗混凝土能有效提高爆破能量利用效 率，將作用于孔底的爆炸沖擊波能量有效地反射到水平方向，減小爆破對孔底的破碎，增加 水平向破碎，提高孔底和巖石基礎(chǔ)的平整度。
[0052] 爆破完成后，利用聲波檢測裝置測量開挖巖體水平方向的破巖范圍與孔底損傷， 和未采用聚一消能底座的爆破相比，采用本發(fā)明混凝土聚一消能底座使得水平方向破巖范 圍提高18%?22%，孔底損傷深度不大于lm，結(jié)合破巖范圍和損傷判斷實際能量利用效率 提商不小于20%。
[0053] 爆破后進行爆破孔底起伏差檢測。采用鋼卷尺量測試驗區(qū)爆后殘埂高差，用水平 繩在殘埂最高點牽引一條水平線，量測水平線至殘埂最低點的高差。經(jīng)檢測，試驗區(qū)爆破孔 底平均起伏差為0. 04m,滿足起伏差小于0. 1的要求。
[0054] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
[0055] 盡管本文較多地使用了聚一消能底座、提高鉆孔爆破能量利用效率和孔底平整度 的高波阻抗混凝土等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了 更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神 相違背的。
【權(quán)利要求】
1. 一種高波阻抗混凝土，其特征在于： 包括水泥、水、鐵砂和高效減水劑，其中，水灰比為0. 24?0. 28,水泥和鐵砂的質(zhì)量比 為1: (1. 6?3. 0)，高效減水劑質(zhì)量為水泥質(zhì)量的1. 09T2. 0%。
2. 如權(quán)利要求1所述的高波阻抗混凝體，其特征在于： 所述的鐵砂粒徑不大于5mm，細度模數(shù)為2. 3~3. 0。
3. 權(quán)利要求1所述的高波阻抗混凝土的制備方法，其特征在于，包括步驟： 步驟1，按比例稱量水泥、水、鐵砂和高效減水劑，將高效減水劑溶于部分水制成高效減 水劑溶液； 步驟2,拌合水泥和鐵砂，同時加入高效減水劑溶液和剩余水。
4. 如權(quán)利要求3所述的高波阻抗混凝土的制備方法，其特征在于： 所述的高效減水劑溶液質(zhì)量濃度為33%。
5. 權(quán)利要求1所述的高波阻抗混凝土的應(yīng)用，其特征在于： 用于制備聚一消能底座。
6. 如權(quán)利要求5所述的高波阻抗混凝土的應(yīng)用，其特征在于： 所述的用于制備聚一消能底座具體為： 根據(jù)爆區(qū)爆破孔直徑確定聚-消能裝置尺寸，根據(jù)聚-消能裝置尺寸制作成型模具；將 上述高波阻抗混凝土拌合物導(dǎo)入成型模具，經(jīng)振搗密實，待終凝后脫模，然后進行養(yǎng)護。
【文檔編號】C04B28/00GK104446168SQ201410572971
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】盧文波, 胡浩然, 嚴鵬, 陳明, 韓斌, 朱強 申請人:武漢大學(xué)