專利名稱：柔性混凝土噴層支護(hù)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采礦工程或其它地下工程的井巷、硐室的噴層支護(hù)之技術(shù)領(lǐng)域。
在采礦工程或其它地下工程中，對(duì)具有松軟、膨脹、流變等特點(diǎn)的復(fù)雜巖層或其它動(dòng)壓巷道的維護(hù)是經(jīng)常遇到的難題。近年來國(guó)內(nèi)外都主張采用先柔后剛的支護(hù)原理，先釋放一部分地層能量以達(dá)到控制地層壓力的目的。這種先柔后剛的支護(hù)原理通常是以噴射混凝土和錨桿的聯(lián)合支護(hù)作為初次支護(hù)的方式。但是現(xiàn)在普遍采用的混凝土噴層，其柔性很小，通常呈脆性破壞，因而在很小的拉伸或壓縮變形條件下就發(fā)生開裂，以致在巷道圍巖變形稍大的情況下支護(hù)3～5天就發(fā)生開裂、掉塊，從而失去封閉圍巖和支護(hù)的作用。
本發(fā)明的目的基于上述噴層支護(hù)材料的不足之處，提供一種柔性好的具有一定抗拉、抗彎性能的混凝土噴層支護(hù)材料。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供的一種柔性混凝土噴層支護(hù)材料，其特征是混凝土中摻入0.2%～2.0%體積含量的有機(jī)化學(xué)纖維。下面對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明提供的柔性混凝土噴層支護(hù)材料，將一定長(zhǎng)度的有機(jī)化學(xué)纖維摻入到以水泥、砂子、礫石或卵石組成的混凝土基體中，并使之噴射到圍巖上形成噴層支護(hù)。有機(jī)化學(xué)纖維均勻地分布在基體中，起著許多微型配筋作用。所摻入的有機(jī)化學(xué)纖維，其彈性模量小于基體彈性模量，而斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)則比基體的破壞應(yīng)變大2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，纖維加入到基體后可以改善其抗拉、抗彎性能和韌性，而且在基體發(fā)生開裂后還有較大的殘余強(qiáng)度。本發(fā)明所采用的有機(jī)化學(xué)纖維為維尼綸纖維、尼龍纖維、聚丙烯纖維，此三種纖維均可耐堿性，其物理特性見表1。纖維的長(zhǎng)度采用7～25mm為宜，而纖維在混凝土
基體中的體積含量在0.2%～2.0%范圍之內(nèi)。如果纖維的含量過多其彈性模量過小，反之纖維的含量過少則其彈性模量過大、殘余強(qiáng)度過小。纖維的具體含量視圍巖巖層的特性及纖維直徑所決定，一般為在混凝土基體中維尼綸纖維的體積含量在0.5%～1.0%范圍內(nèi)，尼龍纖維的體積含量在0.2%～0.8%范圍內(nèi)，聚丙烯纖維的體積含量在0.8%～2.0%范圍之內(nèi)。摻入基體中的纖維可以為上述的各種纖維的混合物。
在混凝土基體中加入纖維摻料時(shí)，采用骨料與纖維摩擦方式使纖維均勻分布于該基體中，并且此柔性混凝土噴層支護(hù)材料以干式或潮式方法噴射到圍巖上。所述的混凝土基體其水泥、砂、礫石或卵石間的重量配比為水泥∶砂∶礫石(或卵石)＝1∶(1.5～2)∶(1.5～2)而其水灰間的重量配比為水∶水泥＝(0.4～0.6)∶1如果在混凝土配比及纖維的摻入過程中外加占水泥重量的2%～3%速凝劑。則本發(fā)明所提供的柔性混凝土噴層支護(hù)材料效果更佳。所用的速凝劑可采用國(guó)產(chǎn)的紅星1號(hào)或711號(hào)。
本發(fā)明按照以上述的內(nèi)容所提供的柔性混凝土噴層支護(hù)材料與已有的普通混凝土噴層支護(hù)材料相比，雖然因纖維的的加入其抗壓強(qiáng)度略降低，但其噴層呈張拉破壞，而已有的噴層呈剪切破壞;當(dāng)壓縮破壞時(shí)本發(fā)明的極限變形量可達(dá)到7%以上，而已有的噴層其最大值為2.5%，而且本發(fā)明具有50%以上的殘余強(qiáng)度，而已有的噴層不具有此特性。本發(fā)明以劈裂法測(cè)定其抗拉強(qiáng)度表明與已有的噴層相比可提高10～40%，做抗彎試驗(yàn)表明本發(fā)明較已有的噴層可提高20～30%，而其韌度(載荷×撓度)可提高2～30倍。本發(fā)明在直徑為4米的圓形斷面巷道中噴層厚度為50毫米時(shí)，可以允許巷道周邊徑向位移量可以達(dá)到100毫米左右。由此可見，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于采礦、煤碳、水電、鐵道、國(guó)防等工程中所遇到的具有松軟、膨脹、流變等特性的復(fù)雜巖層或其它動(dòng)壓巷道的圍巖之支護(hù)領(lǐng)域。
本發(fā)明按照上述的柔性混凝土噴層支護(hù)材料，提供以下7個(gè)實(shí)施例。每個(gè)實(shí)施例的配方見表2
對(duì)于按表1所述的配比組成的各種材料分別進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，其結(jié)果見表3
對(duì)于按表1所述的配比組成的各種材料分別進(jìn)行強(qiáng)度-應(yīng)變?cè)囼?yàn)，其結(jié)果見表4。
如表1所述的配比組成的各種材料分別按16cm長(zhǎng)的試件進(jìn)行四點(diǎn)純彎曲試驗(yàn)，并測(cè)定梁中點(diǎn)撓度為2mm時(shí)所吸收的能量。其結(jié)果見表5所示。
由以上所述的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明本發(fā)明所提供的柔性混凝土噴層支護(hù)材料(實(shí)施例1至實(shí)施例6)，與已有的普通混凝土噴層支護(hù)材料(實(shí)施例7)相比，各項(xiàng)指標(biāo)均有較大的差異。
權(quán)利要求
1.一種柔性混凝土噴層支護(hù)材料，其特征在于混凝土基體中摻入0.2%至2.0%體積含量的有機(jī)化學(xué)纖維。
2.按照權(quán)利要求1所述的柔性混凝土噴層支護(hù)材料，其特征在于所述的混凝土配比為水泥∶砂∶礫石(或卵石)∶水＝1∶(1.5～2)∶(1.5～2)∶(0.4～0.6);
3.按照權(quán)利要求1或2所述的柔性混凝土噴層支護(hù)材料，其特征在于所述的有機(jī)化學(xué)纖維為維尼綸纖維、尼龍纖維或聚丙烯纖維;
4.按照權(quán)利要求3所述的柔性混凝土噴層支護(hù)材料，其特征在于混凝土基體中摻入維尼綸纖維的體積含量在0.5%～1.0%范圍;
5.按照權(quán)利要求3所述的柔性混凝土噴層支護(hù)材料，其特征在于基體中摻入尼龍纖維的體積含量在0.2%～0.8%范圍;
6.按照權(quán)利要求3所述的柔性混凝土噴層支護(hù)材料，其特征在于混凝土基體中摻入聚丙烯纖維的體積含量在0.8%～2.0%范圍;
7.按照權(quán)利要求3所述的柔性混凝土噴層支護(hù)材料，其特征在于所述的纖維長(zhǎng)度在7～25毫米范圍;
8.按照權(quán)利要求1或2所述的柔性混凝土噴層支護(hù)材料，其特征在于混凝土配比及纖維的摻入過程中加入占水泥重量的2%～3%范圍的速凝劑。
全文摘要
一種柔性混凝土噴層支護(hù)材料，由混凝土基體中摻入0.2～2.0％體積含量的有機(jī)化學(xué)纖維所組成，其特點(diǎn)是該噴層呈張拉破壞，當(dāng)壓縮破壞時(shí)極限變形量達(dá)7％以上，而且具有50％以上的殘余強(qiáng)度。本發(fā)明可應(yīng)用于具有松軟、膨脹、流變等特點(diǎn)的復(fù)雜巖層或其它動(dòng)壓巷道的圍巖支護(hù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)E21D15/02GK1030904SQ8710504
公開日1989年2月8日 申請(qǐng)日期1987年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月25日
發(fā)明者宋琳, 鄭雨天, 王哲, 張向東, 吳新利 申請(qǐng)人:東北工學(xué)院