專利名稱：一種用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種坑道支護(hù)材料，尤其是地下采煤作業(yè)中常用的用于支撐巷道的支護(hù)柱，具體地涉及一種超輕質(zhì)泡沫混凝土煤礦罐型支護(hù)柱。
背景技術(shù)：
我國煤礦主要是井工開采，需要在井下開掘大量巷道，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國國有大中型煤礦每年新掘進(jìn)的巷道總長度高達(dá)數(shù)千公里。面對如此大規(guī)模的地下工程，保持巷道暢通和圍巖穩(wěn)定對煤礦建設(shè)與生產(chǎn)具有重要的意義，巷道的支護(hù)成本、速度、可靠性直接影響煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與安全生產(chǎn)。沿空留巷支護(hù)技術(shù)自20世紀(jì)50年代開始在我國使用，并取得了較大的發(fā)展，但還存在著一些技術(shù)難題未能很好的解決。沿空留巷技術(shù)成敗關(guān)鍵在于支護(hù)措施的采取，而巷旁支護(hù)作為沿空留巷技術(shù)支護(hù)的難點，在我國一直沒有得到很好地解決。目前應(yīng)用較多的巷旁支護(hù)形式主要有木垛、混凝土柱、鋼柱等?；炷林亓枯^大，搬運(yùn)不便，液壓式鋼柱成本較高，而木垛的承載力離散性較大，原本的承載力也有限，且容易腐朽。此外，這些支護(hù)方式還存在支護(hù)阻力、可壓縮性等力學(xué)性能與沿空留巷圍巖變形不相適應(yīng)、效果差和勞動效力低等不足。因此，采用新技術(shù)、新材料制造巷旁支護(hù)柱顯得非常迫切。EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土是一種大變形、高吸能的新型混凝土材料。在薄壁鋼管中填充EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土，利用其優(yōu)異的延性，當(dāng)材料單向受壓達(dá)到屈服極限后，隨著變形的增加，材料仍能保持較高的承載能力，借助鋼管殼的約束作用使混凝土處于三向受力狀態(tài)， 從而使夾心EPS混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力。本發(fā)明基于這樣一個基本原理，提出了一種在薄壁鋼管中填充超輕質(zhì)高強(qiáng)EPS混凝土的罐型支護(hù)柱，根據(jù)不同工況下支護(hù)要求，生產(chǎn)出不同直徑、不同抗壓強(qiáng)度的罐型墩柱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的各類煤礦支護(hù)柱存在的成本高或自重大或壽命短或抗變形能力小等不足，設(shè)計制備一種輕質(zhì)高強(qiáng)、易搬運(yùn)、抗變形能力強(qiáng)的EPS泡沫混凝土罐型墩柱及所用EPS泡沫混凝土。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其特征在于，其呈整體式柱體結(jié)構(gòu)，其包括薄壁鋼管和填充在薄壁鋼管內(nèi)的EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土。優(yōu)選地，所述的薄壁鋼管，其管徑為65mnTl00mm，管壁厚度為1mm，鋼材采用Q235。優(yōu)選地，所述的EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土表觀密度為400kg/m3以內(nèi)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到 2. 5MPa 以上。優(yōu)選地，所述的EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土包括硅酸鹽水泥、高鋁水泥、微硅粉、膠粉、 EPS泡沫顆粒、高效減水劑、聚丙烯纖維、泡沫劑和水，其中硅酸鹽水泥用量為23(T300kg/ m3，高鋁水泥用量(Γ15 kg/m3，微硅粉用量1(T25 kg/m3，膠粉用量為(Γ5 kg/m3，EPS泡沫顆粒用量為15 20kg/m3，聚丙烯纖維摻量為0. Γ0. 2 kg/m3，泡沫劑用量為1. (Tl. 8 kg/m3，水用量6(T100 kg/m3，高效減水劑為膠凝材料(水泥、高鋁水泥和微硅粉)質(zhì)量的0. 6^1. 0%。優(yōu)選地，所述硅酸鹽水泥宜選用P. 0 52. 5水泥。優(yōu)選地，所述的微硅粉宜選用顆粒粒徑為0. 0Γ0. 1 μ m, SiO2含量大于90%。優(yōu)選地，所述高鋁水泥宜選用625高鋁水泥。優(yōu)選地，所述的膠粉宜選用遇水可分散的乙烯、月桂酸乙烯酯、氯乙烯三元共聚膠粉。優(yōu)選地，所述的EPS顆粒宜選用直徑小于Imm的顆粒。優(yōu)選地，所述的聚丙烯纖維，其特征是長度為9mm。優(yōu)選地，所述的發(fā)泡劑選用蛋白質(zhì)類發(fā)泡劑。優(yōu)選地，所述的高效減水劑選用奈磺酸鹽類系高效減水劑液體，其固含量在40%
左右ο根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種根據(jù)本發(fā)明提供的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱中的EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的制備方法，包括如下步驟順序進(jìn)行拌和澆注灌入薄壁鋼管中先將按配合比設(shè)計要求的硅酸鹽水泥、高鋁水泥和微硅粉進(jìn)行干拌30秒，加入 60%水和減水劑攪拌1分鐘，加入EPS顆粒，其攪拌時間為30秒分鐘，將剩余的水和發(fā)泡劑加入，攪拌1. 5^2分鐘，然后澆注到薄壁鋼管中。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過選用合適的原材料和配比的精心設(shè)計配制出高強(qiáng)超輕 EPS泡沫混凝土并將其填充于薄壁鋼管中，形成罐型墩柱，有效解決了傳統(tǒng)木垛及密集支護(hù)過程中存在的矸石沉縮量大、巷內(nèi)支架變形嚴(yán)重、維護(hù)工作量大、安全性差等問題，帶來了如下有益的效果輕質(zhì)高強(qiáng)，受力可靠具有抗較大變形能力，成本低、安裝方便，易運(yùn)輸。該發(fā)明不僅適用于煤礦巷道的支護(hù)，也可用于圓形橋墩模板、各類支撐等工程領(lǐng)域的柱狀結(jié)構(gòu)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實施例1墩柱受壓荷載-變形曲線。圖3是實施例2墩柱受壓荷載-變形曲線。
具體實施例方式結(jié)合本發(fā)明內(nèi)容提供以下實施例
根據(jù)本發(fā)明提供的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其呈整體式柱體結(jié)構(gòu)，其包括薄壁鋼管1和填充在薄壁鋼管內(nèi)的EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土 2。其中，薄壁鋼管呈圓柱體結(jié)構(gòu)，薄壁鋼管直徑為65mnTl00mm，鋼材選用Q235 ；而在一個變化例中，薄壁鋼管可以為方薄壁鋼管。用于填充薄壁鋼管的EPS輕質(zhì)泡沫混凝土表觀密度為400kg/m3以內(nèi)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到2. 5MPa以上。具體地，所述EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土材料組分包括硅酸鹽水泥、高鋁水泥、微硅粉、膠粉、EPS泡沫顆粒、高效減水劑、聚丙烯纖維、泡沫劑和水，其中，硅酸鹽水泥用量為 23(T300kg/m3，高鋁水泥用量(Γ15 kg/m3，微硅粉用量10 25 kg/m3，膠粉用量為0 5 kg/m3, EPS泡沫顆粒用量為15 20kg/m3，聚丙烯纖維摻量為0. Γθ. 2 kg/m3，泡沫劑用量為1. (Tl. 8
4kg/m3，水用量6(T100 kg/m3，高效減水劑為膠凝材料質(zhì)量的0. 6^1. 0%，其中，所述膠凝材料的質(zhì)量是指所述水泥、高鋁水泥和微硅粉的總質(zhì)量。更為具體地，所述硅酸鹽水泥采用P. 052. 5水泥，所述高鋁水泥采用625高鋁水泥，所述聚丙烯纖維的長度為9mm，所述高效減水劑采用奈磺酸鹽類系高效減水劑液體，其固含量在40%。所述微硅粉采用顆粒粒徑為0. 0Γ0. 1 μ m, SiO2含量大于90%。所述膠粉采用遇水可分散的乙烯、月桂酸乙烯酯、氯乙烯三元共聚膠粉。所述EPS顆粒采用直徑小于 Imm的顆粒。所述發(fā)泡劑采用蛋白質(zhì)類發(fā)泡劑。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明提供的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱中的EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的制備方法中，用于填充薄壁鋼管制備罐形墩柱的EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土由硅酸鹽水泥、高鋁水泥、微硅粉、膠粉、EPS泡沫顆粒、高效減水劑、聚丙烯纖維、泡沫劑和水按一定比例、以如下工藝方法完成拌和并澆注到不同管徑的薄壁鋼管形成罐形墩柱先將按配合比設(shè)計要求的硅酸鹽水泥、高鋁水泥和微硅粉進(jìn)行干拌30秒，加入60%水和減水劑攪拌 1分鐘，加入EPS顆粒，其攪拌時間為30秒分鐘，將剩余的水和發(fā)泡劑加入，攪拌1. 5^2 分鐘，然后澆注到薄壁鋼管中。制備的用于填充薄壁鋼管的EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土單位體積的各組成及薄壁鋼管直徑如下
具體實施的結(jié)果如下
從以上測試結(jié)果可見本發(fā)明的輕質(zhì)高強(qiáng)EPS泡沫混凝土墩柱具有較高的承載力，遠(yuǎn)高于木垛的承載力(木垛最大承載力為33. 6噸，平均承載力為28. 48噸)，是一種值得大力推廣應(yīng)用的煤礦支護(hù)新型材料。
權(quán)利要求
1.一種用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其特征在于，其呈整體式柱體結(jié)構(gòu)，其包括薄壁鋼管和填充在薄壁鋼管內(nèi)的EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其特征在于，薄壁鋼管呈圓柱體結(jié)構(gòu)，薄壁鋼管直徑為65mnTl00mm，管壁厚度為1mm，鋼材選用Q235 ；或者薄壁鋼管為方薄壁鋼管。
3.權(quán)利要求1或2所述的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其特征在于，用于填充薄壁鋼管的EPS輕質(zhì)泡沫混凝土表觀密度為400kg/m3以內(nèi)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到2. 5MPa以上。
4.權(quán)利要求1至3中任一項所述的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其特征在于，所述EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土材料組分包括硅酸鹽水泥、高鋁水泥、微硅粉、膠粉、EPS泡沫顆粒、高效減水劑、聚丙烯纖維、泡沫劑和水，其中，硅酸鹽水泥用量為23(T300kg/m3，高鋁水泥用量(Γ15 kg/m3，微硅粉用量1(T25 kg/m3，膠粉用量為(Γ5 kg/m3，EPS泡沫顆粒用量為15 20kg/m3，聚丙烯纖維摻量為0. Γ0. 2 kg/m3，泡沫劑用量為1. (Tl. 8 kg/m3，水用量 60^100 kg/m3，高效減水劑為膠凝材料質(zhì)量的0. 6^1. 0%，其中，所述膠凝材料的質(zhì)量是指所述水泥、高鋁水泥和微硅粉的總質(zhì)量。
5.權(quán)利要求4所述的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其特征在于，符合如下任一種或任多種技術(shù)特征-所述硅酸鹽水泥采用P. O 52. 5水泥；-所述高鋁水泥采用625高鋁水泥；-所述聚丙烯纖維的長度為9mm ；-所述高效減水劑采用奈磺酸鹽類系高效減水劑液體，其固含量在40%。
6.權(quán)利要求4或5所述的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其特征在于，所述微硅粉采用顆粒粒徑為0. ΟΓΟ. 1 μ m, SiO2含量大于90%。
7.權(quán)利要求4至6中任一項所述的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其特征在于， 所述膠粉采用遇水可分散的乙烯、月桂酸乙烯酯、氯乙烯三元共聚膠粉。
8.權(quán)利要求4至7中任一項所述的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其特征在于， 所述EPS顆粒采用直徑小于Imm的顆粒。
9.權(quán)利要求4至8中任一項所述的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱，其特征在于， 所述發(fā)泡劑采用蛋白質(zhì)類發(fā)泡劑。
10.一種權(quán)利要求1至9中任一項所述的用于煤礦支護(hù)用泡沫混凝土罐型墩柱中的 EPS輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的制備方法，其特征在于，包括如下步驟順序進(jìn)行拌和澆注灌入薄壁鋼管中先將按配合比設(shè)計要求的硅酸鹽水泥、高鋁水泥和微硅粉進(jìn)行干拌30秒，加入60%水和減水劑攪拌1分鐘，加入EPS顆粒，其攪拌時間為30秒分鐘，將剩余的水和發(fā)泡劑加入，攪拌1.5 2分鐘，然后澆注到薄壁鋼管中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于煤礦支護(hù)的EPS泡沫混凝土罐型墩柱，其特征是它呈整體式圓柱體結(jié)構(gòu)，包括薄壁鋼管與內(nèi)填的輕質(zhì)高強(qiáng)EPS泡沫混凝土；所述的EPS泡沫混凝土要求表觀密度控制在400kg/m3以內(nèi)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa以上。還提供相應(yīng)的混凝土制備方法。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，重量輕，強(qiáng)度高和抗變形能力強(qiáng)等優(yōu)點，不僅適用于煤礦巷道的支護(hù)，也可廣泛用于圓形橋墩模板、各類支撐等工程領(lǐng)域的柱狀結(jié)構(gòu)。
文檔編號C04B28/06GK102505948SQ201110331668
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者陳兵 申請人:上海交通大學(xué)