第一節(jié) 支護(hù)材料

第八章巷道支護(hù)第一節(jié)支護(hù)材料1本章提要本章主要講述井巷支護(hù)理論及技術(shù)。

錨桿支護(hù)的基本理論及施工技術(shù)；噴射混凝土施工技術(shù)以及其他聯(lián)合支護(hù)的形式等。支護(hù)目的：保證巷道圍巖穩(wěn)定，防止圍巖垮落或產(chǎn)生過大變形，滿足正常生產(chǎn)和安全要求，巷道掘進(jìn)后一般都要立即進(jìn)行支護(hù)。

支護(hù)的三種類型：

第一類為各種被動支護(hù)形式，包括木棚支架、鋼筋混凝土支架、金屬型鋼支架、料石碹、混凝土22023/12/152及鋼筋混凝土碹等；第二類是以錨桿支護(hù)為主，旨在改善巷道圍巖力學(xué)性能的積極支護(hù)形式，包括錨噴支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)、錨噴網(wǎng)支護(hù)等；

第三類是以高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿和注漿加固為主的積極主動加固形式，如錨注支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)等，能明顯改善破裂巖體力學(xué)特性，支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性好，承載能力高，支護(hù)效果好。因此，巷道支護(hù)技術(shù)已經(jīng)有了較大的發(fā)展，為礦山的可持續(xù)發(fā)展做出了較大貢獻(xiàn)。2023/12/1533本章主要參考書

《煤巷錨桿支護(hù)》侯朝炯、郭勵生、勾攀峰等中國礦業(yè)大學(xué)出版社2023/12/1544本章主要參考書52023/12/155第一節(jié)支護(hù)材料62023/12/15棚式支架———石材整體支護(hù)———錨噴支護(hù)梯形金屬支架料石金屬錨桿（錨索）拱形可縮金屬支架磚

木錨桿木支架混凝土竹錨桿鋼筋混凝土支架

鋼筋混凝土

金屬網(wǎng)

混凝土

6在物理、化學(xué)作用下，能從漿體變成堅(jiān)硬的石狀體，并能膠結(jié)其他物料而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝材料。

膠凝材料可以分為無機(jī)和有機(jī)兩大類。瀝青和各種樹脂屬有機(jī)膠凝材料。無機(jī)膠凝材料按照其硬化條件，又可分為水硬性和非水硬性兩類。水硬性膠凝材料在拌水后既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，通常稱為水泥；非水硬性膠凝材料只能在空氣中硬化而不能在水中硬化，故又稱氣硬性膠凝材一、膠凝材料2023/12/1577料，如石灰、石膏等。

1.非水硬性膠凝材料——不宜于潮濕環(huán)境

⑴石膏：硫酸鈣（CaSO4·2H2O），主要用于室內(nèi)裝飾、絕熱保溫、吸音防火，900～1000℃。如圖8-1所示。

⑵石灰：CaCO3→CaO+CO2

生石灰；CaO+H2O→Ca(OH)2+15.5千卡熟石灰。

作用：砌筑砂漿或抹灰砂漿，拌制三合土（石灰、黏土、砂石或礦渣）－提高強(qiáng)度和耐水性，建筑物基礎(chǔ)、路基等。2023/12/1588圖8-1石膏(硫酸鈣)2023/12/1599

2.水硬性膠凝材料：水泥用于地面、地下和水中。

3.水玻璃水玻璃又稱泡花堿，是一種堿金屬硅酸鹽。(1)種類：根據(jù)其堿金屬氧化物種類的不同，又分為硅酸鈉水玻璃和硅酸鉀水玻璃等，其中以硅酸鈉水玻璃最為常用。(2)作用：水玻璃具有良好的粘結(jié)性能和很強(qiáng)的耐酸腐蝕性；水玻璃硬化時析出的硅酸凝膠還能堵塞材料的毛細(xì)孔隙，有阻止水分滲透的作用。2023/12/151010

(3)應(yīng)用：水玻璃還具有良好的耐熱性能，高溫不分解，強(qiáng)度不降低(甚至有增加)。因此常用于工程注漿堵水和加固。二．水泥

1.品種（高水速凝材料）11⑴硅酸鹽水泥⑵普通硅酸鹽水泥建筑工程⑶礦渣硅酸鹽水泥⑷粉煤灰硅酸鹽水泥⑸火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥2023/12/1511⑴高鋁水泥—快硬、高強(qiáng)、耐腐蝕，國防、道路、搶修。⑵膨脹水泥—防水沙漿：構(gòu)件、管道接頭，防滲抹面。特殊工程⑶白色水泥—原料和制作設(shè)備及過程。⑷彩色水泥：氧化鐵、氧化錳、氧化鉻。⑸快硬水泥；搶修工程、抗沖擊及抗震性工程。⑹耐硫酸鹽水泥。2023/12/151212

2．硅酸鹽水泥⑴生產(chǎn)工藝（如圖8-2）2023/12/1513圖8-2硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝流程圖（CaO）（SiO2、Al2O3）（Fe2O3）按比例混合、磨細(xì)石灰石粘土鐵粉生料熟料石膏水泥成品煅燒(1450oC)黑色球狀磨細(xì)較少3%左右13⑵熟料的礦物組成14名稱化學(xué)式簡寫式含量（%）硅酸三鈣3CaO·SiO2C3S36～37硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S15～37鋁酸三鈣3CaO·Al2O3C3A7～15鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10～18⑶礦物性能（單獨(dú)與水作用）名稱硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣凝結(jié)硬化速度28天放熱量強(qiáng)度快多高慢少早低、后高最快最多低快中低2023/12/15表8-114水化熱。大體積混凝土水化熱造成的內(nèi)外溫差，可導(dǎo)致混凝土開裂；但水化熱對冬季混凝土施工則是有益的，水化熱可促進(jìn)水泥水化進(jìn)程。

⑷水泥的細(xì)度

7～200μm（0.007～0.2mm），水泥顆粒愈細(xì)，比表面積愈大，水化愈快，其早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都越高。但在空氣中硬化收縮性大，成本高。

篩分法：0.08mm方孔標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不得超過10%。2023/12/151515

⑸水泥的凝結(jié)時間——細(xì)度、鋁酸三鈣含量、水灰比

初凝：加水拌和—開始失去塑性（攪拌、運(yùn)輸、澆搗和砌筑）。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不小于45min。

終凝：加水拌和—失去塑性產(chǎn)生強(qiáng)度（盡快硬化、產(chǎn)生強(qiáng)度）。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，硅酸鹽水泥不大于390min，其他水泥不大于600min，一般5～8h。

硬化：終凝——形成堅(jiān)硬人造石。⑹水泥的強(qiáng)度——礦物成分和細(xì)度

水泥和標(biāo)準(zhǔn)沙（1∶3.0）+定量水(水灰比2023/12/151616172023/12/150.5）——標(biāo)準(zhǔn)試件（40×440×160mm）——養(yǎng)護(hù)（3d、28d）——試驗(yàn)（抗折抗壓）溫度20℃±1℃相對濕度＞90%。強(qiáng)度等級：42.5、42.5R、52.552.5R、62.5、62.5R(R表示早強(qiáng)型)六個等級。⑺硅酸鹽水泥的應(yīng)用

①標(biāo)號高—重要結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土。

②凝結(jié)硬化快——噴射混凝土支護(hù)。

③耐凍性好——冬季施工和遭受反復(fù)凍融工程。

④水化熱多、周期長——不適用于大體積混凝1718土；（3d－50%，3個月90%）。

⑤抗軟水及化學(xué)腐蝕性差——不適宜于海水、礦物水、流動的淡水及有水壓的水（或體積膨脹或生成溶于水的氫氧化鈣、鋁化鈣等）。⑻存放①按不同品種、標(biāo)號及出廠日期存放。

②一般存儲條件下：三個月后強(qiáng)度降低10～20%，六個月后強(qiáng)度降低15～30%，1年后強(qiáng)度降低25～40%。

⑼堆積密度2023/12/1518192023/12/151000～1600kg/m3。

3.水泥混合材料

⑴分類

①活性混合材料：產(chǎn)生膠凝性的水化產(chǎn)物，在空氣和水中均能硬化。如：粒化高爐礦渣（煉鐵高爐的熔融礦渣經(jīng)急冷—水淬，粒徑0.5～5mm）?；鹕交屹|(zhì)混合材料（活性氧化硅、活性氧化鋁）粉煤灰：發(fā)電廠煙氣灰渣，0.001～0.05mm，未燃炭規(guī)定在（1～2%）。19202023/12/15②非活性混合材料：粘土、石灰石、石英砂等。

⑵作用提高產(chǎn)量、降低標(biāo)號、降低水化熱，擴(kuò)大使用范圍。

活性材料能改善某些性能。

4.普通硅酸鹽水泥

⑴組成：硅酸鹽水泥熟料+

少量混合材料+

適量石膏——普通水泥?；钚該搅可儆?5%，非活性摻量少于10%，

調(diào)節(jié)水泥的強(qiáng)度等級。

20212023/12/15⑵強(qiáng)度等級：見表8-2。

⑶性能：基本性能同硅酸鹽水泥；凝結(jié)硬化速度慢、抗凍及耐磨性差；凝結(jié)時間要求一樣。

⑷使用：標(biāo)號廣，便于使用。

堆積密度：1000～1600kg/m3。

5.礦渣硅酸鹽水泥

⑴組成：硅酸鹽水泥熟料+?；郀t礦渣+適量石膏。20～70%

⑵強(qiáng)度等級：見表8-2。212023/12/1522表8-2通用硅酸鹽水泥的強(qiáng)度(GBl75-2007)22232023/12/15⑶應(yīng)用水泥石氫氧化鈣較少，抗軟水及化學(xué)腐蝕性較強(qiáng)——水工和海港工程。

耐熱性好：冶煉車間、鍋爐房、爐窯外殼等；

用水量大，保水性差，干縮性大：故抗凍性、抗?jié)B性差。

堆積密度：1000～1200kg/m3。

6.火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥

⑴組成：硅酸鹽水泥熟料+火山灰質(zhì)混合材料+適量石膏20～50%23242023/12/15

⑵強(qiáng)度等級：見表8-2。⑶應(yīng)用：堆積密度900～1000kg/m3。

硬化慢、濕熱敏感性高—適用于采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的工程，不宜有早強(qiáng)要求的工程和低溫工程。

水化熱少（同標(biāo)號普通水泥的70%）——大體積混凝土。

潮濕環(huán)境中產(chǎn)生膨脹膠化作用——抗?jié)B要求較高的工程。初期析水速度快，產(chǎn)生收縮裂紋，在干燥環(huán)境中不宜采用。24252023/12/15用水量大，干縮性大：故抗凍性差。

7.粉煤灰硅酸鹽水泥

⑴組成：硅酸鹽水泥熟料+粉煤灰+適量石膏。20～40%

⑵強(qiáng)度等級：見表8-2。⑶應(yīng)用：硬化較慢，早期強(qiáng)度較低，不宜有早強(qiáng)要求的工程和低溫工程。水化熱少（同標(biāo)號普通水泥的70%）——大體積混凝土。初期析水速度快，產(chǎn)生收縮裂紋。選用如表8-3。25混凝土工程特點(diǎn)或所處環(huán)境條件優(yōu)先選用可以選用不宜使用普通混凝土1.在普通氣候環(huán)境中普通水泥礦渣水泥;火山灰質(zhì)水泥;粉煤灰水泥;復(fù)合水泥2.在干燥環(huán)境中普通水泥礦渣水泥火山灰質(zhì)水泥;粉煤灰水泥3.在高濕度環(huán)境中和永遠(yuǎn)處于水下普通水泥礦渣水泥;火山灰質(zhì)水泥;粉煤灰水泥;復(fù)合水泥4.厚大體積礦渣水泥;火山灰質(zhì)水泥;粉煤灰水泥;復(fù)合水泥普通水泥硅酸鹽水泥;快硬硅酸鹽水泥有特殊要求的混凝土1.要求快硬硅酸鹽水泥；快硬硅酸鹽水泥普通水泥礦渣水泥;火山灰質(zhì)水泥;粉煤灰水泥;復(fù)合水泥2.高強(qiáng)（大于C40）硅酸鹽水泥普通水泥；礦渣水泥火山灰質(zhì)水泥;粉煤灰水泥3.嚴(yán)寒露天地區(qū)，寒冷地區(qū)處于水位升降范圍內(nèi)普通水泥（325級以上）礦渣水泥（325級以上)火山灰質(zhì)水泥;粉煤灰水泥4.嚴(yán)寒地區(qū)處于水位升降范圍內(nèi)普通水泥（325級以上）礦渣水泥;火山灰質(zhì)水泥;粉煤灰水泥;復(fù)合水泥5.有抗?jié)B要求普通水泥；火山灰質(zhì)水泥礦渣水泥6.有耐磨性要求硅酸鹽水泥；普通水泥（325級以上）礦渣水泥（325級以上)火山灰質(zhì)水泥;粉煤灰水泥2023/12/1526表8-3常用水泥的選用注：采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時的水泥品種，宜根據(jù)具體條件通過試驗(yàn)確定。26272023/12/15三、混凝土

（一）混凝土品種

按干表觀密度（105±5℃干燥至恒重）的大小。

1.重混凝土：干表觀密度大于2600kg/m3，防x射線和γ射線，如重晶石混凝土、鋼屑混凝土等。

2.普通混凝土：1900～2500kg/m3，房屋、橋梁、道路等。

3.輕混凝土：干表觀密度小于1900kg/m3，保溫或輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。

(1)輕骨料混凝土(800～1900kg/m3)，火山渣、27282023/12/15膨脹礦渣及煤渣等制成。

(2)泡沫混凝土、加氣混凝土等(300～1200

kg/m3)，泡沫和發(fā)氣劑。

(3)大孔混凝土，不加細(xì)骨料。

(4)防水混凝土、耐熱混凝土、噴射混凝土、耐酸混凝土等。

（二）組成材料

水泥

+

砂子+石子

+水——混凝土。

膠凝材料

骨料（總體積的60～80％）。

1.水泥——決定著混凝土的成本和強(qiáng)度。28292023/12/15

(1)品種——工程特點(diǎn)和環(huán)境條件。

(2)標(biāo)號——水泥標(biāo)號為混凝土強(qiáng)度等級的1.5～2倍。

2.砂子——細(xì)骨料：0.15～5mm，海砂、河砂和山砂。

(1)有害雜質(zhì)：妨礙水泥與砂的粘結(jié)，降低強(qiáng)度，增加用水量，增大收縮，降低抗凍及抗?jié)B性。

(2)顆粒形狀：影響流動性及黏結(jié)強(qiáng)度。

(3)砂的粗細(xì)及顆粒級配：節(jié)約水泥，提高強(qiáng)度。

篩分法：5、2.5、1.25、0.63、0.315、0.16標(biāo)29302023/12/15準(zhǔn)篩，500g干砂。

3.石子——粗骨料：大于5mm卵石和碎石。

(1)質(zhì)量要求：針狀（＞2.4倍）和片狀（＜0.4倍）——降低強(qiáng)度?；钚匝趸琛獕A骨料反應(yīng)（生成凝膠，吸水無限膨脹，水泥石漲裂）。

(2)粒度要求：粗細(xì)骨料均要求有良好的顆粒級配，以減小空隙率，增強(qiáng)密實(shí)性，從而可以節(jié)約水泥，保證混凝土的和易性及混凝土的強(qiáng)度。連續(xù)級配和間斷級配，如圖8-3所示。30312023/12/15圖8-3粗骨料級配（a）-粗；（b）-粗、中；（c）-粗、中、細(xì)(3)最大粒徑（小于結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，鋼筋最小凈距的3/4）。

4.水凡是能飲用的自來水和清潔的天然水，都能用來拌制和養(yǎng)護(hù)混凝土。污水PH＜4的酸性水、含硫酸鹽(按SO3計(jì))超過水重1%的水，以及含油脂、糖類的水均不許使用。31322023/12/15（三）混凝土的技術(shù)性質(zhì)

1.常用混凝土一般要滿足以下四項(xiàng)要求

①經(jīng)拌和后形成的拌合物應(yīng)具有一定的和易性；

②混凝土應(yīng)在規(guī)定齡期達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度；

③混凝土應(yīng)具有適應(yīng)其所處環(huán)境的耐久性；

④經(jīng)濟(jì)合理，在保證質(zhì)量前提下，降低造價(jià)。2.混凝土混合物和易性(1)混凝土混合物混凝土組成材料依一定比例加以配合，拌勻而32332023/12/15未凝結(jié)硬化以前，即為混凝土混合物，它必須具有良好的和易性。(2)和易性和易性是指混凝土混合物在保證質(zhì)地均勻，各組成成分不離析的條件下，適用于拌和、運(yùn)輸、澆灌和搗實(shí)的綜合性質(zhì)。

①和易性指標(biāo)

流動性:在振搗或自重作用下，能產(chǎn)生流動，并均勻密實(shí)地填滿模板的性能粘聚性和保水性。

粘聚性:施工過程中其組成材料之間有一定粘聚33342023/12/15力，不致產(chǎn)生分層和離析的現(xiàn)象。

保水性:施工過程中具有一定的保水能力，不致產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。

混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性，三者之間互相關(guān)聯(lián)又互相矛盾。如粘聚性好，則保水性往往也好，但流動性可能較差；當(dāng)增大流動性時，粘聚性和保水性往往變差。因此，所謂拌合物的和易性良好，就是要使這三方面的性能，在某種具體工作條件下得到統(tǒng)一，達(dá)到均為良好的狀況。

②流動性測定34352023/12/15常用坍落度或維勃稠度測定混凝土拌合物的流動性，并輔以直觀經(jīng)驗(yàn)來評定粘聚性和保水性，以評定和易性。

坍落度法是把調(diào)配好的混凝土拌合物分層裝入標(biāo)準(zhǔn)圓錐筒(圖8-4)內(nèi)，將表面刮平，垂直提取圓錐筒后，拌合物將產(chǎn)生一定程度的坍落，量出坍落的高度，稱為坍落度(坍落度大，表示流動性好)。故在測定坍落度時，不僅需以搗棒輕擊錐體側(cè)部，觀察是否分層、離析，還要以抹刀抹面，看其表面是否光滑、砂漿是否飽滿、底部是否析水等來評定其352023/12/1536圖8-4混凝土拌合物坍落度測定(㎜)36372023/12/15粘聚性及保水性。

混凝土拌合物坍落度的選擇，要根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件截面大小、配筋疏密、輸送方式和施芷搗實(shí)方法等因素來確定。當(dāng)構(gòu)件截面較小或鋼筋較密，或采用人工插搗時，坍落度可選大些。反之，如構(gòu)件截面尺寸較大，或鋼筋較疏，或采用機(jī)械振搗時，坍落度選擇可小些。如表8-4所示。3.混凝土的強(qiáng)度與強(qiáng)度等級混凝土的強(qiáng)度以抗壓強(qiáng)度最大，通常以混凝土的抗壓強(qiáng)度作為其力學(xué)性能的總指標(biāo)。37項(xiàng)次結(jié)構(gòu)種類塌落度，mm1基礎(chǔ)或地面的墊層，無配筋的厚大結(jié)構(gòu)（擋土墻、基礎(chǔ)或厚大的塊體）或配筋稀疏的結(jié)構(gòu)10～302板、梁和大型或中型截面的柱子等30～503配筋密列的結(jié)構(gòu)50～704配筋特密列的結(jié)構(gòu)70～90表8-4塌落度選擇38(1)立方體試塊

規(guī)定采用標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊(150㎜×150㎜×1502023/12/1538392023/12/15㎜)，在標(biāo)準(zhǔn)條件下(溫度為20土3℃，相對濕度大于90%)養(yǎng)護(hù)或水中養(yǎng)護(hù)，達(dá)28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的抗壓強(qiáng)度，為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度。

(2)強(qiáng)度等級

可根據(jù)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值將混凝土劃分為不同強(qiáng)度等級?；炷翉?qiáng)度等級用符號C(Concrete)和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)表示，分為C7．5、Cl0、C15、C20、C25，C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75及C80共16個強(qiáng)度等級。39402023/12/15(3)影響混凝土強(qiáng)度的因素影響混凝土強(qiáng)度的因素很多，主要?dú)w納有以下幾個方面：

①水泥強(qiáng)度等級：當(dāng)其他條件相同時，水泥強(qiáng)度愈高，則混凝土強(qiáng)度愈高。

②水灰比：當(dāng)用同一種水泥(品種及強(qiáng)度等級相同)時，混凝生的強(qiáng)度主要決定于水灰比。因?yàn)樗嗨瘯r所需的結(jié)合水一般只占水泥重量的20%左右，但在拌制混凝土拌合物時，為了獲得必要的流動性，常需用較多的水(約占水泥重量的40%～70%)，40412023/12/15也即用較大的水灰比。當(dāng)混凝土硬化后，多余的水分就殘留在混凝土中形成水泡或蒸發(fā)后形成氣孔，大大減少了混凝土承受荷載的實(shí)際有效斷面，而且可能在孔隙周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中。因此，可以認(rèn)為，在水泥強(qiáng)度等級相同的情況下，水灰比愈小，水泥石的強(qiáng)度愈高，與骨料粘結(jié)力愈大，混凝土強(qiáng)度也就愈高。但是，如果加水太少(水灰比太小)，拌合物過于干硬，在一定的搗實(shí)成型條件下，無法保證澆灌質(zhì)量，混凝土中將出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞，強(qiáng)度也會降低。41422023/12/15混凝土強(qiáng)度與水灰比、水泥強(qiáng)度等級等因素間的線性經(jīng)驗(yàn)公式為：式中R28—砼28d齡期抗壓強(qiáng)度，Mpa;RC—水泥的實(shí)際抗壓強(qiáng)度，Mpa;C/W—灰水比(水泥與水的重量比)；

A、B—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與骨料和水泥品種等因素有關(guān)，可通過試驗(yàn)確定，如無試驗(yàn)和42432023/12/15統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可采用下列參數(shù)：碎石A=0.46，B=0.07；卵石A=0.48，B=0.33。

③骨料的品質(zhì)和級配。④施工時的攪拌、振搗。⑤養(yǎng)護(hù)的濕度、溫度及養(yǎng)護(hù)齡期(7天)等。

(4)提高混凝土強(qiáng)度的措施

①提高水泥標(biāo)號。

②降低水灰比：為改善和易性，可摻加減水劑。

③采用級配好且干凈的砂、高強(qiáng)度石子。

43442023/12/15④加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)：保證適宜的溫度、較高的濕度，或采用濕熱處理（蒸汽養(yǎng)護(hù)）來提高早期強(qiáng)度。

⑤加強(qiáng)攪拌和振搗。

⑥添加增強(qiáng)材料：如硅粉、鋼纖維等。4.混凝土的耐久性(1)耐久性的意義用于構(gòu)筑物的混凝土，不僅要具有能安全承受荷載的強(qiáng)度，還應(yīng)具有耐久性，即要求混凝土在長期使用環(huán)境條件下，能抵抗內(nèi)、外不利的影響，而保持其使用性能。耐久性良好的混凝土，對延長結(jié)44452023/12/15構(gòu)使用壽命，減少維修保養(yǎng)費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益等具有重要意義。(2)提高混凝土耐久性的主要措施

①根據(jù)工程所處環(huán)境和工程性質(zhì)不同選用適宜或合理的水泥品種，并選擇適宜的混合材料和填料。

②采用較小的水灰比，并限制最大水灰比和最小水泥用量。

③采用級配好且干凈的砂、石骨料，并選用粒徑較大或適中的砂、石骨料。

④摻加減水劑或引氣劑，或根據(jù)工程性質(zhì)，摻45462023/12/15加其他適宜的外加劑。

⑤加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

⑥改善施工方法等。(四)混凝土的外加劑在混凝土拌和時或拌和前摻人，其摻量一般不大于水泥重量5%，能顯著改善混凝土性能的材料稱為混凝土外加劑。常用的外加劑有減水劑、速凝劑、早強(qiáng)劑、緩凝劑、膨脹劑和防凍劑等。由于外加劑對混凝土技術(shù)性能的顯著改善，如提高最終強(qiáng)度或初期強(qiáng)度（早強(qiáng)）、改善和易性、提高耐久性及節(jié)46472023/12/15約水泥等。已成為混凝土的重要組成部分，被稱為混凝土的第五組分，獲得越來越廣泛的應(yīng)用。1.減水劑(1)概念：能保持混凝土拌合物的和易性不變而顯著減少其拌和用水量的外加劑稱為減水劑。(2)作用①若保持和易性或流動性不變，摻加減水劑則可大幅度地減少拌合水，獲得降低水灰比、提高密實(shí)性、增加強(qiáng)度、增強(qiáng)抗?jié)B性和抗凍性的良好效果。②若保持原設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度不變，在混凝土中47482023/12/15摻適量減水劑，則可在降低用水量的同時降低水泥用量，達(dá)到節(jié)約水泥的目的。(3)類型：減水劑有多種，包括木質(zhì)素系減水劑，如木質(zhì)素磺酸鈣(又稱M型減水劑)、木質(zhì)素磺酸鈉等；萘磺酸鹽系減水劑，如NF型、FDN型、MF型等；水溶性樹脂減水劑，如SM樹脂減水劑等。如圖8－5所示。

2.速凝劑(1)作用：速凝劑的作用是使混凝土迅速凝結(jié)硬化，以達(dá)到較高早期強(qiáng)度的目的。48圖8－5混凝土減水劑2023/12/1549502023/12/15(2)類型：速凝劑主要有無機(jī)鹽類和有機(jī)物類，我國常用無機(jī)鹽類，如紅星I型、711型、728型、8604型等。如圖8－6所示。速凝劑摻入混凝土后，能使混凝土在5min內(nèi)初凝，10min內(nèi)終凝，1h就可產(chǎn)生強(qiáng)度，1天強(qiáng)度提高2～3倍。但后期強(qiáng)度會下降，28天強(qiáng)度約為不摻時的80%～90%。

(3)摻量：紅星I型速凝劑的適宜摻量為水泥質(zhì)量的2.5%～4.0%，711型速凝劑的適宜摻量為水泥質(zhì)量的3.0%～5.0%。這兩類速凝劑均含堿性物質(zhì)，50圖8－6混凝土速凝劑2023/12/155151522023/12/15對人員皮膚有一定的腐蝕作用，使用時應(yīng)注意保護(hù)。且速凝劑的吸濕性強(qiáng)，應(yīng)妥善保管，受潮后對速凝效果有顯著影響。(4)應(yīng)用：速凝劑主要用于礦山井巷、鐵路隧道、引水涵洞、地下工程以及噴錨支護(hù)時的噴射混凝土或噴射砂漿工程中。

砼各種速凝劑及其摻量如表8-5所示。

(五)混凝土的配合比1.概念

混凝土配合比是指混凝土組成材料間的數(shù)量比522023/12/1553型號主要成分常用摻量占水泥重量(%)凝固時間/min初凝終凝紅星Ⅰ號鋁氧熟料、碳酸鈉、石灰石2.5～4.01～52～10711型礬土、純堿、石灰、無水石膏2.5～3.52左右3高效782型礬泥、礬土、石灰石、碳酸鈉3～61～33～6堯山型鋁礬土、土堿、生石灰3.55以內(nèi)10MJ-2000型(無堿可溶性)用不含堿性和腐蝕性的無機(jī)鹽4～6＜3＜10表8-5砼各種速凝劑及其摻量例關(guān)系。

2.方法53542023/12/15混凝土配合比表示方法有兩種:(1)以1m3混凝土中各組成材料的質(zhì)量表示，如水泥336kg，砂654kg，石子1215kg，水195kg；(2)以水泥質(zhì)量為1，表示出各成份的質(zhì)量比，如:1:1.95:3.52:0.58(水泥:砂子:石子:水)。其中混凝土水灰比(水:水泥)是決定混凝土強(qiáng)度及其和易性的重要指標(biāo)。

3.混凝土配合比設(shè)計(jì)

(1)實(shí)質(zhì)

就是確定水泥、水、砂與石子這四項(xiàng)基本組成54552023/12/15材料用量之間的三個比例關(guān)系。即：水與水泥之間的比例關(guān)系，常用水灰比表示；砂與石子之間的比例關(guān)系，常用砂率表示；水泥漿與骨料之間的比例關(guān)系，常用單位用水量來反映。(2)確定這三個參數(shù)的基本原則在滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性的基礎(chǔ)上，確定混凝土的水灰比；在滿足混凝土施工要求的和易性的基礎(chǔ)上，根據(jù)粗骨料的種類和規(guī)格，確定混凝土的單位用水量；砂的數(shù)量，應(yīng)以填充石子空隙后略有富余的原則，來確定砂率。55562023/12/15(六)礦業(yè)工程對混凝土性能的要求混凝土均應(yīng)滿足強(qiáng)度、工作性(和易性)要求，以及根據(jù)不同工程條件提出的抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性等要求。根據(jù)不同礦業(yè)工程的施工特點(diǎn)，礦業(yè)工程施工還應(yīng)考慮對混凝土的一些特殊要求，如：地面拌制混凝土向井下輸運(yùn)時的流動性、均勻性要求，凍結(jié)法施工用混凝土的抗凍、早強(qiáng)等要求，對于錨噴網(wǎng)支護(hù)的噴混凝土骨料與拌和物的要求，以及在井下有嚴(yán)重腐蝕性(如酸性地下水)環(huán)境對水泥等原材料56572023/12/15的要求等。

四、砂漿

1.組成砂漿由膠結(jié)材料、細(xì)骨料及水配合組成。常用的膠結(jié)材料有水泥、石灰、石膏等，細(xì)骨料以天然砂用得最多，有時也可使用細(xì)礦渣及石屑等。2.砂漿與砼的區(qū)別在于不含粗骨料，因而砼的和易性、強(qiáng)度、耐久性等性質(zhì)，基本上適合于砂漿。但有些性質(zhì)還有不同的要求。57582023/12/153.砂漿種類(1)水泥砂漿：以水泥作膠結(jié)材料的砂漿，多用于井巷工程。(2)石灰砂漿：以石灰作膠結(jié)材料的砂漿，多用于地面建筑砌體中或抺面中。(3)混合砂漿：以水泥和石灰兩種作膠結(jié)材料混合使用的砂漿，多用于地面建筑工程。五、鋼材

(一)鋼材的特點(diǎn)鋼材作支護(hù)材料，具有強(qiáng)度大，可支撐較大的58592023/12/15地壓，使用期長，可多次復(fù)用，安裝容易，耐欺性強(qiáng)，必要時也可制成可縮性結(jié)構(gòu)。初期投資雖然大些，但可回收，總成本還是經(jīng)濟(jì)的。(二)礦用鋼材種類、特點(diǎn)和要求煤礦常用金屬材料有工字鋼、角鋼、槽鋼、輕便鋼軌、礦用工字鋼以及礦用特殊型鋼等。1.礦用工字鋼熱軋礦用工字鋼也稱鋼梁，是截面為工字形的長條鋼材，是為礦山使用專門設(shè)計(jì)的寬翼緣、小高度、厚腹板的工字鋼，如圖8—7所示。59602023/12/15它的幾何特性既適于作梁，也適于作腿。其截面尺寸以高(h)×腰厚(d)圖8—7礦用工字鋼斷面的毫米數(shù)來表示，如高為110mm，腿寬為90mm，腰厚為9mm的工字鋼標(biāo)記為“工110×90×9”。工字鋼的另一種標(biāo)記方法是用型號來表示，即用高的厘米數(shù)圖8—7礦用工字鋼斷面

表示，如工11﹟。1I﹟工字鋼是煤礦煤巷支護(hù)最常60612023/12/15用的工字鋼型號。工字鋼支架如圖8—8所示。2.礦用特殊型鋼礦用特殊型鋼主要是指截面為U形的U形鋼(圖8—9)。礦山常用的包括U18、U25、U29、U32和U36五種，其中的數(shù)字是指每米的重量。礦山主要是利用礦用特殊U形鋼制作具有可縮性的拱性支架，用于困難條件下的巷道支護(hù)。由于U形鋼兩個方向的抗彎截面模量wx和wy接近相等，說明這種型鋼的豎向抗彎能力與橫向抗彎能力不相上下，橫向穩(wěn)定性較之其他型鋼好。61622023/12/15圖8—8工字鋼支架62圖8—9U型鋼力學(xué)參數(shù)31.52cm224.75kg45.56cm235.76kg24.15cm218.96kg36.92cm228.98kg2023/12/1563礦用工字鋼與礦用特殊型鋼的高度較普通型鋼小，這樣可以減少巷道開挖量。U型鋼支護(hù)的斷面如圖8—10、11所示。3.槽鋼

2023/12/1564槽鋼是截面為凹槽形的長條鋼材(圖8—12)。其規(guī)格以高度(h)×腿寬(b)×腰厚(d)的毫米數(shù)表示，如120mm×53mm×5mm，表示高120mm，腿寬為53mm的槽鋼，腰厚為5mm的槽鋼，或稱12﹟槽鋼。圖8—12熱軋輕型槽鋼斷面64652023/12/15圖8—10U型鋼支架652023/12/15圖8—11U型鋼支護(hù)斷面66槽鋼大多用于與錨索組合支護(hù)，這種組合構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度比較大，支護(hù)能力強(qiáng)。圖8—13所示是用于錨索組合的槽鋼梁，常用的有12號、14號、16號槽鋼。2023/12/1567圖8—13槽鋼托粱L-托粱長度；L0-托梁端距；l-孔直線段長度；r0-孔半徑；h-托梁高度；B-托梁寬度；t-托梁底厚67682023/12/154.輕便鋼軌輕便鋼軌是專為井下1t至3t礦車運(yùn)輸提供的，并在巷道支護(hù)中可用于制作輕型支架，但其承載性能較差。如圖8—14所示。

圖8—14輕便鋼軌5.鋼筋鋼筋也是支護(hù)中常用的金屬材料。普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，多采用3號鋼(低碳鋼)鋼筋。20錳硅和25錳硅普通低合金鋼鋼筋主要用于受力鋼筋，一般68692023/12/15不作構(gòu)造鋼筋用。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，其混凝土強(qiáng)度等級不宜低于20MPa。如圖8—15所示。