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[摘要]：本项目为香山戊二采区下延回风巷，对干喷工艺中出现的回弹率高、粉尘污染大，喷层强度低、韧性不够，耐久性差等问题做出研究，通过掺加矿物掺合料和有机聚合物组分改性，并找到合理解决方法，同时对传统干喷工艺进行改进，引进水泥裹石，水泥裹砂技术，变干喷为潮喷，提高喷射混凝土力学性能，同时降低回弹，减小粉尘污染。
[关键词]：喷射混凝土 研制 示范
前言
传统的喷射混凝土都是采用干喷技术作业的。干喷方法具有高密实、易操作、能远距离和高空输送及可以在地下水渗出的工程中采用等方面的优势，但由于它是使干拌和混凝土在喷嘴外与水混和，故而施工粉尘较大，回弹率较高，而且混凝土的水灰比是由喷射手根据经验进行调节的，混凝土的品质在很大程度上取决于机手的操作。虽然采用湿法喷射混凝土工艺以后，可以明显改善传统喷射混凝土工艺产生的粉尘大、回弹率大的缺点，但是由于湿喷技术配套设备、原料成本较高，工序较复杂，很难在煤矿井巷工程中大范围推广应用。目前，针对干喷技术工艺的改进，国内已经提出了很好的想法，也取得了一定的效果，但是与湿喷技术工艺相比，总体效果还不是很理想，因此对传统喷射混凝土材料组成和工艺的改进就显得格外突出。
本研究从目前干喷射混凝土喷层支护的原理、喷射工艺和存在的问题出发，通过实验室力学性能试验，数值模拟、工业性试验得到了一种高强，增韧，低回弹且耐久性好的喷射混凝土新配方。并对原有的干喷工艺进行改进，变干喷为潮喷，降低了回弹率，减少了粉尘污染，改善了工人工作环境，提高了工作效率。并且，新配方具有很大的经济和技术推广效益。
1.喷射技术工艺
1.1 原料配比
该潮喷工艺通过外加HG型矿物掺合料、GL型有机聚合物和FDN型高效减水剂，提高了各项性能指标。喷射混凝土各组分的比例为：水泥：石子：砂子：水： FDN：HG：HL=1：2： 2：0.42：0.005～0.01：0～0.07：0～0.05。
1.2 喷射方案
为了提高喷射混凝土强度，改善混凝土质量，降低水泥用量、降低回弹和粉尘，使用“水泥裹砂法”和“水泥裹石法”潮喷法新工艺，工艺过程如下：
（1）砂子、石子分别处理，去除杂质；
（2）砂子、石子按比例混合，用少量水浸湿表面，搅拌均匀；
（3）加入水泥搅拌和掺合料均匀，由于砂子、石子表面湿润，粘附了一层水泥，使砂子、石子变成了稠浆料壳体，此即为水泥裹砂和水泥裹石法。这种水泥包裹的砂子、石子壳体，构成了喷射混凝土的骨架，当进一步加拌合时，稠浆料壳体增大了向岩壁的附着力，阻止了骨料回弹，粉尘也减少；
（4）按比例加入矿物掺合料和有机改性剂，搅拌均匀；
（5）再将拌合物加入喷射机，加入速凝剂搅拌均匀，即为拌好的喷射料。
2.试验检测
2.1 回弹率检测
试验结果表明，经过改性后的喷射混凝土混凝土，提高了喷射混凝土的粘聚性，能有效降低混凝土的回弹率，比普通混凝土喷层的回弹率降低了66%，大大降低了混凝土的用量，节约了成本。同时加入改性剂后，还能增加混凝土喷层的一次喷射厚度，减少了复喷量，从而减轻了工人劳动强度。
2.2 粉尘量检测
从表中可以看出，采用水泥裹石、水泥包砂工艺和HL聚合物改性剂以后，可以明显降低喷射过程中产生的粉尘。粉尘测试结果不仅显示粉尘浓度指标已降到12mg/m3以下，而且也表明喷浆产生的粉尘基本控制在施工巷道内以喷浆机为核心的很小区域。
2.3 喷大板试件力学性能试验
从结果可以看出，喷射混凝土的实际喷射强度要远小于标准试件的强度，经过添加HG型矿物掺合料、HL型聚合物改性剂和FDN型高效减水剂后喷射混凝土的力学性能可以明显得到改善，强度提高了33.5%，抗劈裂强度提高了37.6%，也说明了进过改性后的喷射混凝土的强度、韧度都得到了很大改善。
3.主要结论
（1）HG型矿物掺合料可以明显提高喷射混凝土的抗压强度和抗劈裂强度，并可以在一定程度上降低干喷工艺的回弹率。其掺量在水泥用量的7%时更有助于抗压强度的提高，喷层的耐压能力提高；而在其掺量为水泥用量的5%时更有助于抗劈裂强度的提高，也就是有助于提高喷层的韧度。
（2）HL型有机聚合物改性剂，对喷射混凝土强度的增长有相反的作用，特别是在早期强度上，其掺量为水泥用量的5%时影响系数最大。但是其可以明显增强新拌合物的内聚力和粘结强度，降低干喷工艺回弹率和降低粉尘作用，对喷层后期的韧性的提高有帮助，提高喷层的抗渗能力和耐久性。
（3）HL型有机聚合物改性剂和HG型矿物掺合料复合使用，在可以弥补单独使用的不足，在其掺量为水泥用量为5%HL型有机聚合物改性剂和7%HG型矿物掺合料，在配合水泥用量1%的FDN型高效减水剂的情况下，可以大大提高喷射混凝土的力学性能，实现喷射混凝土的高强、增韧和低回弹。
（4）使用水泥裹石、水泥包砂的潮喷工艺，可以在一定程度上较少干喷施工过程中的回弹率、粉尘量，改善工作环境，提高工作效率。实现了干喷工艺的创新。
（5）改性后的喷射混凝土喷层有较大的塑性延伸，也就是韧性高的特点，在使普通混凝土产生破坏的荷载作用下，同强度等级的改性混凝土能阻止混凝土开裂，承载能力有所提高。并且使巷道围岩应力得到有效释放，实现应力重新分布。
（6） 通过实验室试验和工业性试验，得出复合外加剂使回弹率由原来的20%～30%降低到10%以下，而且能较好地改善喷射混凝土的各项性能。
4.结语
水泥裹石，水泥裹砂潮喷工艺，有效降低混凝土的回弹率，提高了混凝土的初凝强度。同时加入改性剂后，能够极大地提高混凝土的粘聚性，韧性，还能增加混凝土喷层的一次喷射厚度，减少了复喷量，从而降低巷道支护成本，减轻了工人劳动强度，延长巷道维修周期。
[关键词]：喷射混凝土 研制 示范
前言
传统的喷射混凝土都是采用干喷技术作业的。干喷方法具有高密实、易操作、能远距离和高空输送及可以在地下水渗出的工程中采用等方面的优势，但由于它是使干拌和混凝土在喷嘴外与水混和，故而施工粉尘较大，回弹率较高，而且混凝土的水灰比是由喷射手根据经验进行调节的，混凝土的品质在很大程度上取决于机手的操作。虽然采用湿法喷射混凝土工艺以后，可以明显改善传统喷射混凝土工艺产生的粉尘大、回弹率大的缺点，但是由于湿喷技术配套设备、原料成本较高，工序较复杂，很难在煤矿井巷工程中大范围推广应用。目前，针对干喷技术工艺的改进，国内已经提出了很好的想法，也取得了一定的效果，但是与湿喷技术工艺相比，总体效果还不是很理想，因此对传统喷射混凝土材料组成和工艺的改进就显得格外突出。
本研究从目前干喷射混凝土喷层支护的原理、喷射工艺和存在的问题出发，通过实验室力学性能试验，数值模拟、工业性试验得到了一种高强，增韧，低回弹且耐久性好的喷射混凝土新配方。并对原有的干喷工艺进行改进，变干喷为潮喷，降低了回弹率，减少了粉尘污染，改善了工人工作环境，提高了工作效率。并且，新配方具有很大的经济和技术推广效益。
1.喷射技术工艺
1.1 原料配比
该潮喷工艺通过外加HG型矿物掺合料、GL型有机聚合物和FDN型高效减水剂，提高了各项性能指标。喷射混凝土各组分的比例为：水泥：石子：砂子：水： FDN：HG：HL=1：2： 2：0.42：0.005～0.01：0～0.07：0～0.05。
1.2 喷射方案
为了提高喷射混凝土强度，改善混凝土质量，降低水泥用量、降低回弹和粉尘，使用“水泥裹砂法”和“水泥裹石法”潮喷法新工艺，工艺过程如下：
（1）砂子、石子分别处理，去除杂质；
（2）砂子、石子按比例混合，用少量水浸湿表面，搅拌均匀；
（3）加入水泥搅拌和掺合料均匀，由于砂子、石子表面湿润，粘附了一层水泥，使砂子、石子变成了稠浆料壳体，此即为水泥裹砂和水泥裹石法。这种水泥包裹的砂子、石子壳体，构成了喷射混凝土的骨架，当进一步加拌合时，稠浆料壳体增大了向岩壁的附着力，阻止了骨料回弹，粉尘也减少；
（4）按比例加入矿物掺合料和有机改性剂，搅拌均匀；
（5）再将拌合物加入喷射机，加入速凝剂搅拌均匀，即为拌好的喷射料。
2.试验检测
2.1 回弹率检测
试验结果表明，经过改性后的喷射混凝土混凝土，提高了喷射混凝土的粘聚性，能有效降低混凝土的回弹率，比普通混凝土喷层的回弹率降低了66%，大大降低了混凝土的用量，节约了成本。同时加入改性剂后，还能增加混凝土喷层的一次喷射厚度，减少了复喷量，从而减轻了工人劳动强度。
2.2 粉尘量检测
从表中可以看出，采用水泥裹石、水泥包砂工艺和HL聚合物改性剂以后，可以明显降低喷射过程中产生的粉尘。粉尘测试结果不仅显示粉尘浓度指标已降到12mg/m3以下，而且也表明喷浆产生的粉尘基本控制在施工巷道内以喷浆机为核心的很小区域。
2.3 喷大板试件力学性能试验
从结果可以看出，喷射混凝土的实际喷射强度要远小于标准试件的强度，经过添加HG型矿物掺合料、HL型聚合物改性剂和FDN型高效减水剂后喷射混凝土的力学性能可以明显得到改善，强度提高了33.5%，抗劈裂强度提高了37.6%，也说明了进过改性后的喷射混凝土的强度、韧度都得到了很大改善。
3.主要结论
（1）HG型矿物掺合料可以明显提高喷射混凝土的抗压强度和抗劈裂强度，并可以在一定程度上降低干喷工艺的回弹率。其掺量在水泥用量的7%时更有助于抗压强度的提高，喷层的耐压能力提高；而在其掺量为水泥用量的5%时更有助于抗劈裂强度的提高，也就是有助于提高喷层的韧度。
（2）HL型有机聚合物改性剂，对喷射混凝土强度的增长有相反的作用，特别是在早期强度上，其掺量为水泥用量的5%时影响系数最大。但是其可以明显增强新拌合物的内聚力和粘结强度，降低干喷工艺回弹率和降低粉尘作用，对喷层后期的韧性的提高有帮助，提高喷层的抗渗能力和耐久性。
（3）HL型有机聚合物改性剂和HG型矿物掺合料复合使用，在可以弥补单独使用的不足，在其掺量为水泥用量为5%HL型有机聚合物改性剂和7%HG型矿物掺合料，在配合水泥用量1%的FDN型高效减水剂的情况下，可以大大提高喷射混凝土的力学性能，实现喷射混凝土的高强、增韧和低回弹。
（4）使用水泥裹石、水泥包砂的潮喷工艺，可以在一定程度上较少干喷施工过程中的回弹率、粉尘量，改善工作环境，提高工作效率。实现了干喷工艺的创新。
（5）改性后的喷射混凝土喷层有较大的塑性延伸，也就是韧性高的特点，在使普通混凝土产生破坏的荷载作用下，同强度等级的改性混凝土能阻止混凝土开裂，承载能力有所提高。并且使巷道围岩应力得到有效释放，实现应力重新分布。
（6） 通过实验室试验和工业性试验，得出复合外加剂使回弹率由原来的20%～30%降低到10%以下，而且能较好地改善喷射混凝土的各项性能。
4.结语
水泥裹石，水泥裹砂潮喷工艺，有效降低混凝土的回弹率，提高了混凝土的初凝强度。同时加入改性剂后，能够极大地提高混凝土的粘聚性，韧性，还能增加混凝土喷层的一次喷射厚度，减少了复喷量，从而降低巷道支护成本，减轻了工人劳动强度，延长巷道维修周期。