王峰礦井井筒高強度混凝土配制技術研究

毛振波　王彬

摘 要：通過反復研究試驗，利用當地材料添加外加劑來為兩個立井施工配制出符合設計要求的高強度C45、C50混凝土，解決了當地地材無法配置高強度混凝土的問題，為同類條件下施工提供了新的方法。

關鍵詞：高強度；混凝土；配制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.059

1 工程概況

王峰礦井位于韓城礦區北部，設計生產能力為3.00Mt/年，服務年限112.9年。井田開拓方式為斜立井綜合開拓，分別是主斜井、副立井（Φ9.2m）、中央回風立井（Φ7.5m）三個井筒。兩個立井井筒施工采用普通法施工，鋼筋混凝土碹和混凝土碹支護，支護厚度分別為950mm、800mm，混凝土強度等級為C45、C50。

研究解決的關鍵問題是解決兩個立井高強度混凝土（C45、C50）的配制問題，確保井壁施工質量。主要技術難點有：

（1）利用當地材料配制高強度混凝土比較困難。

主要因素有：

1）骨料質量不良，當地為黃河特細沙，粒度太小；

2）水泥質量不穩定；

3）拌合水質量不合格。

利用韓城當地黃河細砂、韓禹P·o 42.5水泥、下峪口10-30mm碎石在實驗室進行反復試配試驗，最高配制出C30混凝土，配合比為294：723：1130：180（C：S：G：W），檢測強度為：3天22.4MP、7天30.4MP、28天36.4MP。配制不出符合設計要求的C45、C50混凝土。

（2）抗裂。 王峰礦兩個立井全部為普通法施工，單層井壁即為永久井壁，承受地壓和水壓，為保證井筒施工質量，必須合理選擇原材料和優化混凝土配合比，使混凝土達到設計強度等級，并具有良好的防水抗裂性能，保證井筒質量。

（3）防水。由于井筒在施工過程中，要穿越多層含水層，充水因素復雜。根據地質預報，預計井筒平均涌水量13.5m3/h，因此，要求井壁混凝要具有較高的抗滲防水性能。

2 高強度混凝土配置方案

2.1 技術方案選擇

為解決高強度混凝土配置問題，提出兩個方案：一是采用灞橋中粗砂進行配制；二是采用當地地材添加高性能混凝土外加劑來提高混凝土強度。

（1）方案Ⅰ：采用灞橋中粗砂配制混凝土。原材料：銅川秦嶺牌

P·o 52.5水泥，韓城產10～31.5mm石灰巖碎石，灞橋中粗砂，細度模數2.9，外加劑采用山西凱迪BR型防水劑。

（2）方案Ⅱ：利用韓城細沙配制混凝土。原材料：韓城韓禹牌P·o42.5水泥，韓城產10～31.5mm石灰巖碎石，韓城本地細砂，細度模數1.56。外加劑的選擇，通過考察和多次試配試驗，選用由邯鄲君強礦山科技有限公司生產的JQ-HPC60井筒專用高性能混凝土外加劑。兩種方案進行的C50配合比試驗見表1，C50混凝土抗壓強度結果見表2。

通過上述兩個方案試驗數據分析可知，方案Ⅰ配制混凝土配合比初始坍落度為115～130mm，工作性較差，不能滿足施工要求；方案Ⅱ配制混凝土配合比初始坍落度與30min坍落度滿足施工要求，而1d抗壓強度達到設計強度30%以上，滿足施工中拆模要求。從上述分析比較可知，方案Ⅱ技術性能良好，滿足施工中對混凝土各項技術要求。且通過經濟比較（表3），方案Ⅱ每方混凝土節約成本22.9元，按照兩個立井混凝土總用量2.7萬方計算共可節約費用61.8萬元。

通過比較，最終選用方案Ⅱ，井壁混凝土選用的原材料為韓城韓禹牌P·o42.5水泥，韓城產10～31.5mm石灰巖碎石，韓城本地細砂，細度模數1.56，外加劑采用JQ-HPC60井筒專用高性能混凝土外加劑，以此來配制出符合設計要求的高性能混凝土。

2.2 項目技術原理及創新點

韓城細沙即為當地原材，質量不是很好，但是通過混凝土外加劑和配合比相互配合和調節，最終成功配制了井壁施工用C45、C50混凝土。主要方法是從外加劑的選擇和調配上調節。

本項目中JQ-HPC60井筒專用高性能混凝土外加劑主要由化學外加劑與高分子改性劑和多種礦物外加劑以適當的成分和比例復合，加入混凝土中作用機理主要為上述原理的疊加效應，以最有效地方式影響固相和液相反應性能以及水泥石結晶結構的物理力學性能，使混凝土拌合物工作性良好，并調節混凝土凝結時間，具有較高的早期強度，并通過礦物摻合料填充效應使水泥石結構致密，強度良好，礦物摻合料替代水泥降低水化熱，降低混凝土溫度裂縫，增強混凝土防水抗裂功能與耐久性，從而使混凝土達到預期的效果。

3 實施效果及結論

采用當地地材添加JQ-HPC60井筒專用高性能混凝土外加劑成功配制出了符合設計要求混凝土。利用該技術，目前兩個立井均已施工至井底，副立井施工550.0m，回風立井施工537.0m。

施工期間，我們嚴格按照《煤礦井巷工程質量驗收規范》（GB50213-2010）要求，每30m做一組混凝土試塊進行強度檢測。實驗結果表明：3天抗壓強度達到設計強度的90%，7天抗壓強度達到設計強度的115%，28天抗壓強度達到設計強度的130%，完全滿足設計的強度要求。同時，在井筒施工過程中，在-56m至-98m段，圍巖涌水量達到52m3/h，利用該種方法井壁施工完成后，實測整個井筒漏水量為4.7m3/h，小于驗收規范要求的6.0m3/h，兩個井筒井壁混凝土也未出現裂縫現象，達到了預期的防水抗裂要求。

3.1 市場效益、經濟社會效益

混凝土外加劑在混凝土中能夠改善混凝土界面結構，提高混凝土密實性、強度和耐久性，在改善新拌和硬化混凝土性能中發揮重要作用。隨著經濟的發展，社會的進步，在建筑行業，尤其是煤礦井筒的建設中，高性能混凝土逐漸受到廣泛的應用，因此該項技術在同類條件下具有很高的推廣價值。

另外，JQ-HPC60井筒專用高性能混凝土外加劑中的礦物摻合料成分充分利用工業廢渣，即實現了廢棄物的循環利用，變廢為寶。

采用JQ-HPC60井筒專用高性能混凝土外加劑可增加混凝土和易性，使振搗、抹平工序易于進行，和易性增加則養護時間也明顯減少。在同樣的施工條件下可以配制優質混凝土，使工程質量得到保證和提高。

可見，應用JQ-HPC60井筒專用高性能混凝土外加劑在節約能源、提高施工速度、提高施工質量、改善施工條件以及對我國煤礦建設等方面有著明顯社會效益和經濟效益。

總之，利用當地材料添加JQ-HPC60外加劑為兩個立井施工配制出了符合設計要求的高強度C45、C50混凝土，解決了當地地材無法配置高強度混凝土的問題，同時達到了預期的防水抗裂要求，為同類條件下混凝土施工提供了新的方法。

參考文獻：

[1]黃尊紅.高強高性能混凝土的設計方法及試驗研究[D].蘭州理工大學，2004.

[2]耿恩朋.高性能混凝土的研究與應用及發展[J].山西建筑， 2014（06）.

作者簡介：毛振波（1975-），男，本科，礦建工程師，工程部部長。endprint