[發明專利]一種應用于濱海地區深部礦井建設的高性能井壁混凝土及其制備方法

有效

• 申請號: 202011059988.0
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112174607B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 劉娟紅;紀洪廣;陳玉民;周昱程;吳瑞東;張月征;裴佃飛;周曉敏;由爽;王波;朱幸福
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;山東黃金集團有限公司
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B111/20;C04B111/24
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 郝曉紅

本發明涉及混凝土技術領域，具體公開一種應用于濱海地區深部礦井建設的高性能井壁混凝土及其制備方法。所述混凝土包括如下質量份數的原料組分：水泥40～55份；磨細礦渣粉30～35份；磨細粉煤灰40～45份；硅灰50～60份；河砂225～250份；鋼纖維8～15份；減水劑2～4份和水30～45份。本發明提供的井壁混凝土具有優異的力學性能、耐久性能和抗滲性能，均滿足深部礦井建設要求，適用于濱海地區深部礦井建設。

技術領域

本發明涉及混凝土技術領域，尤其涉及一種應用于濱海地區深部礦井建設的高性能井壁混凝土及其制備方法。

背景技術

隨著濱海地區礦井開采深度的增加，特別是超過1500米之后，地層深部“三高一強”(即高應力、高水壓、高地溫、強鹽類腐蝕)的惡劣環境，給深部礦井建設帶來前所未有的挑戰。深部高地應力、高溫、高滲透壓等復雜的地質環境和應力條件易影響井壁混凝土的沖擊傾向性，往往會引發沖擊地壓等動力災害。因此，這些外部因素給深部礦井井壁混凝土的力學性能、抗滲性能及耐久性能帶來嚴峻考驗，給深部礦井的建設及安全開采帶來巨大風險。

濱海地區深部礦井井壁混凝土所處服役環境復雜，其服役性能和壽命不僅受地壓、擾動等地質條件制約，還與地下水、離子濃度等環境因素的長期作用密不可分。濱海地區深部礦井水中富含可溶性鹽，如硫酸鹽和氯鹽，容易對井壁混凝土造成多重化學腐蝕破壞。同時，地下水位的變化和礦井水的流動也會對井壁混凝土產生干濕交替的加速破壞作用。因此，井壁混凝土往往面臨力學過程和化學過程的雙重破壞，導致其服役狀態和性能出現劣化，無法滿足深部礦井建設需求。

發明內容

針對現有濱海地區深部礦井井壁混凝土的服役狀態和性能易出現劣化的問題，本發明提供一種應用于濱海地區深部礦井建設的高性能井壁混凝土及其制備方法。

為達到上述發明目的，本發明實施例采用了如下的技術方案：

一種應用于濱海地區深部礦井建設的高性能井壁混凝土，包括如下質量份數的原料組分：水泥40～55份；磨細礦渣粉30～35份；磨細粉煤灰40～45份；硅灰50～60份；河砂225～250份；鋼纖維8～15份；減水劑2～4份和水30～45份。

相對于現有技術，本發明提供的應用于濱海地區深部礦井建設的高性能井壁混凝土，首先，將磨細礦渣粉、磨細粉煤灰和硅灰復配形成復合礦物摻合料，復合礦物摻合料不僅能夠改善井壁混凝土的和易性能，還可以優化井壁混凝土的孔結構特征，提升混凝土的耐高溫性能、抗滲性能以及抗可溶性鹽腐蝕性能；其次，采用河砂替代傳統的碎石粗骨料，與復合礦物摻合料協同作用，改善混凝土的勻質性，使漿體與骨料界面過渡區的缺陷減少，進而提升混凝土的力學性能；再者，鋼纖維的加入，顯著改善了井壁混凝土的韌性，減水劑則有效提升了井壁混凝土強度。此外，較低的水膠比和不同粒徑的固相膠凝材料顆粒的緊密堆積，直接降低了混凝土的孔隙率，阻礙了水分在混凝土內部孔隙中的擴散，進一步地提高混凝土結構的耐久性能和抗滲性能。本發明提供的井壁混凝土在深部礦井服役環境中具有優異的力學性能、耐久性能和抗滲性能。

進一步地，所述水泥為P.O.42.5級普通硅酸鹽水泥。

進一步地，所述磨細礦渣粉的比表面積≥400m²/kg，如S95級磨細礦渣粉，參與混凝土的二次水化反應，優化混凝土的微觀孔隙結構，從而提高混凝土的強度和抗滲性能。

進一步地，所述磨細粉煤灰的比表面積≥310m²/kg，如Ⅱ級磨細粉煤灰，磨細粉煤灰可以降低混凝土拌合物的單位體積用水量，還可以大幅度改善混凝土拌合物的顆粒級配、保水性、和易性和密實度。同時，磨細粉煤灰的“形態效應”、“活性效應”和“微集料效應”，有助于改善混凝土中薄弱的界面過渡區(水泥漿與骨料間的過渡區域)，進而提高混凝土的強度和耐久性。