第一节 支护材料

1、1第第八八章章 巷道支护巷道支护第一节第一节 支护材料支护材料2 22022-7-43及钢筋混凝土碹等；及钢筋混凝土碹等； 第二类第二类是以锚杆支护为主，旨在改善巷道围岩是以锚杆支护为主，旨在改善巷道围岩力学性能的积极支护形式，力学性能的积极支护形式，包括锚喷支护、锚网支包括锚喷支护、锚网支护、锚喷网支护等；护、锚喷网支护等； 第三类第三类是以高强预应力锚杆和注浆加固为主的是以高强预应力锚杆和注浆加固为主的积极主动加固形式，如积极主动加固形式，如锚注支护、预应力锚索支护锚注支护、预应力锚索支护技术等，技术等，能明显改善破裂岩体力学特性，支护结构能明显改善破裂岩体力学特性，支护结构整体性好，承载

2、能力高，支护效果好。因此，巷道整体性好，承载能力高，支护效果好。因此，巷道支护技术已经有了较大的发展，为矿山的可持续发支护技术已经有了较大的发展，为矿山的可持续发展做出了较大贡献。展做出了较大贡献。2022-7-4342022-7-445 52022-7-46第一节第一节 支护材料支护材料62022-7-4棚式支架棚式支架 石材整体支护石材整体支护 锚喷支护锚喷支护梯形金属支架梯形金属支架 料石料石 金属锚杆（锚索）金属锚杆（锚索）拱形可缩金属支架拱形可缩金属支架 砖砖 木锚杆木锚杆木支架木支架 混凝土混凝土 竹锚杆竹锚杆钢筋混凝土支架钢筋混凝土支架 钢筋混凝土钢筋混凝土 金属网金属网 混凝土

3、混凝土 7 在物理、化学作用下，能从浆体变成坚硬的石在物理、化学作用下，能从浆体变成坚硬的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为质，统称为胶凝材料。胶凝材料。 胶凝材料可以分为胶凝材料可以分为无机和有机两大类。无机和有机两大类。沥青和沥青和各种树脂属各种树脂属有机胶凝材料。无机胶凝材料有机胶凝材料。无机胶凝材料按照其硬按照其硬化条件，又可分为化条件，又可分为水硬性和非水硬性两类。水硬性和非水硬性两类。水硬性水硬性胶凝材料在拌水后胶凝材料在拌水后既能既能在空气中硬化，在空气中硬化，又能又能在水中在水中硬化，通常称为硬化，通常称为水泥；

4、水泥；非水硬性胶凝材料非水硬性胶凝材料只能只能在空在空气中硬化气中硬化而不能而不能在水中硬化，故又称气硬性胶凝材在水中硬化，故又称气硬性胶凝材一、胶凝材料一、胶凝材料2022-7-478料，如料，如石灰、石膏等。石灰、石膏等。 1. 1.非水硬性胶凝材料非水硬性胶凝材料不宜于潮湿环境不宜于潮湿环境 石膏石膏：硫酸钙（：硫酸钙（CaSOCaSO4 42H2H2 2O O），主要用于室），主要用于室内装饰、绝热保温、吸音防火，内装饰、绝热保温、吸音防火，90090010001000。如。如图图8-18-1所示。所示。 石灰石灰：CaCOCaCO3 3CaO+COCaO+CO2 2 生石灰；生石灰；

5、 CaO+H CaO+H2 2O OCa(OH)Ca(OH)2 2+15.5+15.5千卡千卡 熟石灰。熟石灰。 作用：作用：砌筑砂浆或抹灰砂浆，拌制三合土（石砌筑砂浆或抹灰砂浆，拌制三合土（石灰、黏土、砂石或矿渣）提高强度和耐水性，建灰、黏土、砂石或矿渣）提高强度和耐水性，建筑物基础、路基等。筑物基础、路基等。2022-7-489图图8-1 8-1 石膏石膏( (硫酸钙硫酸钙) )2022-7-4910 2.2.水硬性胶凝材料：水泥水硬性胶凝材料：水泥 用于地面、地下和水中。用于地面、地下和水中。 3. 3.水玻璃水玻璃 水玻璃又称水玻璃又称泡花碱，泡花碱，是一种是一种碱金属硅酸盐。碱金属硅

6、酸盐。 (1) (1)种类：种类：根据其碱金属氧化物种类的不同，根据其碱金属氧化物种类的不同，又分为又分为硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃等，其中以硅等，其中以硅酸钠水玻璃最为常用。酸钠水玻璃最为常用。 (2) (2)作用：作用：水玻璃具有良好的粘结性能和很强水玻璃具有良好的粘结性能和很强的耐酸腐蚀性；水玻璃硬化时析出的硅酸凝胶还能的耐酸腐蚀性；水玻璃硬化时析出的硅酸凝胶还能堵塞材料的毛细孔隙，有阻止水分渗透的作用。堵塞材料的毛细孔隙，有阻止水分渗透的作用。2022-7-41011 (3)(3)应用：应用：水玻璃还具有良好的耐热性能，高温水玻璃还具有良好的耐热性能，高温不分

7、解，强度不降低不分解，强度不降低( (甚至有增加甚至有增加) )。因此常用于工。因此常用于工程注浆堵水和加固。程注浆堵水和加固。 二水泥二水泥 1. 1.品种（高水速凝材料）品种（高水速凝材料）11 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 建筑工程建筑工程 矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥 2022-7-412 高铝水泥高铝水泥快硬、高强、耐腐蚀，快硬、高强、耐腐蚀， 国防、道路、抢修。国防、道路、抢修。 膨胀水泥膨胀水泥防水沙浆：构件、管道接防水沙浆：构件、管道接 头，防渗抹面。头，防渗抹面。 特殊工程特殊工程

8、白色水泥白色水泥原料和制作设备及过程。原料和制作设备及过程。 彩色水泥：氧化铁、氧化锰、氧化铬。彩色水泥：氧化铁、氧化锰、氧化铬。 快硬水泥；抢修工程、抗冲击及抗震快硬水泥；抢修工程、抗冲击及抗震 性工程。性工程。 耐硫酸盐水泥。耐硫酸盐水泥。2022-7-41213 2 2硅酸盐水泥硅酸盐水泥 生产工艺（如图生产工艺（如图8-28-2）2022-7-413图图8-2 8-2 硅酸盐水泥生产工艺流程图硅酸盐水泥生产工艺流程图（CaO） （SiO2、Al2O3） （Fe2O3） 按比例混按比例混合、磨细合、磨细石灰石石灰石粘土粘土铁粉铁粉生料生料熟料熟料石膏石膏水泥水泥成品成品煅烧煅烧(1450

9、(1450o oC)C)黑色球状黑色球状磨细磨细较少较少3%3%左右左右14 熟料的矿物组成熟料的矿物组成14 矿物性能（单独与水作用）矿物性能（单独与水作用）名名 称称硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙凝结硬化速度凝结硬化速度28天放热量天放热量强度强度快快多多高高慢慢少少早低、后高早低、后高最快最快最多最多低低快快中中低低2022-7-4表表8-18-115 水化热。水化热。大体积混凝土大体积混凝土水化热造成的水化热造成的内外温差内外温差，可导致可导致混凝土开裂混凝土开裂；但水化热对；但水化热对冬季混凝土施工冬季混凝土施工则则是有益的，水化热可促进水泥水化

10、进程。是有益的，水化热可促进水泥水化进程。 水泥的细度水泥的细度 7 7200m200m（0.0070.0070.2mm0.2mm），水泥颗粒愈细，），水泥颗粒愈细，比表面积愈大，水化愈快，其早期强度和后期强度比表面积愈大，水化愈快，其早期强度和后期强度都越高。都越高。 但在空气中硬化收缩性大，成本高。但在空气中硬化收缩性大，成本高。 筛分法：筛分法：0.08mm0.08mm方孔标准筛筛余量不得超过方孔标准筛筛余量不得超过10%10%。2022-7-41516 水泥的凝结时间水泥的凝结时间细度、铝酸三钙含量、细度、铝酸三钙含量、水灰比水灰比 初凝：初凝：加水拌和加水拌和开始失去塑性（搅拌、运输

11、、开始失去塑性（搅拌、运输、浇捣和砌筑）。国家标准规定，不小于浇捣和砌筑）。国家标准规定，不小于45min45min。 终凝：终凝：加水拌和加水拌和失去塑性产生强度（尽快硬失去塑性产生强度（尽快硬化、产生强度）。国家标准规定，硅酸盐水泥不大化、产生强度）。国家标准规定，硅酸盐水泥不大于于390min390min，其他水泥不大于，其他水泥不大于600min600min，一般，一般5 58h8h。 硬化：硬化：终凝终凝形成坚硬人造石。形成坚硬人造石。 水泥的强度水泥的强度矿物成分和细度矿物成分和细度 水泥和标准沙（水泥和标准沙（13.013.0）+ +定量水定量水( (水灰比水灰比2022-7-4

12、1617172022-7-40.50.5）标准试件（标准试件（4040440440160mm160mm）养护养护（3d3d、28d28d）试验（抗折抗压）温度试验（抗折抗压）温度202011相对湿度相对湿度90%90%。强度等级：强度等级：42.542.5、42.5R42.5R、52.5 52.5 52.5R52.5R、62.562.5、62.5R(R62.5R(R表示早强型表示早强型) )六个等级。六个等级。 硅酸盐水泥的应用硅酸盐水泥的应用 标号高标号高重要结构的高强混凝土、钢筋混凝重要结构的高强混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土。土、预应力混凝土。 凝结硬化快凝结硬化快喷射混凝土支护。喷射

13、混凝土支护。 耐冻性好耐冻性好冬季施工和遭受反复冻融工程。冬季施工和遭受反复冻融工程。 水化热多、周期长水化热多、周期长不适用于大体积混凝不适用于大体积混凝1818土；（土；（3d3d50%50%，3 3个月个月90%90%）。）。 抗软水及化学腐蚀性差抗软水及化学腐蚀性差不适宜于海水、不适宜于海水、矿物水、流动的淡水及有水压的水（或体积膨胀或矿物水、流动的淡水及有水压的水（或体积膨胀或生成溶于水的氢氧化钙、铝化钙等）。生成溶于水的氢氧化钙、铝化钙等）。 存放存放 按不同品种、标号及出厂日期存放。按不同品种、标号及出厂日期存放。 一般存储条件下：一般存储条件下：三个月后强度降低三个月后强度降低

14、101020%20%，六个月后强度降低六个月后强度降低151530%30%，1 1年后强度降低年后强度降低252540%40%。 堆积密度堆积密度2022-7-419192022-7-4 1000 10001600kg/m1600kg/m3 3。 3.3.水泥混合材料水泥混合材料 分类分类 活性混合材料：活性混合材料：产生胶凝性的水化产物，在产生胶凝性的水化产物，在空气和水中均能硬化。空气和水中均能硬化。 如：粒化高炉矿渣（炼铁高炉的熔融矿渣经急如：粒化高炉矿渣（炼铁高炉的熔融矿渣经急冷冷水淬，粒径水淬，粒径0.50.55mm5mm）。）。 火山灰质混合材料（活性氧化硅、活性氧化铝）火山灰质混

15、合材料（活性氧化硅、活性氧化铝） 粉煤灰：发电厂烟气灰渣，粉煤灰：发电厂烟气灰渣，0.0010.0010.05mm0.05mm，未，未燃炭规定在（燃炭规定在（1 12%2%）。）。20202022-7-4 非活性混合材料：非活性混合材料：粘土、石灰石、石英砂等。粘土、石灰石、石英砂等。 作用作用 提高产量、降低标号、降低水化热，扩大使用提高产量、降低标号、降低水化热，扩大使用范围。范围。 活性材料能改善某些性能。活性材料能改善某些性能。 4. 4.普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 组成：组成：硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料 + + 少量混合材料少量混合材料 + + 适量石膏适量石膏普通水泥。普通水泥

16、。活性掺量少于活性掺量少于15%15%，非活性掺量少于，非活性掺量少于10%10%， 调节水泥的强度等级。调节水泥的强度等级。 21212022-7-4 强度等级：强度等级：见表见表8-28-2。 性能：性能：基本性能同硅酸盐水泥；基本性能同硅酸盐水泥； 凝结硬化速度慢、抗冻及耐磨性差；凝结硬化速度慢、抗冻及耐磨性差； 凝结时间要求一样。凝结时间要求一样。 使用：使用：标号广，便于使用。标号广，便于使用。 堆积密度：堆积密度：100010001600kg/m1600kg/m3 3。 5. 5.矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥 组成：组成：硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料 + + 粒化高炉矿渣粒化高炉矿

17、渣 + + 适量石膏。适量石膏。 202070% 70% 强度等级：强度等级：见表见表8-28-2。222022-7-422表表8-2 8-2 通用硅酸盐水泥的强度通用硅酸盐水泥的强度(GBl75-2007) (GBl75-2007) 23232022-7-4 应用应用 水泥石氢氧化钙较少，抗软水及化学腐蚀性较水泥石氢氧化钙较少，抗软水及化学腐蚀性较强强水工和海港工程。水工和海港工程。 耐热性好：耐热性好：冶炼车间、锅炉房、炉窑外壳等；冶炼车间、锅炉房、炉窑外壳等； 用水量大，保水性差，干缩性大：用水量大，保水性差，干缩性大：故抗冻性、故抗冻性、抗渗性差。抗渗性差。 堆积密度：堆积密度：100

18、010001200kg/m1200kg/m3 3。 6. 6.火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥 组成：组成：硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料 + + 火山灰质混合材料火山灰质混合材料 + + 适量石膏适量石膏 202050%50%24242022-7-4 强度等级：强度等级：见表见表8-28-2。 应用：应用： 堆积密度堆积密度9009001000kg/m1000kg/m3 3。 硬化慢、湿热敏感性高硬化慢、湿热敏感性高适用于采用蒸汽养护适用于采用蒸汽养护的工程，不宜有早强要求的工程和低温工程。的工程，不宜有早强要求的工程和低温工程。 水化热少（同标号普通水泥的水化热少（同标号普通水泥的70%

19、70%）大体积大体积混凝土。混凝土。 潮湿环境中产生膨胀胶化作用潮湿环境中产生膨胀胶化作用抗渗要求较抗渗要求较高的工程。高的工程。 初期析水速度快，产生收缩裂纹，在干燥环境初期析水速度快，产生收缩裂纹，在干燥环境中不宜采用。中不宜采用。25252022-7-4用水量大，干缩性大：用水量大，干缩性大：故抗冻性差。故抗冻性差。 7. 7.粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥 组成：组成：硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料 + + 粉煤灰粉煤灰 + + 适量石适量石膏。膏。 202040%40% 强度等级：强度等级：见表见表8-28-2。 应用：应用：硬化较慢，早期强度较低，不宜有早硬化较慢，早期强度较低，不

20、宜有早强要求的工程和低温工程。强要求的工程和低温工程。 水化热少（同标号普通水泥的水化热少（同标号普通水泥的70%70%）大体积大体积混凝土。混凝土。 初期析水速度快，产生收缩裂纹。选用如表初期析水速度快，产生收缩裂纹。选用如表8-38-3。262022-7-426表表8-3 8-3 常用水泥的选用常用水泥的选用注：采用蒸汽养护时的水泥品种，宜根据具体条件通过试验确定。注：采用蒸汽养护时的水泥品种，宜根据具体条件通过试验确定。27272022-7-4 三、混凝土三、混凝土 （一）混凝土品种（一）混凝土品种 按按干表观密度干表观密度（10510555干燥至恒重）的大小。干燥至恒重）的大小。 1.

21、1.重混凝土：重混凝土：干表观密度大于干表观密度大于2600kg/m2600kg/m3 3，防，防x x射线和射线和射线，如重晶石混凝土、钢屑混凝土等。射线，如重晶石混凝土、钢屑混凝土等。 2.2.普通混凝土：普通混凝土：190019002500kg/m2500kg/m3 3，房屋、桥梁、，房屋、桥梁、道路等。道路等。 3.3.轻混凝土：轻混凝土：干表观密度小于干表观密度小于1900kg/m1900kg/m3 3，保温，保温或轻质结构。或轻质结构。 (1)(1)轻骨料混凝土轻骨料混凝土(800(8001900kg/m1900kg/m3 3) )，火山渣、，火山渣、28282022-7-4膨胀矿

22、渣及煤渣等制成。膨胀矿渣及煤渣等制成。 (2)(2)泡沫混凝土、泡沫混凝土、加气混凝土等加气混凝土等(300(3001200 1200 kg/mkg/m3 3) )，泡沫和发气剂。，泡沫和发气剂。 (3)(3)大孔混凝土，大孔混凝土，不加细骨料。不加细骨料。 (4)(4)防水混凝土、防水混凝土、耐热混凝土、喷射混凝土、耐耐热混凝土、喷射混凝土、耐酸混凝土等。酸混凝土等。 （二）组成材料（二）组成材料 水泥水泥 + + 砂子砂子 + + 石子石子 + + 水水混凝土。混凝土。 胶凝材料胶凝材料 骨料（总体积的骨料（总体积的60608080）。）。 1.1.水泥水泥决定着混凝土的成本和强度。决定着

23、混凝土的成本和强度。29292022-7-4 (1)(1)品种品种工程特点和环境条件。工程特点和环境条件。 (2)(2)标号标号水泥标号为混凝土强度等级的水泥标号为混凝土强度等级的1.51.52 2倍。倍。 2.2.砂子砂子细骨料：细骨料：0.150.155mm5mm，海砂、河砂和，海砂、河砂和山砂。山砂。 (1)(1)有害杂质：有害杂质：妨碍水泥与砂的粘结，降低强度，妨碍水泥与砂的粘结，降低强度，增加用水量，增大收缩，降低抗冻及抗渗性。增加用水量，增大收缩，降低抗冻及抗渗性。 (2)(2)颗粒形状：颗粒形状：影响流动性及黏结强度。影响流动性及黏结强度。 (3)(3)砂的粗细及颗粒级配：砂的粗

24、细及颗粒级配：节约水泥，提高强度。节约水泥，提高强度。 筛分法：筛分法：5 5、2.52.5、1.251.25、0.630.63、0.3150.315、0.160.16标标30302022-7-4准筛，准筛，500g500g干砂。干砂。 3.3.石子石子粗骨料：大于粗骨料：大于5mm 5mm 卵石和碎石。卵石和碎石。 (1)(1)质量要求：质量要求：针状（针状（2.42.4倍）和片状（倍）和片状（0.40.4倍）倍）降低强度。降低强度。 活性氧化硅活性氧化硅碱骨料反应（生成凝胶，吸水碱骨料反应（生成凝胶，吸水无限膨胀，水泥石涨裂）。无限膨胀，水泥石涨裂）。 (2)(2)粒度要求：粒度要求：粗细

25、骨料均要求有良好的颗粒级粗细骨料均要求有良好的颗粒级配，以减小空隙率，增强密实性，从而可以节约水配，以减小空隙率，增强密实性，从而可以节约水泥，保证混凝土的和易性及混凝土的强度。连续级泥，保证混凝土的和易性及混凝土的强度。连续级配和间断级配，如图配和间断级配，如图8-38-3所示。所示。31312022-7-4图图8-3 8-3 粗骨料级配粗骨料级配（a a）- -粗；（粗；（b b）- -粗、中；（粗、中；（c c）- -粗、中、细粗、中、细 (3) (3)最大粒径最大粒径（小于结构截面最小尺寸的（小于结构截面最小尺寸的1/41/4，钢筋最小净距的钢筋最小净距的3/43/4）。）。 4.4.

26、水水 凡是能饮用的自来水和清洁的天然水，都能用凡是能饮用的自来水和清洁的天然水，都能用来拌制和养护混凝土。污水来拌制和养护混凝土。污水PHPH4 4的酸性水、含硫酸的酸性水、含硫酸盐盐( (按按SOSO3 3计计) )超过水重超过水重1%1%的水，以及含油脂、糖类的的水，以及含油脂、糖类的水均不许使用。水均不许使用。32322022-7-4 （三）混凝土的技术性质（三）混凝土的技术性质 1.1.常用混凝土一般要满足以下四项要求常用混凝土一般要满足以下四项要求 经拌和后形成的拌合物应具有一定的经拌和后形成的拌合物应具有一定的和易性和易性； 混凝土应在规定龄期达到设计要求的混凝土应在规定龄期达到设

27、计要求的强度；强度； 混凝土应具有适应其所处环境的混凝土应具有适应其所处环境的耐久性；耐久性； 经济合理经济合理，在保证质量前提下，降低造价。，在保证质量前提下，降低造价。 2. 2.混凝土混合物和易性混凝土混合物和易性 (1) (1)混凝土混合物混凝土混合物 混凝土组成材料依一定比例加以配合，拌匀而混凝土组成材料依一定比例加以配合，拌匀而33332022-7-4未凝结硬化以前，即为未凝结硬化以前，即为混凝土混合物，混凝土混合物，它必须具有它必须具有良好的和易性。良好的和易性。 (2) (2)和易性和易性 和易性是和易性是指混凝土混合物在保证质地均匀，各指混凝土混合物在保证质地均匀，各组成成分

28、不离析的条件下，适用于拌和、运输、浇组成成分不离析的条件下，适用于拌和、运输、浇灌和捣实的综合性质。灌和捣实的综合性质。 和易性指标和易性指标 流动性流动性: :在振捣或自重作用下，能产生流动，并在振捣或自重作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能粘聚性和保水性均匀密实地填满模板的性能粘聚性和保水性。 粘聚性粘聚性: :施工过程中其组成材料之间有一定粘聚施工过程中其组成材料之间有一定粘聚34342022-7-4力，不致产生分层和离析的现象。力，不致产生分层和离析的现象。 保水性保水性: :施工过程中具有一定的保水能力，不致施工过程中具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。产生严重的泌

29、水现象。 混凝土拌合物的混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性，流动性、粘聚性、保水性，三三者之间互相关联又互相矛盾。者之间互相关联又互相矛盾。如粘聚性好，如粘聚性好，则保水则保水性往往也好，但流动性可能较差；性往往也好，但流动性可能较差；当增大流动性时，当增大流动性时，粘聚性和保水性往往变差。粘聚性和保水性往往变差。因此，因此，所谓拌合物的和所谓拌合物的和易性良好，就是要使这三方面的性能，在某种具体易性良好，就是要使这三方面的性能，在某种具体工作条件下得到统一，达到均为良好的状况。工作条件下得到统一，达到均为良好的状况。 流动性流动性测定测定35352022-7-4 常用常用坍落度或维勃稠度坍

30、落度或维勃稠度测定混凝土拌合物的流测定混凝土拌合物的流动性，并辅以直观经验来评定粘聚性和保水性，以动性，并辅以直观经验来评定粘聚性和保水性，以评定和易性。评定和易性。 坍落度法坍落度法是把调配好的混凝土拌合物分层装入是把调配好的混凝土拌合物分层装入标准圆锥筒标准圆锥筒( (图图8-4)8-4)内，将表面刮平，垂直提取圆锥内，将表面刮平，垂直提取圆锥筒后，拌合物将产生一定程度的坍落，量出坍落的筒后，拌合物将产生一定程度的坍落，量出坍落的高度，称为坍落度高度，称为坍落度( (坍落度大，表示流动性好坍落度大，表示流动性好) )。故。故在测定坍落度时，不仅需以捣棒轻击锥体侧部，观在测定坍落度时，不仅需

31、以捣棒轻击锥体侧部，观察是否分层、离析，还要以抹刀抹面，看其表面是察是否分层、离析，还要以抹刀抹面，看其表面是否光滑、砂浆是否饱满、底部是否析水等来评定其否光滑、砂浆是否饱满、底部是否析水等来评定其362022-7-436图图8-4 8-4 混凝土拌合物坍落度测定混凝土拌合物坍落度测定( () )37372022-7-4粘聚性及保水性。粘聚性及保水性。 混凝土拌合物坍落度的选择混凝土拌合物坍落度的选择，要根据结构类型、，要根据结构类型、构件截面大小、配筋疏密、输送方式和施芷捣实方构件截面大小、配筋疏密、输送方式和施芷捣实方法等因素来确定。法等因素来确定。当构件截面较小或钢筋较密当构件截面较小或

32、钢筋较密，或，或采用人工插捣时，坍落度可选大些。采用人工插捣时，坍落度可选大些。反之，反之，如构件如构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用机械振捣时，截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用机械振捣时，坍落度选择可小些。如表坍落度选择可小些。如表8-48-4所示。所示。 3. 3.混凝土的强度与强度等级混凝土的强度与强度等级 混凝土的强度以抗压强度最大，通常以混凝土混凝土的强度以抗压强度最大，通常以混凝土的抗压强度作为其力学性能的总指标。的抗压强度作为其力学性能的总指标。38表表8-4 8-4 塌落度选择塌落度选择38 (1) (1)立方体试块立方体试块 规定采用标准立方体试块规定采用标准立方体试块(1

33、50(1501501501501502022-7-439392022-7-4) )，在标准条件下，在标准条件下( (温度为温度为2020土土33，相对湿度大于，相对湿度大于90%)90%)养护或水中养护，达养护或水中养护，达28d28d龄期，用标准试验方法龄期，用标准试验方法测得的抗压强度，为混凝土立方体抗压强度。测得的抗压强度，为混凝土立方体抗压强度。 (2)(2)强度等级强度等级 可根据混凝土立方体抗压强度标准值将混凝土可根据混凝土立方体抗压强度标准值将混凝土划分为不同强度等级。混凝土强度等级用符号划分为不同强度等级。混凝土强度等级用符号C C (Concrete)(Concrete)和立

34、方体抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值(MPa)(MPa)表示，分表示，分为为C7C75 5、Cl0Cl0、C15C15、C20C20、C25C25，C30C30、C35C35、C40C40、C45C45、C50C50、C55C55、C60C60、C65C65、C70C70、C75C75及及C80C80共共1616个个强度等级。强度等级。40402022-7-4 (3) (3)影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素 影响混凝土强度的因素很多，主要归纳有以下影响混凝土强度的因素很多，主要归纳有以下几个方面：几个方面： 水泥强度等级：水泥强度等级：当其他条件相同时，水泥强当其他条件相同时，水泥

35、强度愈高，则混凝土强度愈高。度愈高，则混凝土强度愈高。 水灰比：水灰比：当用同一种水泥当用同一种水泥( (品种及强度等级相品种及强度等级相同同) )时，混凝生的强度主要决定于水灰比。因为水泥时，混凝生的强度主要决定于水灰比。因为水泥水化时所需的结合水一般只占水泥重量的水化时所需的结合水一般只占水泥重量的20%20%左右，左右，但在拌制混凝土拌合物时，为了获得必要的流动性，但在拌制混凝土拌合物时，为了获得必要的流动性，常需用较多的水常需用较多的水( (约占水泥重量的约占水泥重量的40%40%70%)70%)，41412022-7-4也即用较大的水灰比。当混凝土硬化后，多余的水也即用较大的水灰比。

36、当混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发后形成气孔，分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发后形成气孔，大大减少了混凝土承受荷载的实际有效断面，而且大大减少了混凝土承受荷载的实际有效断面，而且可能在孔隙周围产生应力集中。因此，可以认为，可能在孔隙周围产生应力集中。因此，可以认为，在水泥强度等级相同的情况下，水灰比愈小，水泥在水泥强度等级相同的情况下，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土强度也石的强度愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土强度也就愈高。但是，如果加水太少就愈高。但是，如果加水太少( (水灰比太小水灰比太小) )，拌合，拌合物过于干硬，在一定的捣实成型条件下，无法

37、保证物过于干硬，在一定的捣实成型条件下，无法保证浇灌质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，强浇灌质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，强度也会降低。度也会降低。42422022-7-4混凝土强度与水灰比、水泥强度等级等因素间的线混凝土强度与水灰比、水泥强度等级等因素间的线性经验公式为：性经验公式为：BWCRARC28式中式中 R R2828砼砼28d28d龄期抗压强度，龄期抗压强度，Mpa;Mpa; R RC C水泥的实际抗压强度，水泥的实际抗压强度，Mpa;Mpa; C/W C/W灰水比灰水比( (水泥与水的重量比水泥与水的重量比) )； A A、BB经验系数，与骨料和水泥品种等因素经验系数

38、，与骨料和水泥品种等因素 有关，可通过试验确定，如无试验和有关，可通过试验确定，如无试验和43432022-7-4 统计数据，可采用下列参数：统计数据，可采用下列参数： 碎石碎石A=0.46A=0.46，B=0.07B=0.07； 卵石卵石A=0.48A=0.48，B=0.33B=0.33。 骨料的品质和级配。骨料的品质和级配。 施工时的搅拌、振捣。施工时的搅拌、振捣。 养护的湿度、温度及养护龄期养护的湿度、温度及养护龄期(7(7天天) )等。等。 (4)(4)提高混凝土强度的措施提高混凝土强度的措施 提高水泥标号。提高水泥标号。 降低水灰比：降低水灰比：为改善和易性，可掺加为改善和易性，可掺

39、加减水剂。减水剂。 采用级配好且干净的砂、高强度石子。采用级配好且干净的砂、高强度石子。 44442022-7-4 加强养护：加强养护：保证适宜的温度、较高的湿度，保证适宜的温度、较高的湿度，或采用湿热处理（蒸汽养护）来提高早期强度。或采用湿热处理（蒸汽养护）来提高早期强度。 加强搅拌和振捣。加强搅拌和振捣。 添加增强材料：添加增强材料：如硅粉、钢纤维等。如硅粉、钢纤维等。 4. 4.混凝土的耐久性混凝土的耐久性 (1) (1)耐久性的意义耐久性的意义 用于构筑物的混凝土，不仅要具有能安全承受用于构筑物的混凝土，不仅要具有能安全承受荷载的强度，还应具有耐久性，即要求混凝土在长荷载的强度，还应具

40、有耐久性，即要求混凝土在长期使用环境条件下，能抵抗内、外不利的影响，而期使用环境条件下，能抵抗内、外不利的影响，而保持其使用性能。保持其使用性能。耐久性良好耐久性良好的混凝土，对的混凝土，对延长延长结结45452022-7-4构使用寿命，构使用寿命，减少减少维修保养费用，维修保养费用，提高提高经济效益等经济效益等具有重要具有重要意义意义。 (2) (2)提高混凝土耐久性的主要措施提高混凝土耐久性的主要措施 根据工程所处环境和工程性质不同选用适宜根据工程所处环境和工程性质不同选用适宜或合理的水泥品种，并选择适宜的混合材料和填料。或合理的水泥品种，并选择适宜的混合材料和填料。 采用较小的水灰比，并

41、限制最大水灰比和最采用较小的水灰比，并限制最大水灰比和最小水泥用量。小水泥用量。 采用级配好且干净的砂、石骨料，并选用粒采用级配好且干净的砂、石骨料，并选用粒径较大或适中的砂、石骨料。径较大或适中的砂、石骨料。 掺加减水剂或引气剂，或根据工程性质，掺掺加减水剂或引气剂，或根据工程性质，掺46462022-7-4加其他适宜的外加剂。加其他适宜的外加剂。 加强养护。加强养护。 改善施工方法等。改善施工方法等。 ( (四四) )混凝土的外加剂混凝土的外加剂 在混凝土拌和时或拌和前掺人，其掺量在混凝土拌和时或拌和前掺人，其掺量一般不一般不大于水泥重量大于水泥重量5%5%，能显著改善混凝土性能的材料能显

42、著改善混凝土性能的材料称称为混凝土外加剂。为混凝土外加剂。常用的外加剂有常用的外加剂有减水剂、速凝剂、减水剂、速凝剂、早强剂、缓凝剂、膨胀剂和防冻剂早强剂、缓凝剂、膨胀剂和防冻剂等。由于外加剂等。由于外加剂对混凝土技术性能的显著改善，如提高最终强度或对混凝土技术性能的显著改善，如提高最终强度或初期强度（早强）、改善和易性、提高耐久性及节初期强度（早强）、改善和易性、提高耐久性及节47472022-7-4约水泥等。已成为混凝土的重要组成部分，被称为约水泥等。已成为混凝土的重要组成部分，被称为混凝土的第五组分，混凝土的第五组分，获得越来越广泛的应用。获得越来越广泛的应用。 1. 1.减水剂减水剂

43、(1) (1)概念：概念：能保持混凝土拌合物的和易性不变能保持混凝土拌合物的和易性不变而显著减少其拌和用水量的外加剂称为而显著减少其拌和用水量的外加剂称为减水剂。减水剂。 (2) (2)作用作用 若保持和易性或流动性不变，掺加减水剂则若保持和易性或流动性不变，掺加减水剂则可大幅度地减少拌合水，获得降低水灰比、提高密可大幅度地减少拌合水，获得降低水灰比、提高密实性、增加强度、增强抗渗性和抗冻性的良好效果。实性、增加强度、增强抗渗性和抗冻性的良好效果。 若保持原设计要求的强度不变，在混凝土中若保持原设计要求的强度不变，在混凝土中48482022-7-4掺适量减水剂，则可在降低用水量的同时降低水泥掺

44、适量减水剂，则可在降低用水量的同时降低水泥用量，达到节约水泥的目的。用量，达到节约水泥的目的。 (3) (3)类型：类型：减水剂有多种，包括减水剂有多种，包括木质素系减水木质素系减水剂，剂，如木质素如木质素磺酸钙磺酸钙( (又称又称M M型减水剂型减水剂) )、木质素磺、木质素磺酸钠酸钠等；等；萘磺酸盐系减水剂，萘磺酸盐系减水剂，如如NFNF型、型、FDNFDN型、型、MFMF型型等；等；水溶性树脂减水剂，水溶性树脂减水剂，如如SMSM树脂减水剂等。如树脂减水剂等。如图图8 85 5所示。所示。 2.2.速凝剂速凝剂 (1) (1)作用：作用：速凝剂的作用是使混凝土迅速凝结速凝剂的作用是使混凝

45、土迅速凝结硬化，以达到较高早期强度的目的。硬化，以达到较高早期强度的目的。49图图8 85 5 混凝土减水剂混凝土减水剂2022-7-450502022-7-4 (2) (2)类型：类型：速凝剂主要有速凝剂主要有无机盐类无机盐类和和有机物类，有机物类，我国常用我国常用无机盐类，无机盐类，如如红星红星I I型、型、711711型、型、728728型、型、86048604型型等。如图等。如图8 86 6所示。所示。 速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在5min5min内初内初凝，凝，10min10min内终凝，内终凝，1h1h就可产生强度，就可产生强度，1 1天强度提高

46、天强度提高2 23 3倍。但后期强度会下降，倍。但后期强度会下降，2828天强度约为不掺时天强度约为不掺时的的80%80%90%90%。 (3)(3)掺量：掺量：红星红星I I型型速凝剂的适宜掺量为水泥质速凝剂的适宜掺量为水泥质量的量的2.5%2.5%4.0%4.0%，711711型型速凝剂的适宜掺量为水泥速凝剂的适宜掺量为水泥质量的质量的3.0%3.0%5.0%5.0%。这两类速凝剂均这两类速凝剂均含碱性物质，含碱性物质，51图图8 86 6 混凝土速凝剂混凝土速凝剂2022-7-45152522022-7-4对人员皮肤有一定的腐蚀作用，使用时应对人员皮肤有一定的腐蚀作用，使用时应注意保护。

47、注意保护。且速凝剂的吸湿性强，应妥善保管，受潮后对速凝且速凝剂的吸湿性强，应妥善保管，受潮后对速凝效果有显著影响。效果有显著影响。 (4) (4)应用：应用：速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混道、引水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程中。凝土或喷射砂浆工程中。 砼各种速凝剂及其掺量如表砼各种速凝剂及其掺量如表8-58-5所示。所示。 ( (五五) )混凝土的配合比混凝土的配合比 1. 1.概念概念 混凝土配合比混凝土配合比是指混凝土组成材料间的数量比是指混凝土组成材料间的数量比532022-7-453表表

48、8-5 8-5 砼各种速凝剂及其掺量砼各种速凝剂及其掺量例关系。例关系。 2.2.方法方法54542022-7-4 混凝土配合比表示方法混凝土配合比表示方法有两种有两种: : (1) (1)以以1m1m3 3混凝土中各组成材料的质量表示，混凝土中各组成材料的质量表示，如如水泥水泥336kg336kg，砂，砂654kg654kg，石子，石子1215kg1215kg，水，水195kg195kg； (2) (2)以水泥质量为以水泥质量为1 1，表示出各成份的质量比，表示出各成份的质量比，如如:1:1.95:3.52:0.58(:1:1.95:3.52:0.58(水泥水泥: :砂子砂子: :石子石子:

49、 :水水) )。其中。其中混凝土水灰比混凝土水灰比( (水水: :水泥水泥) )是决定混凝土强度及其和是决定混凝土强度及其和易性的重要指标。易性的重要指标。 3.3.混凝土配合比设计混凝土配合比设计 (1)(1)实质实质 就是确定就是确定水泥、水、砂与石子水泥、水、砂与石子这四项基本组成这四项基本组成55552022-7-4材料用量之间的三个比例关系。即：水与水泥之间材料用量之间的三个比例关系。即：水与水泥之间的比例关系，常用水灰比表示；砂与石子之间的比的比例关系，常用水灰比表示；砂与石子之间的比例关系，常用砂率表示；水泥浆与骨料之间的比例例关系，常用砂率表示；水泥浆与骨料之间的比例关系，常用

50、单位用水量来反映。关系，常用单位用水量来反映。 (2) (2)确定这三个参数的基本原则确定这三个参数的基本原则 在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的水灰比；在满足混凝土施工要求的和易性的凝土的水灰比；在满足混凝土施工要求的和易性的基础上，根据粗骨料的种类和规格，确定混凝土的基础上，根据粗骨料的种类和规格，确定混凝土的单位用水量；砂的数量，应以填充石子空隙后略有单位用水量；砂的数量，应以填充石子空隙后略有富余的原则，来确定砂率。富余的原则，来确定砂率。56562022-7-4 ( (六六) )矿业工程对混凝土性能的要求矿业工程对混凝土性能的要求

51、混凝土均应满足强度、工作性混凝土均应满足强度、工作性( (和易性和易性) )要求，要求，以及根据不同工程条件提出的抗渗性、抗冻性、抗以及根据不同工程条件提出的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等要求。侵蚀性等要求。 根据不同矿业工程的施工特点，矿业工程施工根据不同矿业工程的施工特点，矿业工程施工还应考虑对混凝土的一些还应考虑对混凝土的一些特殊要求，特殊要求，如：地面拌制如：地面拌制混凝土向井下输运时的混凝土向井下输运时的流动性、均匀性流动性、均匀性要求，冻结要求，冻结法施工用混凝土的法施工用混凝土的抗冻、早强抗冻、早强等要求，对于锚喷网等要求，对于锚喷网支护的喷混凝土支护的喷混凝土骨料与拌和物骨料与拌和

52、物的要求，以及在井下的要求，以及在井下有严重腐蚀性有严重腐蚀性( (如酸性地下水如酸性地下水) )环境对水泥环境对水泥等原材料等原材料57572022-7-4的要求等。的要求等。 四、砂浆四、砂浆 1.1.组成组成 砂浆由胶结材料、细骨料及水配合组成。常用砂浆由胶结材料、细骨料及水配合组成。常用的胶结材料有水泥、石灰、石膏等，细骨料以天然的胶结材料有水泥、石灰、石膏等，细骨料以天然砂用得最多，有时也可使用细矿渣及石屑等。砂用得最多，有时也可使用细矿渣及石屑等。 2. 2.砂浆与砼的区别砂浆与砼的区别 在于不含粗骨料，因而砼的和易性、强度、耐在于不含粗骨料，因而砼的和易性、强度、耐久性等性质，基

53、本上适合于砂浆。但有些性质还有久性等性质，基本上适合于砂浆。但有些性质还有不同的要求。不同的要求。58582022-7-4 3. 3.砂浆种类砂浆种类 (1) (1)水泥砂浆：水泥砂浆：以水泥作胶结材料的砂浆，多用以水泥作胶结材料的砂浆，多用于井巷工程。于井巷工程。 (2) (2)石灰砂浆：石灰砂浆：以石灰作胶结材料的砂浆，多用以石灰作胶结材料的砂浆，多用于地面建筑砌体中或抺面中。于地面建筑砌体中或抺面中。 (3) (3)混合砂浆：混合砂浆：以水泥和石灰两种作胶结材料混以水泥和石灰两种作胶结材料混合使用的砂浆，多用于地面建筑工程。合使用的砂浆，多用于地面建筑工程。 五、钢材五、钢材 ( (一一

54、) )钢材的特点钢材的特点 钢材作支护材料，具有强度大，可支撑较大的钢材作支护材料，具有强度大，可支撑较大的59592022-7-4地压，使用期长，可多次复用，安装容易，耐欺性地压，使用期长，可多次复用，安装容易，耐欺性强，必要时也可制成可缩性结构。初期投资虽然大强，必要时也可制成可缩性结构。初期投资虽然大些，但可回收，总成本还是经济的。些，但可回收，总成本还是经济的。 ( (二二) )矿用钢材种类、特点和要求矿用钢材种类、特点和要求 煤矿常用金属材料有煤矿常用金属材料有工字钢、角钢、槽钢、轻工字钢、角钢、槽钢、轻便钢轨、矿用工字钢以及矿用特殊型钢便钢轨、矿用工字钢以及矿用特殊型钢等。等。 1

55、. 1.矿用工字钢矿用工字钢 热轧矿用工字钢也称钢梁，是截面为工字形的热轧矿用工字钢也称钢梁，是截面为工字形的长条钢材，是为矿山使用专门设计的宽翼缘、小高长条钢材，是为矿山使用专门设计的宽翼缘、小高度、厚腹板的工字钢，如图度、厚腹板的工字钢，如图8787所示。所示。 60602022-7-4 它的几何特性既适于作它的几何特性既适于作梁，也适于作腿。其截面尺梁，也适于作腿。其截面尺寸以高寸以高(h)(h)腰厚腰厚(d)(d)图图8787矿用工字钢断面的毫米数来矿用工字钢断面的毫米数来表示，如高为表示，如高为110mm110mm，腿宽为，腿宽为90mm90mm，腰厚为，腰厚为9mm9mm的工字钢标

56、的工字钢标记为记为“工工11011090909”9”。工。工字钢的另一种标记方法是用字钢的另一种标记方法是用型号来表示，即用高的厘米型号来表示，即用高的厘米数数图图87 87 矿用工字钢断矿用工字钢断面面 表示，如工表示，如工1111。1I1I工字钢是煤矿煤巷支护最常工字钢是煤矿煤巷支护最常61612022-7-4用的工字钢型号。工字钢支架如图用的工字钢型号。工字钢支架如图8888所示。所示。 2. 2.矿用特殊型钢矿用特殊型钢 矿用特殊型钢主要是指截面为矿用特殊型钢主要是指截面为U U形的形的U U形钢形钢( (图图89)89)。矿山常用的包括。矿山常用的包括U18U18、U25U25、U2

57、9U29、U32U32和和U36U36五种，其中的数字是指每米的重量。矿山主要是利五种，其中的数字是指每米的重量。矿山主要是利用矿用特殊用矿用特殊U U形钢制作具有可缩性的拱性支架，用于形钢制作具有可缩性的拱性支架，用于困难条件下的巷道支护。由于困难条件下的巷道支护。由于U U形钢两个方向的抗弯形钢两个方向的抗弯截面模量截面模量wxwx和和wywy接近相等，说明这种型钢的竖向抗接近相等，说明这种型钢的竖向抗弯能力与横向抗弯能力不相上下，横向稳定性较之弯能力与横向抗弯能力不相上下，横向稳定性较之其他型钢好。其他型钢好。62622022-7-4图图8888工字钢支架工字钢支架63图图89 U89

58、U型钢力学参数型钢力学参数31.52cm2 24.75kg45.56cm2 35.76kg24.15cm2 18.96kg36.92cm2 28.98kg2022-7-464 矿用工字钢与矿用特殊型钢的高度较普通型钢矿用工字钢与矿用特殊型钢的高度较普通型钢小，这样可以减少巷道开挖量。小，这样可以减少巷道开挖量。 U U型钢支护的断面型钢支护的断面如图如图810810、1111所示。所示。 3. 3.槽钢槽钢 2022-7-464 槽钢是截面为凹槽形的长条槽钢是截面为凹槽形的长条钢材钢材( (图图812)812)。其规格以高度。其规格以高度(h)(h)腿宽腿宽(b)(b)腰厚腰厚(d)(d)的毫

59、米数的毫米数表示，如表示，如120mm120mm53mm53mm5mm5mm，表，表示高示高120mm120mm，腿宽为，腿宽为53mm53mm的槽钢，的槽钢，腰厚为腰厚为5mm5mm的槽钢，或称的槽钢，或称1212槽钢。槽钢。图图812812热轧轻型槽钢断面热轧轻型槽钢断面65652022-7-4图图810 810 U U型钢支架型钢支架662022-7-4图图811 811 U U型钢支护断面型钢支护断面67 槽钢大多用于与锚索组合支护，这种组合构件槽钢大多用于与锚索组合支护，这种组合构件的强度和刚度比较大，支护能力强。图的强度和刚度比较大，支护能力强。图813813所示是所示是用于锚索组

60、合的槽钢梁，常用的有用于锚索组合的槽钢梁，常用的有1212号、号、1414号、号、1616号槽钢。号槽钢。2022-7-467图图813 813 槽钢托粱槽钢托粱L-L-托粱长度；托粱长度；L0-L0-托梁端距；托梁端距；l-l-孔直线段长度；孔直线段长度；r r0 0- -孔半径；孔半径；h-h-托梁高度；托梁高度；B-B-托梁宽度；托梁宽度；t-t-托梁底厚托梁底厚68682022-7-4 4. 4.轻便钢轨轻便钢轨 轻便钢轨是专为井下轻便钢轨是专为井下1t1t至至3t3t矿车运输提供的，矿车运输提供的，并在巷道支护中可用于制并在巷道支护中可用于制作轻型支架，但其承载性作轻型支架，但其承载