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生产技术科（工程师）巷道支护第一节支护材料实践表明，开挖后围岩具备自稳一段时间的特性。自稳时间对施工的影响？支护的本质—维持巷道围岩，使其在服务期间内保持稳定，具有需要的空间。常用支护形式—支架、柱子、砌碹、锚杆。支护材料有：木材、竹材、钢材、石材、水泥、混凝土等。一、水泥—胶凝材料二、混凝土三、金属材料四、木材第一节支护材料一、水泥水泥+水水泥浆+沙子砂浆+石子素混凝土（砼）+钢筋钢筋混凝土“水硬性”胶凝材料。㈠硅酸盐水泥㈡普通硅酸盐水泥㈢掺混合材料的硅酸盐水泥第一节支护材料（一）硅酸盐水泥1.硅酸盐水泥的矿物组成1）概念凡是以适当成分的生料(石灰石、粘土、铁矿物)烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适当的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。2）水泥“生料”未经燃烧的水泥原料，经过磨细而成料粉，加工成生料浆或生料球。3）生料的化学成分为：CaO64％～67％；SiO221％～24％A12034％～7％；Fe2032％～4％4）水泥“熟料”利用生料经过窑中燃烧(1350～1450℃)，冷却而成的块状材料。第一节支护材料第一节支护材料2.水泥凝结与硬化过程过程：水+水泥水泥浆开始失去可塑性完全失去可塑性（开始具有强度）强度增长。初凝—水泥与适量的水混合后制成水泥浆，经过一定时间，便会发生物理化学变化而逐渐变稠，失去可塑性。终凝:开始具有强度。硬化:终凝之后其强度逐渐增加。初凝和终凝过程称为凝结过程，强度增长过程称为硬化过程。初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间为水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。水泥的初凝不宜过早；水泥的终凝不宜过迟。国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于12h。第一节支护材料3.水泥的强度水泥的强度是水泥性能的重要指标，也是评定水泥标号的依据。我国于1979年7月1日开始实行的水泥新的准规定，测定软练胶砂法(软练法)。此法是将水泥和标准砂按1：2.5比例，加入规定数量的水（按水泥重量的44%），用搅拌机拌合，振动台振动成型制成试块，试块尺寸为4㎝×4㎝×16㎝。在标准条件下(温度为20±2℃，相对湿度90％以上)进行养护。分别测得3d、7d和28d的抗折与抗压强度。以28d的抗压强度作为水泥标号，分为425、525、625、725四种标号，但3d、7d和28d的强度值不得低于表5-2的规定。第一节支护材料表5-2硅酸盐水泥各龄期强度（GB175-85）第一节支护材料4.硅酸盐水泥的应用在常用的水泥品种中，硅酸盐水泥的标号较高，常用于重要结构中的高强度混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土工程。硅酸盐水泥的凝结硬化较快，适用于早期强度高、凝结快的工程，地下工程的喷浆及喷射混凝土支护等宜于采用。硅酸盐水泥在水化过程中放出大量的热，因此，适于冬季施工，同样原因不宜用于大体积混凝土工程。硅酸盐水泥抗软水侵蚀和抗化学侵蚀性差，所以不宜用于受流动的软水侵蚀和有水压作用的工程，也不适用于受海水和矿物水作用的工程。第一节支护材料第一节支护材料（二）普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥（普通水泥）—凡由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。掺活性混合材料时，掺量不得超过15％；掺非活性混合材料时，掺量不得超过10％；同时掺活性和非活性混合材料时，总量不得超过15％，其中非活性混合材料不得超过10％，窑灰不得超过5%。按照国家标准，普通硅酸盐水泥分为275、325、425、525、625和725六种标号。（表1.17）普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的对比区别：是否含有少量混合材料基本性能相同。与同标号硅酸盐水泥相比，普通硅酸盐水泥早期硬化速度稍慢，抗冻、耐磨性等性能也较硅酸盐水泥稍差。凝结时间要求相同。使用范围基本相同，但它的标号范围较宽，便于合理选用。第一节支护材料（三）混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥1．混合材料在水泥磨细时，所掺入的天然或人工的矿物材料。分为活性混合材料和非活性混合材料。活性混合材料：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料。火山灰质混合材料包括火山灰、硅藻土、沸石、凝灰岩、烧粘土、煅晓的煤矸石，煤渣与粉煤灰等。非活性混合材料，如石英砂、粘土、石灰石、慢冷矿渣等。窑灰是从水泥回转窑窑尾废气中收集来的粉尘。作为混合材料，其性能介于非活性混合材料与活性混合材料之间。第一节支护材料2．掺混合材料的硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥；火山灰质硅酸盐水泥；粉煤灰硅酸盐水泥。有275、325、425、525和625五个标号。目前生产较多的为325和425。三种水泥的标号及各龄期的强度值不得低于表5-3的规定。第一节支护材料三种水泥共同特性凝结硬化速度较慢，早期强度较低，但后期强度增长较快，甚至超过同标号的硅酸盐水泥；水化放热速度慢，放热量也低；对温度的敏感性较高，温度较低时，硬化很慢，温度较高时（60～70°C以上）硬化速度大大加快，往往超过硅酸盐水泥的硬化速度；抵抗软水及硫酸盐介质的侵蚀能力较硅酸盐水泥高。抗冻性差。矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥的干缩性大，而粉煤灰硅酸盐水泥的干缩性小。火山灰质硅酸盐水泥的抗渗性较高，矿渣硅酸盐水泥的耐热性较好。应用：地面，地下和水中的一般混凝土和大体积混凝土结构以及蒸汽养护的混疑土构件。第一节支护材料常用水泥选用表如表5-4第一节支护材料二、混凝土概念水泥+砂+石子+水（配比）拌合物（硬化）人造石材（砼）特点（1）塑性、粘结力、抗压、廉价、防火、服务年限。（2）不抗拉、自重大。第一节支护材料（一）混凝土的组成材料1．水泥混疑土强度的产生，主要是由于水泥硬化的结果。2．细骨料在混凝土中，凡粒径在0.15～4.75㎜之间的骨料称为细骨料。一般多以天然砂为细骨料。其中以石英砂为最佳。砂中含泥量，当混凝土强度等级≥C30时，≤砂重的3％．当混疑上强度等级＜C30时，≤砂重的5％；有抗冻、抗渗要求或其他特殊要求的混疑土，≤3%。云母含量，不宜超过砂重的2％。轻物质(比重小于2.0，如煤和褐煤等)含量不宜超过砂重1%。硫化物和硫酸盐含量以SO3计不宜超过砂重1%。有机质含量用比色法试验，颜色不宜深于标准色。第一节支护材料砂的颗粒级配：砂子中各级尺寸颗粒搭配关系。砂的粗细程度和颗粒级配用筛分法测定称量每个筛上的筛余量(称分计筛余），分计筛余占总重量的百分率称分计筛余百分率。各筛之分计筛余百分率和所有孔径大于该筛的分计筛余百分率相加，称为各该筛的累计筛余百分率。5㎜2.5㎜1.2㎜0.6㎜0.3㎜0.15㎜第一节支护材料根据0.6㎜筛孔的累计筛余量分成三个级配区(表5-5)，混凝土用砂的颗粒级配，应处于表5-5中的任何一个级配区以内。除5㎜和0.6㎜筛号外，其它筛号允许稍有超出分区界线，但其总量不应大于5%。第一节支护材料砂的颗粒粗细是以细度模数Mx来表示，按下式计算Mx：11654321005)(AAAAAAAMx式中：A1～A6分别为5～0.15㎜各号筛上的累计筛余百分率。细度模数愈大，表示砂子愈粗。细度模数在3.7～3.1者为粗砂；3.0～2.3者为中砂；2.2～1.6者为细砂；1.5～0.7者为特细砂。第一节支护材料3.粗骨料在混凝土中，凡粒径大于4.75㎜的骨料称粗骨料，常用的有卵石(砾石)与碎石两种。粗骨料的颗粒形状还有属于针状颗粒和片状颗粒的，不应超过规定含量。石子级配石子级配也通过筛分法来确定。普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配有连续级配和间断级配之分。应符合表5-6的规定。粗骨料中公称粒径的上限称为该粒级的最大粒径。第一节支护材料第一节支护材料4.水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、pH值小于4的酸性水、含硫酸盐(按计)超过水重1％的水和含油脂、糖类的水均不许使用。第一节支护材料第一节支护材料(二)混凝土的主要技术性质1．混凝土拌和物的和易性和易性指混凝土拌合物在保证质地均匀、各组成成分不离析的条件下，适合于拌和、运输、浇灌和捣实的综合性质。它包括有流动性；粘聚性；保水性等三方面的含义。测定：坍落度试验，如图5-2所示。混凝土混合物坍落度的选择见表5-7。表5-7坍落度选择参考表图5-2坍落度测定示意图2.混凝土强度混凝土强度包括抗压、抗折、抗剪、抗弯等，其中以抗压强度为最大，在工程中为主要的承压构件。按其强度不同分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等强度等级。影响混凝土强度的主要因素水泥标号与水灰比。)(28BWCRARCR28—为混凝土养护28d抗压强度，MPa；WC—为灰水比；RC—为水泥的实际强度，MPa；A、B—为经验系数。第一节支护材料(三)混凝土外加剂在混疑土拌和时或拌和前掺入的、其掺量一般不大于水泥重量5％，并能显著改善混凝土性能的材料称为混凝土外加剂。第五组分。减水剂能保持混凝土混合物的和易性不变而显著减少其拌和水量的外加剂称为减水剂。减水剂有多种，如M型(木质磺酸钙)、MF型等。速凝剂速凝剂的作用是使混凝土快凝并迅速达到较高强度，喷射混凝土一般都需掺速凝剂。红星I型和71l型速凝剂的性能如下：加速水泥硬化，初凝l～5min，终凝l0min以内；提高混凝土早期强度，但掺入这两种速凝剂的混凝土后期强度降低。早强剂为提高混凝土早期强度而用的外加剂为早强剂。常用的早强剂有氯化钙和氯化钠。第一节支护材料（四）混凝土配合比设计1.绝对体积法的基本原理绝对体积法是以组成混凝土拌合物的水泥、砂子，石子及水等材料，经过充分搅拌后，互相填充而达到绝对密实为原则进行设计的，即混凝土体积等于各组成材料绝对体积的总和。2.设计步骤1）确定配制混凝土强度RhRh=Rb+б0（5-3）Rb—设计的强度等级б0—富裕量第一节支护材料2）确定水灰比W/C用Rh代替公式5-2中的R28得：)(BWCRARCh（5-4）ChCRBARRACW/（5-5）bCCCRKR（5-6）式中，—水泥的标号数值；Kc—水泥标号富余系数，一般为1.13；Rc—水泥的实际强度，MPa。bcR第一节支护材料3）确定用水量W，可根据本地区或本单位的经验数据，也可参照表5-10数值。第一节支护材料4）计算水泥用量由选定的用水量W与用式（5-5）求得的W/C可求出水泥用量。)/(CWWC（5-7）5）选用合理砂率Sp砂率是指砂重占砂、石总重的百分率。第一节支护材料6）计算粗、细骨料的用量G及SpsgcSGSSSGWC)/(10001（5-8）式中，C、W、G、S—分别为每m3混凝土所用水泥、水、粗骨料、细骨料的重量；γc、γg、γs—分别为水泥、粗骨料、细骨料的比重；Sp—选用的砂率。7）确定混凝土初步配合比CWCGCSWGSC:::1:::即得，水泥：砂：石=1：x：y；水灰比为：W/C8）试验调整第一节支护材料三、木材常用的坑木有松木、杉木、桦木、榆木和柞木等。木材各项强度关系如表5-12所示。第一节支护材料强度特点⑴木材的疵病对它的抗拉强度影响很大，常使其承载能力显著降低；而疵病对木材抗压强度影响较小。⑵木材含水率对强度的影响程变也是不同的，对顺纹抗压和抗弯强度影响较大，对顺纹抗剪强度影响较小，而对抗拉强度几乎没有什么影响。⑶木材在外力的长期作用下，其持久强度为短时极限强度的50～60%。⑷木材受热后强度降低；如温度超过140℃，木材开始分解炭化，力学性质显著恶化，温度较高，木材易开裂。第一节支护材料为了提高坑木的服务年限,还要对坑木进行防腐处理.第一节支护材料四、金属材料优点：强度大，可支撑较大的地压，使用期长，可多次复用，安装容易，耐火性强，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。常用的金属支架材料：工字钢、角钢、槽钢，轻便钢轨、矿用工字钢以及矿用特殊型钢等。槽钢第一节支护材料轻轨角钢第一节支护材料第二节普通支架