深冻结井壁高性能纤维膨胀防裂抗渗混凝土研究

摘要

随着我国对中、东部地区深部煤炭的开发，新建井筒穿过的表土层将越来越厚，在采用冻结法凿井时，为抵御强大的外荷载作用，在采用高强高性能混凝土的情况下，单层井壁厚度已达到1.0m多，属于大体积混凝土工程。特别是冻结法凿井的低温环境，混凝土内外温差大，极易产生温度裂纹。加之施工要求速度快、混凝土特早强，水化热集中，随后出现大幅度降温，井壁常常出现温度约束裂纹。它们都将极易导致井筒在冻结壁解冻后出现涌漏水事故。
　　 本文通过对井壁高性能混凝土的开裂机理和混凝土材料渗水机理的研究，提出了在井壁高性能混凝土中掺加聚丙烯纤维和膨胀剂的方法，以此提高高性能混凝土防裂抗渗性能。在理论方面，分析了深冻结井壁中高性能混凝土的受力与温度环境，高性能混凝土组份与微观结构，混凝土变形与开裂状态，聚丙烯纤维、膨胀剂的物理化学性质与混凝土的相容性。在实验方面，完成了聚丙烯纤维与膨胀剂两因素的正交配合比试验，得到了聚丙烯纤维与膨胀剂对混凝土强度的最优掺量，并完成混凝土塑性阶段与硬化后的裂缝评价试验，以及混凝土的干缩试验、抗渗试验、弯曲韧性试验。最后综合评价出聚丙烯纤维与膨胀剂对提高混凝土防裂抗渗性能的最优掺量。
　　 研究结果表明，掺适当比例的聚丙烯纤维与微膨胀剂，在不影响混凝土抗压强度的提前下，可显著提高深冻结井壁高性能混凝土的防裂抗渗性能。本论文得到的研究成果，可作为解决特厚表土层冻结井壁渗漏水技术难题的措施之一。