磁化水降低喷射混凝土粉尘浓度与减少回弹的试验研究

2014-06-07 05:55曾宪桃任振华王兴国
煤炭学报 2014年4期
关键词:磁化磁感应粉尘

曾宪桃,任振华,王兴国

(1.湖南工程学院建筑工程学院,湖南湘潭 411104;2.河南理工大学土木工程学院,河南焦作 454003)

磁化水降低喷射混凝土粉尘浓度与减少回弹的试验研究

曾宪桃1,任振华1,王兴国2

(1.湖南工程学院建筑工程学院,湖南湘潭 411104;2.河南理工大学土木工程学院,河南焦作 454003)

为降低矿山巷道掘进工作面喷射混凝土粉尘浓度、减少喷射混凝土回弹量,并同时提高其强度,减轻三者带来的损失和灾害,采取在混凝土喷射机供水管中直接串入磁水器,用不同磁感应强度磁化后的磁化水拌制喷射混凝土,在施工现场进行了磁化水改善喷射混凝土强度的试验、磁化水降低喷射混凝土粉尘浓度试验和磁化水减少喷射混凝土回弹率的试验,并对磁化水能够提升喷射混凝土强度、降低喷射混凝土粉尘浓度及改善回弹量的作用机理进行了全面分析。研究表明:与普通水喷射混凝土相比,用磁化水拌制的喷射混凝土其强度平均提高幅度在10%左右;磁化水喷射混凝土所产生的粉尘浓度均比普通水喷射混凝土粉尘浓度低50%以上;磁化水能一定程度地减少喷射混凝土的回弹量,在磁水器磁感应强度355 mT后效果较为明显。磁化水能有效提高喷射混凝土强度,降低施工作业时的粉尘浓度,改善回弹量。

磁化水;喷射混凝土;粉尘浓度;回弹量

喷射混凝土支护及锚喷支护是近年发展起来的新型支护形式,具有快捷、可靠、简单之特点。在矿山建设、基坑开挖、边坡治理、地铁工程、水利水电、隧道工程中得到广泛应用。但粉尘大、回弹率高是长期困扰喷射混凝土支护的两大技术难题,给安全施工带来的问题是灾难性的。一方面,施工现场工作人员的身体健康受到喷射混凝土粉尘的严重影响,而且粉尘使工作面能见度降低,不利于工作人员控制和提升施工质量,并有可能导致安全生产事故;另一方面,在控制措施不到位的情况下矿山巷道喷射混凝土回弹率达35%~40%,既浪费混凝土组分材料,又在一定程度上改变了混凝土配合比,降低了喷射混凝土层的强度,可能酿成支护失效事故,而且在掘进工作面次生不必要的混凝土组分材料需要外运,影响施工进度,因此,采取积极措施降低喷射混凝土粉尘浓度及回弹率,对于工程减灾防灾、改善工作面环境、保障施工人员身体健康、确保生产安全、降低材料成本、提高喷射混凝土工程质量具有特别意义。

磁化水可防止水垢沉积使工业锅炉的使用寿命得以延长;在有大量粉尘产生的工作区,用磁化水喷雾代替普通水喷雾,工作区的粉尘浓度可降低17%~50%[1-2],特别是在矿井采掘工作面,磁化水喷雾降尘率是清水喷雾降尘率的2.9倍[3-4]。本文保留过去在喷射混凝土方面所采取的降尘、减少回弹措施的基础上,用磁化水拌制喷射混凝土,进而研究用磁化水拌制的喷射混凝土的强度、密度、表观变化的情况,同时在生产现场对磁化水喷射混凝土强度提高、降低粉尘、减少回弹效果进行现场试验,并对磁化水能够提升强度、降低粉尘浓度、减少回弹的作用机理进行了分析。

1 磁化参数的设计

作为组分材料之一,水的物理性质及配入的多少对喷射混凝土的物理特性、力学特性等肯定有一定影响,先把水磁化后再将其拌制喷射混凝土其他组分材料,进而改善喷射混凝土工艺性能如粉尘、回弹的试验,过去鲜见报道。磁水器(磁化水的制备装置)选用上海产新型管外夹式强力磁水器,其外形如图1(a)所示,磁水器本身的磁感应强度用SG-4L型(图1(b))高灵敏度数字特斯拉计来测定,水磁化后磁化程度的测定采用Perkin-Elmer傅里叶变换红外光谱仪(图1(c))。

图1 磁化水喷射混凝土所用设备情况Fig.1 Equipments of magnetized water

鉴于在实验室难以模拟岩石的表面、节理、产状,所以,本次试验包括磁化水喷射混凝土的强度试验、粉尘测试试验、回弹测定试验均在煤矿井下巷道工作面中进行。将磁水器扣置在混凝土喷射机的注水管上,让注水管从磁水器中穿过,使水流切割磁场而被磁化,得到磁化水。研究表明:磁场强度、水流速度、水磁化后放置的时间长短及磁化前水质情况是影响磁化水特性的几大要素;水磁化后的扩散系数随磁感应强度B的增强呈多极值曲线变化[5-8];用于水磁化的磁场最佳磁感应强度为210~270 mT,为在较大范围内研究磁化水对喷射混凝土的作用效果,将用于试验的磁水器的磁感应强度选取为175,185,220,262, 355 mT;磁化水的水流速度在0.65 m/s时对普通混凝土性能的影响最为显著[9],实际工程中,由于喷射巷道拱顶和侧壁时对喷射混凝土水流速度的要求不一样,喷射混凝土的水流速度由喷射手通过调速水泵不断调整,水流速度是不断变化的,所以将用于试验的水流速度选取在1.0~2.0 m/s。

2 磁化水对喷射混凝土强度的影响

混凝土喷射机为PZ-5B型防爆喷射机。喷射混凝土用普通硅酸盐水泥配制,其设计标号为C20,水泥、砂、石子的配合比为1∶2∶2,水灰比为0.49,同时掺有水泥用量4%的水泥速凝剂。试验在河南煤业化工集团古汉山矿水平运输大巷进行,由同一个喷射手在同一工作面,用相同的水、水泥砂石、相同的配合比进行喷射作业;做试件时将混凝土喷射机的喷嘴对准150 mm×150 mm×150 mm标准试模进行喷射,喷射共计18块试件,其中未磁化水拌制的喷射混凝土试件6块,12块为磁化水喷射混凝土试块,分4组每组3块,在标准养护条件下分别于7 d和28 d进行抗压强度试验。表1是普通水喷射混凝土和磁化水喷射混凝土在7 d和28 d时强度对比数据。将表1中的数据绘制为曲线图,如图2所示。

表1 7 d和28 d时磁化水喷射混凝土强度试验结果Table 1 The test results of 7 days and 28 days intensity of magnetized water shotcrete

图2 磁化水喷射混凝土的强度对比Fig.2 Magnetized water shotcrete intensity contrast

由表1及图2可知,磁化水喷射混凝土的抗压强度均比普通水喷射混凝土高,磁化水对提高喷射混凝土强度有明显作用,尤以早期强度的提高更为明显。不同的磁感应强度即不同磁化程度的磁化水,对喷射混凝土抗压强度的影响存在差异,7 d时的强度以磁感应强度B=220 mT时提高最为显著,设计强度为C20的磁化水喷射混凝土强度达27.04 MPa,与普通水喷射混凝土相比其强度提高率达到44.37%;而在磁感应强度为175 mT时,7 d时的抗压强度增幅只有15%,说明磁感应强度过小将对磁化水喷射混凝土强度没有改善作用;175~220 mT是喷射混凝土强度的提升期,220 mT之后,喷射混凝土的抗压强度趋于稳定并略有下降。总体看来,28 d时磁化水喷射混凝土强度较普通水喷射混凝土强度平均提高10%左右;28 d时强度增幅普遍较7 d时强度增幅小,搅拌水经磁化后,其活性增大,同时激发了速凝剂的活性,促进了水与水泥水化反应速度的加快,从而大幅度提高了喷射混凝土早期强度,而在随后的时间里,参与水化反应的磁化水被固化,未参与水化反应的游离水磁化程度渐渐减弱,失去了磁性水应有的特性。

3 磁化水对喷射混凝土粉尘浓度的影响

喷射混凝土的技术参数与强度试验时相同。测定粉尘浓度的仪器为CCD1000-FB(防爆型)粉尘仪(图3)。试验选在中国平煤神马集团十一矿己二十四采区辅助回风下山大巷段,掘进进度为1 m,施工顺序为打锚杆、挂钢筋网、喷射混凝土支护,在距离喷射作业面3 m处安放粉尘浓度测定仪,测试时段为喷射混凝土开始到施工结束后约1 h,测试时间点选在喷射机开机时刻、开机后5 min、开机后30 min、关机前5 min和关机时刻5个点,每次测量持续时间为3 min,粉尘浓度测量仪和混凝土喷射机同时开机,6个掘进段6种不同磁感应强度情况下所测粉尘浓度汇总见表2。

图3 粉尘浓度测量仪Fig.3 Dust density measuring instrument

以测量时间点为横坐标,以粉尘浓度为纵坐标绘制时间粉尘浓度关系曲线如图4所示;以磁感应强度为横坐标,以粉尘浓度为纵坐标绘制曲线如图5所示。

由表2、图4可以看出,随测试时间的推移,粉尘浓度呈现降低趋势。混凝土喷射机刚开机时,喷射机操作手在调节水流量及喷射机工作风压,混凝土喷射机尚未进入稳定工作状态,产生大量粉尘,随着喷射混凝土工作的持续进行,喷射机进入稳定工作状态,粉尘浓度随之降低;在5个不同的测试时间点,磁化水喷射混凝土所产生的粉尘浓度均比普通水喷射混凝土粉尘浓度低50%以上,磁化水对喷射混凝土的降尘效果是明显的。由表2和图5可以看出,在不同测试时间点,随着磁感应强度的变化,喷射混凝土粉尘浓度均较普通水混凝土粉尘浓度低,在磁感应强度为175 mT时,粉尘浓度均较高,在磁感应强度为220 mT时,粉尘浓度最低,之后随磁感应强度的增大,粉尘浓度趋于稳定并稍有增大的趋势。

表2 不同磁感应强度时段的粉尘浓度Table 2 Dust density of different magnetic induction intensity

图4 测试时间与粉尘浓度关系曲线Fig.4 The relation of test time and dust density

图5 磁感应强度与粉尘浓度关系曲线Fig.5 The relation between magnetic induction intensity and dust density

4 磁化水对喷射混凝土回弹率的影响

回弹量作为喷射混凝土经济性指标和质量指标,对喷射混凝土全过程工程成本控制及质量控制至关重要。随着煤矿井下喷射混凝土使用范围的不断扩大,进一步提高喷射混凝土的质量、降低喷射混凝土施工中的回弹率更具有现实意义。

为了考察磁化水拌制喷射混凝土减少回弹效果及其适应性,课题组于2009年7月至2009年12月在中国平煤神马集团建井一处所属平煤八矿、十一矿、十三矿等煤矿井下巷道内进行了多次工业性试验。在最初的几次试验中,将磁化器的磁感应强度分别锁定在175,185,220,262,355 mT五个档位上,得到的测试结果较为离散,没有规律可寻。分析原因发现,水被磁化后,水分子链(团)的氢键发生畸变、断裂,液体分子间的平衡距离变大,引力常数变小,表面张力降低,能改善磁化水对水泥、砂子、石子的湿润性,提高磁化水喷射混凝土拌和物均匀性,增加各组分之间的黏聚力,也同时增加了喷射混凝土与围岩的黏结力,但是,通过短时间的水化反应增强水泥的黏结力,其增强的量级与高速射向岩石表面的石子、砂子和岩面的碰撞力相比微乎其微,所以,磁化水喷射混凝土中小的颗粒容易粘到受喷岩面上,而大的颗粒还是要被高压碰撞弹回,这就诠释了在一定磁感应强度下,磁化水能降低喷射混凝土的粉尘浓度而对减少回弹作用不明显的原因,而磁化水喷射混凝土强度的提高是由于水化作用已完成,水泥水化反应的化学力转变成为物理固结。

为进一步探究此问题,研究小组决定再组织3组试验。第1组试验将普通水喷射混凝土和磁感应强度355 mT时的磁化水喷射混凝土的回弹率作对比,第2组试验专门研究磁感应强度355 mT时的磁化水喷射混凝土的回弹率,第3组试验将磁化器磁感应强度从355~800 mT加大。喷射混凝土技术参数保持不变,3组试验喷射混凝土的工艺相同:施工喷射顺序为自上而下、先墙后拱;喷头与受喷面保持垂直,距离1 m左右;喷头运动方式为连续不断的螺旋状小圆周运动,后一圈压前一圈的1/3,喷射路线自上而下呈“S”形运行;初喷的喷射厚度为2~4 cm,复喷的喷射厚度为5~8 cm,墙部可达10 cm;工作风压一般为0.36 MPa,水压比风压高0.05~0.10 MPa。

第1组:2009年8月在中国平煤神马集团八矿17.5°胶带上山巷道边墙复喷,磁化器距喷头2.5~3.0 m,喷头距岩面1 m,磁化器为中国科学院过程研究所定制。喷射前用高压水先喷洗岩面(泥岩、页岩),用5 m×7 m彩条布摊铺巷道底板接收回弹量,每次喷射量为252 kg,回弹量称重试验数据见表3。

表3 胶带上山巷道边墙复喷回弹数据Table 3 The rebound in the side wall of rise roadway

第2组:2009年9月在中国平煤神马集团十三矿采区辅助回风大巷上山段喷射混凝土,喷头距岩面1 m左右。喷射前用高压水先清洗岩面(泥岩,此处为复喷),用5 m×7 m彩条布摊铺巷道底接收回弹量。每次试验均喷射3车喷射混凝土料,每车混凝土料的质量为250 kg左右,在巷道中的喷射位置有巷道帮、顶及帮和顶结合部,均为复喷。第5次试验在每立方米喷射混凝土中加入40 kg短切钢纤维,以考察钢纤维对喷射混凝土回弹的影响。5次试验的回弹实测数据见表4。

第3组:2009年11月在中国平煤神马集团十一矿己二十四采区辅助回风下山大巷段喷射混凝土,磁化器距喷头1.5~2.0 m,喷头距岩面1 m。由于前面试验所用磁化器的最大磁感强度为355 mT,为此研究小组又将磁化器自行设计后交由上海某公司定制加工,加大了磁感强度的可调范围。采用不同速凝剂在巷道的不同部位进行喷射,喷射完后将回弹在土工布上的回弹量进行称重。试验数据见表5。将表5中的数据绘制成曲线,如图6所示。

表4 辅助回风大巷上山段喷射混凝土回弹数据Table 4 The rebound in main ventilation opening

表5 辅助回风大巷上山段喷射混凝土回弹数据Table 5 The rebound in service main ventilation opening

图6 磁感应强度对回弹率的影响Fig.6 The effect of magnetic field intensity on the rate of rebound

在磁感应强度加大后,回弹量减少了,原因在于水被强磁化后,水分子链(团)的氢键发生畸变、断裂,使液体分子间的平衡距离变的更大,分子引力常数变的更小,表面张力降低,从而使水泥、砂子、石子的湿润更充分,磁化水在拌和物中的分散性更好,固体分数相的黏聚力加大,较之与磁感应强度小的时候相比,分散颗粒与围岩的黏结力增加了,混凝土颗粒更容易粘到受喷岩面上,另一方面,石子在穿过砂浆时的黏度阻力增大,在岩面上不易发生回弹,二者均有利于降低喷射混凝土的回弹量。

由表3,4来看,在低磁感应强度情况下,回弹率较高,甚至高于普通水喷射混凝土的回弹率。磁化水喷射混凝土的回弹并不稳定,和普通水喷射混凝土的回弹率相比,有的回弹率有所减少,有的回弹率没有变化,有的回弹率甚至有所增长,在磁感应强度低于355 mT时,回弹量的减少不稳定。第1组试验中(表3),355 mT时,磁化水喷射混凝土的回弹率比普通水喷射混凝土的回弹率低了2.24个百分点,高磁感应强度起到减少回弹的效果;但在第2组试验中(表4),磁化水喷射混凝土的回弹率比第1组普通水喷射混凝土的回弹率反而高出1.41个百分点。从表5及图6来看,在磁感应强度大于355 mT后,磁感应强度同回弹率呈反变关系,随着磁感应强度的增加,喷射混凝土的回弹率逐渐减少。与普通水喷射混凝土回弹率(表3)相比,355 mT时,磁化水喷射混凝土的回弹率降低了1.81个百分点;510 mT时,磁化水喷射混凝土的回弹率降低了23个百分点;750 mT时,磁化水喷射混凝土的回弹率降低了37.98个百分点; 800 mT时,磁化水喷射混凝土的回弹率降低了39.28个百分点。磁感应强度大于800 mT后回弹率是否仍继续减少,难以断定,但可以肯定的是,磁化水喷射混凝土减少回弹率的曲线不可能无限接近于0,必然存在一个最低值或较稳定的低值段。

从几组现场试验情况看,现场施工条件复杂,各类人员素质不同,要严格按既定的测试方案实施存在困难,致使试验结果有一定波动;测试结果受喷射混凝土操作手的技术熟练程度和技术水平影响较大,喷头与岩石面距离适当、夹角基本垂直时喷射效果好,在喷射手拖动喷射枪时容易引起磁水器在喷管上产生微小的移动,磁水器距喷头的距离在1.5~2.0 m为最佳;对岩面采取初喷还是复喷所测得的回弹率有差异,对于初喷来说,喷射混凝土直接喷到岩面上,尽管岩石表面光滑,但岩石的缝隙、节理有助于喷射混凝土的黏结,而复喷是在已有混凝土上进行喷射,黏结效果好,但没有裂缝和节理的辅助作用,二者各有千秋,稍有差异;此外,速凝剂的品牌不同喷射混凝土的回弹率也有差异。

5 磁化水喷射混凝土微观结构及其作用机理

选用同一配比的普通水喷射混凝土和磁化水喷射混凝土,用Hitachi S-3400NⅡ型扫描电子显微镜分别在放大50,150,500,1 000,2 000和4 000倍的情况下进行了观察拍照。图7为50倍和4 000倍电镜观测图片的对比。在低倍数(50倍)下,与普通水喷射混凝土相比,磁化水喷射混凝土结构更加致密、颗粒更均一,切割表面平整,磁化水喷射混凝土颗粒与凝胶之间胶结好、界面不清,而普通水喷射混凝土的砂粒易辨、清晰;在更高倍数(4 000倍)下,磁化水喷射混凝土间隙中的微孔隙数量少、尺度较小,次生矿物丰富且胶结作用明显;从石子与砂浆之间间隙大小比较看,磁化水喷射混凝土中石子、砂浆间隙比普通水喷射混凝土间隙要小,磁化水喷射混凝土结构致密、组分材料胶结良好,出现的次生矿物更有利于胶结,这正是磁化水喷射混凝土的强度比普通水喷射混凝土高的原因。

图7 50,4 000倍电镜观测图Fig.7 50,4 000 times electron microscope picture

因为水被磁化,混凝土在凝固过程中水泥水化更扎实、凝胶界面更牢固、喷射混凝土瞬间拌合的均匀性提高了。从力学角度看,混凝土在喷射过程中,喷出的颗粒受到颗粒自重、胶体的黏滞阻力和空气浮力的联合作用。其运动力学方程为

式中,ρ为颗粒密度;ρc为混合料密度;η为混合料黏滞系数;v为颗粒运动速度;r为颗粒半径。

由运动力学方程可以看出,颗粒的运动速度和颗粒半径的平方成正比,和颗粒及拌合物的密度差成正比,和拌合物的黏滞系数成反比[10]。由相关文献资料可知,磁化水的密度比普通水大,因而磁化水拌合物的密度ρ及黏滞系数η相应增大,且磁化水拌合物形成的是细小均匀颗粒,这样,颗粒下沉速度显著减小,颗粒之间发生相对位移亦小,从而提高了喷射混凝土的拌合物的均匀性;另外,由于磁化水中存在较多小缔合体或小分子团,在短暂的拌合过程中,固相的分散度增加(水泥颗粒及细骨料的分散度增加),所以拌合物的均匀性增加,由拌合物不均匀引起的力学性能较差的情况得到改善。

随着水化反应速度的加快,磁化水喷射混凝土的早期强度会提高,并可在减小水灰比的情况下保持原有的流动性。水灰比减小了,颗粒水化反应的结合用水减少,水化物粒子的结晶发展受到抑制,强度较低的颗粒大晶体难以生成,尺寸细小、分布均匀晶体具有绝对量,增大了单位水化物间的胶结能力[11],从而使水泥石硬化后的孔隙率降低,混凝土密实度加大,强度就自然得到提高。

混凝土喷射过程中,喷枪的强大气流会在喷出口产生较多粉尘同时将岩帮附尘扬起,这是喷射工作场所粉尘的两个来源,倘若水和干粉水泥等混合不均匀,混凝土混合物中就不可避免的存在着很多干粉,压缩空气在喷出口处体积会急剧膨胀,把这些干粉吹散于场所空气中,形成高速运动的干尘;倘若水和干粉水泥等混合均匀,混合均匀的水泥浆在喷出口处的压缩空的作用下,因体积急剧膨胀而粉碎成微小颗粒,形成湿尘[11],粉尘形成后,粉尘颗粒在空气中受到重力、浮力、动力(微粒的布朗运动和流动空气的吹动)和界面张力的作用,这些颗粒在空气中沉降快慢或沉降与否,就取决于粉尘受到的力的大小和方向,重力使粉尘下沉,浮力使粉尘上升,动力干扰粉尘的运动,界面张力使一层牢固的空气膜在粉尘表面形成,粉尘粒径越小,表面空气膜牢固性越强,空气膜的存在既使得粉尘不易湿润,又使得粉尘不易凝聚下沉。磁化水之所以能降低喷射混凝土的粉尘浓度,正是破坏了粉尘表面的空气膜,从而使得粉尘被水快速湿润并迅速凝聚下沉;另一方面,磁化水增大了喷射混凝土水泥浆的黏聚力,水泥浆抵抗膨胀粉碎作用的能力大大提高,湿尘的生成量减少,水泥浆的黏聚力扩大了混凝土与围岩及受喷面的黏结力,使得混凝土容易粘附到受喷面上,石子在穿过砂浆时的黏度阻力增大,有利于降低喷射混凝土的回弹量;水分子链(团)的氢键发生畸变、断裂,使液体分子间的平衡距离变大,引力常数变小,表面张力降低,使水对于粉尘的湿润性提高,与组分颗粒及粉尘颗粒结合得更紧密,加快了已生粉尘的沉降,阻碍了颗粒的回弹;经磁化后的水分子具有较强的极性,容易与其他物质形成物理键而发生吸附,这种吸附由范德华力、色散力、偶极子力等作用而形成,因此不易解脱,粉尘在磁场作用下同样可能导致极性加强,水体与粉尘更容易发生相互吸附,从而减少粉尘的形成。

6 结论与建议

(1)与普通水喷射混凝土相比,磁化水能使喷射混凝土中水泥水化更充分,结构更致密,增加其中固相的分散度,增加水泥浆的黏结内聚力,从而提高喷射混凝土强度。试验表明:磁化水喷射混凝土强度较普通水喷射混凝土强度平均提高幅度为10%左右。

(2)磁化水拌制喷射混凝土,在增强内聚力,提高水泥浆抵抗膨胀粉碎作用能力的同时能破坏粉尘表面的空气膜,使粉尘迅速被水湿润沉降,减少湿尘形成。磁化水喷射混凝土所产生的粉尘浓度均比普通水喷射混凝土粉尘浓度低50%以上,磁化水对喷射混凝土的降尘效果明显。

(3)磁化水拌制喷射混凝土增加水泥浆内聚力的同时,扩大了组分颗粒与围岩及受喷面的黏结力,混凝土容易粘结到受喷面上,石子在穿过砂浆时的黏度阻力增大,有利于降低喷射混凝土的回弹率。从试验情况看,磁化水拌制喷射混凝土在磁感应强度小于355 mT时,其减少回弹效果不明显,在磁感应强度大于355 mT后,其减少回弹效果明显。

(4)磁化水喷射混凝土主要是通过对水体进行磁化改性处理,操作简便、成本低廉。磁化水对喷射混凝土强度提高、降低粉尘都用明显作用,对喷射时回弹量的减少也有积极作用,但由于场地条件的差异、人员操作水平的差异、组分材料的差异,常常使得试验结果的控制参数不一致,个别情况下的试验结果出现异常,其稳定性及可靠性还有待进一步研究。

(5)只用磁化水拌制(喷射)混凝土称为磁化水(喷射)混凝土,如果将(喷射)混凝土组分材料全部磁化则可称为磁化混凝土,磁化(喷射)混凝土的研究鲜见报道[12],建议将磁化水(喷射)混凝土和磁化混凝土合并研究,以在更大面积上取得成果。

(6)磁化水能够改善(喷射)混凝土工艺参数的作用机理仍处在假说阶段,还有许多研究工作要做[13-15]。

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Experimental investigations on reducing the dust density and the rebound rate of shotcrete by using magnetized water

ZENG Xian-tao1,REN Zhen-hua1,WANG Xing-guo2

(1.School of Building Engineering,Hunan Institute of Engineering,Xiangtan 411104,China;2.School of Civil Engineering,Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003,China)

In order to decrease the dust density and the rebound rate of shotcrete and at the same time to improve its strength and the loss and damage reduced by the three elements in the mining worksite.The shotcrete mixed with magnetized water treated with different magnetic induction intensity by directly strung the magnetic water device into the water supply pipe of concrete sprayer was acquired and the strength test,dust density test and rebound ratio test of the shotcrete were researched in the mining worksite.The researches show that the magnetized water can enhance the strength of shotcrete by 10%or so,and reduce the dust density by 50%in comparison with the ordinary shotcrete,the rebound rate of shotcrete mixed with magnetized water is certainly improved compared with that of ordinary water shotcrete and obviously improved when the magnetic induction intensity of the magnetic water device is over 355 mT.The microstructure of ordinary shotcrete and magnetized water shotcrete with the same mixture ratio were analyzed by scanning through electron microscope.By observing the difference of the microstructure,the mechanism on enhancing strength of magnetized water shotcrete was studied,and emphasis was laid on discussing the principle of magnetized water reducing dust density and rebound rate.

magnetized water;shotcrete;dust density;rebound

TD714

A

0253-9993(2014)04-0705-08

曾宪桃,任振华,王兴国.磁化水降低喷射混凝土粉尘浓度与减少回弹的试验研究[J].煤炭学报,2014,39(4):705-712.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0473

Zeng Xiantao,Ren Zhenhua,Wang Xingguo.Experimental investigations on reducing the dust density and the rebound rate of shotcrete by using magnetized water[J].Journal of China Coal Society,2014,39(4):705-712.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0473

2013-04-15 责任编辑:毕永华

中国工程院公共安全咨询项目(11601);河南省科技攻关项目(042420020)

曾宪桃(1963—),男,湖南汉寿人,教授,博士生导师,博士后。E-mail:xtzeng63@163.com

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