【摘 要】
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混凝土材料抗裂与抗拉性能的不足,导致混凝土内部发生开裂,造成抗渗性能的降低,丧失对围岩的封闭与支护作用,继而导致巷道发生破坏。论文采用力学性能试验与结构模型试验相结合的方法,研究了不同网格密度碳纤维网与不同掺量碳纤维短切丝混凝土的抗压、抗拉与抗折性能,提出了协同增强混凝土的合适碳纤维网格密度和最佳碳纤维短切丝掺量;然后进行了碳纤维钢丝网混凝土喷层结构模型试验研究,研发了碳纤维钢丝网混凝土支护新技术
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混凝土材料抗裂与抗拉性能的不足,导致混凝土内部发生开裂,造成抗渗性能的降低,丧失对围岩的封闭与支护作用,继而导致巷道发生破坏。论文采用力学性能试验与结构模型试验相结合的方法,研究了不同网格密度碳纤维网与不同掺量碳纤维短切丝混凝土的抗压、抗拉与抗折性能,提出了协同增强混凝土的合适碳纤维网格密度和最佳碳纤维短切丝掺量;然后进行了碳纤维钢丝网混凝土喷层结构模型试验研究,研发了碳纤维钢丝网混凝土支护新技术;通过多种试验方法和微观分析,提出了碱激发材料改善混凝土抗渗性能的方法。主要研究内容和结论如下:（1）碳纤维协同增强混凝土力学性能试验与分析通过测试不同网格密度碳纤维网与不同掺量碳纤维短切丝混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度与抗折强度,分析了碳纤维网和碳纤维短切丝协同增强机理,结果表明,碳纤维短切丝有效提高了混凝土抗拉强度,碳纤维网有效提高了混凝土小梁件抗折强度,碳纤维网和碳纤维短切丝掺入发挥了碳纤维协同增强作用。通过试验研究,提出了碳纤维网与碳纤维丝协同增强混凝土抗拉、抗折性能的合适掺量。（2）碳纤维增强混凝土喷层结构承载力模型试验与理论分析进行了不同网格尺寸、不同纤维束碳纤维网混凝土喷层结构承载及变形模型试验,与无碳纤维网试件相比,80 mm和120 mm网格间距的碳纤维网混凝土喷层结构的极限承载力分别提高了 43.9%与39.0%。混凝土拱承受荷载时的最不利位置在混凝土拱最高点的两侧。碳纤维钢丝网改善了混凝土喷层结构的变形性能,提高了喷层结构的延性。通过理论分析,建立了煤矿井下混凝土喷层支护结构的力学模型,根据轴力图和弯矩图,发现了混凝土拱的危险截面位置,为巷道支护和加固提供理论依据。（3）碱激发材料增强碳纤维混凝土抗渗性能试验与分析对碱激发材料改善后的混凝土进行抗渗性能试验和微观分析。结果发现,碳纤维网的掺入不仅导致混凝土孔隙率的明显增大,而且无害孔与低害孔比例显著降低,有害孔与严重危害孔比例明显增加。进行碱激发材料凝结特性、力学性能和粘聚性分析,通过抗渗试验和压汞试验,提出了碱激发材料改善混凝土抗渗性能的方法。（4）碳纤维混凝土支护技术工程应用进行了碳纤维喷射混凝土现场应用,表明碳纤维网有效提高混凝土喷层的受力性能和改善了变形性能。现场监测结果表明,碳纤维网起到了增强防裂的作用,降低了巷道的变形量,提高了矿井巷道支护工程的质量,减少了巷道维护工程量,延长了支护工程的使用寿命,取得较好的社会经济效益。图[67]表[38]参[158]
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