К.т.н. Дмитриенко В.А., асп. Сущик С.А., студ. Казак О.Ю. ШИ(ф) ЮРГТУ (НПИ), г. Шахты, Россия
Особенности конструкций монолитных бетонных крепей подземных сооружений и технология их возведения требуют значительных финансовых и трудовых затрат. Поэтому разработка новых ресурсосберегающих технологий крепления монолитным бетоном, является весьма актуальной задачей. Однако, в этом случае требуется применение сверхбыстротвердегощих модифицированных бетонных составов, которые способны через короткий промежуток времени воспринимать нагрузки массива пород. Обеспечение надежности крепления подземных сооружений при этом невозможно без тщательного контроля свойств смесей для оценки и прогнозирования несущей способности бетонных крепей подземных сооружений в самые ранние сроки твердения.
Поскольку
твердение многокомпонентных веществ на основе портландцементов -
весьма сложный процесс, зависящий не только от состава бетона и
качества его компонентов, но и целого ряда внешних факторов, таких,
например, как температура и влажность окружающего воздуха, способ и
плотность укладки, обводненность и давление массива пород и т.д., то
осуществление мониторинга изменения свойств бетона в процессе
твердения, особенно в ранние сроки гидратации, позволит исключить
разрушение крепи конструкций подземных сооружений.Всеобщее признание и наибольшее распространение в практике неразрушающего контроля качества бетонных и железобетонных конструкций, получил ультразвуковой метод. Однако использовать его в ранние сроки твердения в полной мере не удается, из-за значительных ошибок ввиду отсутствия эталонных зависимостей прочности от скорости прохождения ультразвуковой волны при ранних стадиях твердения модифицированных бетонов. Поэтому в настоящее время на кафедре ППГС и СМ проводятся работы по определению наиболее эффективных методов неразрушающего контроля свойств бетонных смесей и бетона непосредственно в конструкциях.
Выполненный до настоящего времени комплекс экспериментов показывает, что провести исследования кинетики структурообразования в период перехода состава из пластичного состояния в твердое и, к тому же, учитывающие внешние воздействия каким-либо одним методом невозможно. На наш взгляд процессы структурообразования растворной смеси, наиболее достоверно можно проследить по изменению пластической прочности, а с момента интенсивного набора прочности - по изменению электрического сопротивления смеси.
На первом этапе экспериментов предполагалось, определить наиболее эффективные и надежные методы исследований кинетики структурообразования на ранних сроках твердения модифицированных растворов и бетонов на основе портландцемента в целях определения оптимальной несущей способности крепи и времени снятия опалубки.
В ходе экспериментов установлено, что наиболее точно кинетику структурообразования вяжущих материалов, в первые 4-10 часов после затворения можно проследить по изменению пластической прочности. На рис.1 приведены зависимости пластической прочности раствора нормальной консистенции, модифицированного добавкой Д-5 (4% от массы цемента), от времени твердения при различных температурах гидратации. Однако измерения после наступления конца схватывания вяжущего сопровождаются большим разбросом данных и соответственно вероятностью ошибок; кроме того, исследовать составы с крупным заполнителем, а тем более бетона непосредственно в конструкциях этим методом невозможно.
В практике неразрушающего контроля свойств бетона, широкое распространение получил акустический метод, но достоверные измерения можно провести только по истечении 2 – 4 часов после окончания схватывания, так как из-за низкой прочности состав разрушается под датчиками прибора.
Поскольку общепринятыми методами непрерывно исследовать кинетику набора прочности бетона с момента затворения невозможно, то было решено установить зависимость изменения удельного электрического сопротивления от времени гидратации состава. Для этого разработана специальная методика исследований, которая позволяла, помимо определения удельного электрического сопротивления, контролировать пластическую прочность, влажность, прочность на сжатие, скорость прохождения ультразвуковой волны и модуль упругости образцов бетона и раствора.
Целью экспериментов является установление зависимостей механических свойств бетонов от удельного электрического сопротивления, что позволит оперативно контролировать характеристики бетонной крепи и прогнозировать изменение ее несущей способности во времени.
На рисунке 2. представлены графики изменения удельного электрического сопротивления образцов балочек из раствора нормальной консистенции, модифицированного добавкой Д-5 (4% от массы цемента), от времени твердения при различных температурах гидратации. Анализируя полученные зависимости, можно отметить, что закономерности изменения пластической прочности состава в пластичном состоянии и прочности образцов на сжатие в затвердевшем, практически идентичны с изменением удельного электрического сопротивления. Таким образом, по изменению удельного электрического сопротивления образцов можно контролировать кинетику твердения бетона с момента затворения и до набора проектной марочной прочности.
Однако следует отметить, что удельное электрическое сопротивление также зависит от концентрации и свойств добавок, температуры и влажности образцов, а также других факторов. Это обстоятельство требует проведения тщательных и детальных исследований, то есть необходимо выполнить большой объем измерений и, соответственно, обработку полученной информации.
Применение современных микропроцессорных приборов для получения первичной измерительной информации при неразрушающем контроле свойств бетонов позволяет осуществлять передачу накопленных данных через каналы связи на компьютер. Для автоматизации управления приборами использован микроконтроллер АТ9082313, который достаточно прост в использовании и программировании, экономичен с точки зрения потребления энергии, обладает мощным набором инструкций.
Сбор полученных данных производится при помощи поставляемого программного обеспечения на языке Visual Basic, который встраивается в пакет электронных таблиц Microsoft Exel, входящий в состав Microsoft Office. При заполнении всех ячеек памяти прибора, микроконтроллер инициирует передачу собранных данных на жесткий диск компьютера для их накопления, хранения и обработки. Массив значений, переданный приборами, сохранялся в ячейках электронных таблиц в форме, достаточно удобной для дальнейшей обработки.
Для хранения и обработки результатов опытов использовалась реляционная СУБД Microsoft Acces, которая позволяла не только хранить массивы полученных экспериментальных данных, но и гибко ими манипулировать. Ввод в базу и обработка результатов исследований осуществлялась при помощи приложения, разработанного в среде Borland C++ Builder, что позволяло визуально представить динамику изменения результатов исследований.
Несмотря на то, что Access поддерживает стандарт Microsoft, совместима с другими приложениями пакета Microsoft Office и является, пожалуй, наиболее простым и оптимальным инструментом из СУБД Microsoft по показателю "функциональность-стоимость", она все же имеет ограниченные возможности и используется в основном как настольная СУБД для небольших объемов информации.
СУБД PostgreSQL с открытым кодом, обладает высокой производительностью и мощными возможностями. Она достаточно полно поддерживает стандарт языка SQL обеспечивает надежные методы хранения и обработки данных, наличие хранимых процедур и триггеров, возможность использования CASE-средств. Поэтому в настоящее время осуществляется перевод информации и средств ее обработки с СУБД Microsoft Access на PostgreSQL.