Исследование прочности твердеющих бетонных смесей с добавками Суперпластификатора СП-1

доц., к.т.н. Купенко И.В., инж. Красников И.Н., студ. Дюк А.В.,
Донецкий национальный технический университет


Источник: Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. научн. трудов. Вып 17, – Донецк: «Норд – Пресс», 2011. – 260 с.


В последние десятилетия при проходке вертикальных шахтных стволов в нашей стране наиболее часто применялась совмещенная технологическая схема с использовани-ем в качестве постоянной монолитной бетонной крепи.

Как известно, затраты на крепление при проходке стволов весьма существенны и могут достигать 80% их стоимости. Увеличение толщины монолитной бетонной крепи на 10 см может привести к росту стоимости проходки ствола на 15%, а расхода бетона – на 30%. Использование же других видов крепи в большинстве случаев приводит к еще более значительному увеличению стоимости [1]. Таким образом, уменьшение толщины бетон-ной крепи при прочих равных может привести к существенному снижению стоимости сооружения ствола.

Анализ (1) показывает, что толщина крепи при прочих равных условиях снижается при увеличении прочности бетона. Таким образом, использование для крепления ствола бетонов классов (В20; В22,5; В25) вместо наиболее часто применяемого В15 может спо-собствовать снижению стоимости сооружения ствола.

Следует заметить, что весьма существенный недостаток совмещенной схемы про-ходки стволов состоит в том, что набор прочности бетонной смеси крепи происходит в сложных горно-геологических условиях в призабойном пространстве во время перерас-пределения горного давления и интенсивного смещения породных стенок. Под воздейст-вием возникающих напряжений в твердеющем материале происходит развитие пластиче-ских деформаций и ползучести, которые приводят к разрыву кристаллических связей и образованию дислокаций, что снижает конечную прочность твердеющего материала.

На практике для ускорения схватывания и процессов твердения бетонной смеси применяют хлорид кальция (СаСl2), сульфат натрия (Na2SO4), нитрат кальция (Ca(NO3)2?4H2O), а в последнее время – современные суперпластификаторы отечествен-ного и зарубежного производства.

Исследования свойств твердеющих бетонов с различными добавками проводились в ЮрГТУ и ДонНТУ. Авторы статьи [3] исследовали НДС крепи из твердеющего бетона в зависимости от параметров различных вмещающих пород (модуля сдвига и др.). Исполь-зовался бетон одного состава, но с различными добавками для ускорения схватывания. Похожие исследования проводились и автором [4]. Следует отметить, что одним из наи-более эффективных ускорителей схватывания оказался суперпластификатор СП-1 (С-3) при концентрации 0,5% по массе сухого цемента.

В тоже время, производители СП-1 отмечают, что он может применяться и при концентрации до 0,8%, увеличение которой ведет к росту скорости твердения смеси, прочности бетона или снижению расхода цемента.

Учитывая вышесказанное, нам представляется целесообразным несколько допол-нить результаты исследований [3, 4] и провести ряд лабораторных экспериментов по оп-ределению расчетного сопротивления сжатию бетонов В15, В20, В25 с добавкой 0,8% су-перпластификатора СП-1 (С-3) в возрасте t = 1, 3, 7 и 28 суток. Подвижность и отношение вода-цемент бетонных смесей при изготовлении бетонов при этом должны максимально соответствовать требованиям технологии проходки.

Испытания проводились в строительной лаборатории кафедры СШ и ПС ДонНТУ в строгом соответствии с требованиями ГОСТ 10180-90, ГОСТ 24211-03 и СНиП 2.03.01-84.

Для испытаний были изготовлены бетонные кубы 10х10х10 см, прочность которых определялась на прессе П-125. Перед испытаниями по стандартным методикам был подобран состав смесей для приготовления бетонов В15, В20 и В25. При проектировании состава бетонов соблюдались требования, предъявляемые к смесям при проходке стволов в части транспортировки их по трубам и укладки за опалубку. Учитывая многолетний опыт сооружения стволов [5 и др.], величина осадки конуса для испытуемых смесей была принята равной 12…15 см (принято 14 см), т.е. класс по подвижности бетонов – П3, а отношение В/Ц – 0,5.

Добавка 0,8% суперпластификатора СП-1 дает увеличение прочности бетона в первые сутки твердения на 56…59%. Отметим, что согласно [3, 4], пластификатор СП-1(С-3) оказался более эффективнее аналогичных добавок (Т-2, Areal, Biseal SCC, SicaVisco Сrete) и намного эффективнее традиционных добавок для ускорения схватывания типа хлористого кальция.

Литература

  1. Сыркин С.П. Ресурсосберегающая технология строительства вертикальных глубоких стволов: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.15.04 / ЮрГТУ. – Новочеркасск, 2001 – 18 с.
  2. Указания по определению параметров и конструкций крепи вертикальных стволов и приствольных камер на больших глубинах в горно-геологических условиях Центрального и Стаханово-Первомайского районов Донбасса. Л.ВНИМИ, 1981, 72 с.
  3. Плешко М.С., Армейсков С.Н. Проектирование составов бетонов крепи вертикальных стволов с учетом особенностей ее взаимодействия с породным массивом // Перспективы развития Восточного Донбасса. Ч.1: сб. научн. тр. / Шахтинский ин-т (филиал) ЮрГТУ (НПИ). – Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮрГТУ (НПИ), 2007. – C. 176–181.
  4. Борщевський С.В. Фізико-технічні та організаційні основи інтенсивних технологій спорудження вертикальних стволів у породному масиві з підвищеною водоносністю: автореф. дис. докт. техн. наук: 05.15.04 / Нац. гірн. ун-т. – Дніпропетровськ, 2008. – 38 с.
  5. Миндели Э.О., Тюркян Р.А. Сооружение и углубка вертикальных стволов шахт. М.: Недра, 1982. – 312 с.
  6. Баженов Ю.М. Технология бетона: учеб. пособие для технол. спец. строит. вузов. 2-е изд. перераб. – М.: Высшая школа, 1987. – 415 с.