Порядок проведения исследований.

Эксперименты проводились в следующем порядке.

1.Компоненты различных составов набрызг-бетонной смеси взвешивались на весах (для исследований были приняты составы близкие к общепринятым). Все это укладывалось в емкости и тщательно перемешивалось. При этом не допускалось присутствие комков цемента и песка.

2.Готовая бетонная смесь перекладывалась в разборные формы размером 100×100×100 мм, и нумеровались сверху. При этом из каждого состава смеси бралось по три образца.

3.Оставшаяся в емкости смесь перекладывалась в модель центробежного нагнетателя (Рис.3) и наносилась на стенды. При этом расстояние от модели до стенда подбиралось предварительно по наименьшему отскоку. Стенды нумеровались и вместе с образцами укладывались во влажную среду (мокрые опилки).

4. Начиная со следующего дня после отбора образцов и возведения набрызг-бетона стенды и прозвучивались ежедневно с помощью ультразвукового прибора УК-1ИП по схеме приведенной на рисунке 5 в течение 30 дней.

Рисунок 3. Модель центробежного нагнетателя

5. После прозвучивания образцы (по три из каждого состава) раздавливались на гидравлическом прессе до полного разрушения. При этом между образцом и прессом устанавливался динамометр, для более точного определения критической нагрузки.

6. Данные ультразвуковых замеров и разрушающих нагрузок записывались в журнал наблюдений.

7. Один из составов бетонном смеси после приготовления дополнительно подвергался активации в системе – активаторе (рис.4). Это имитировало активацию смеси на импеллере центробежного нагнетателя машины МЦТ.

8. По окончании экспериментальных работ результаты исследовании обрабатывались на ЭВМ методом математической статистики и по этим данным строились графики соответствия скорости распространения ультразвука и набора прочности набрызг-бетона (роста динамического модуля упругости).

Полученные результаты позволят в дальнейшем определить прочность набрызг-бетонной крепи, не разрушая ее с помощью ультразвука, т.е. неразрушающим методом.

По полученным кривым можно получить эмпирические формулы зависимости прочности набрызг-бетона от скорости распространения ультразвука.

Рисунок 4. Модель смесителя- активатора.

Результаты экспериментальных работ

В лабораторных условиях КазНТУ, были проведены эксперименты для определения характеристик торкрет-бетонной смеси, нанесением центробежной силой, в возрасте до 1 месяца (обычно бетон набирает свой прочность в течение 28 дней).

Составы исследованных смесей приведены в таблице 6.

Таблица 6.

Состав экспериментальных смесей

№ смеси	Песок, кг/м3	Цемент, кг/м3	Вода, л/м3
1	1596	398	306
2	1596	466	306
3	1596	466	333
4	1596	466	293
5*	1596	398	293
6	1596	466	293

Примечание: * - смесь была активирована в смесителе – активаторе.

«Мокрая» набрызг-бетонная смесь наносилась на стенды без активаций с активацией. Одновременно с нанесением набрызг-бетона из каждого состава брались образцы по 3 экземпляра. Начиная с однодневного возраста «прозвучивались» ультразвуком и стенды, и образцы в различных направлениях по схеме, показанной на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема прозвучивания образцов и стендов.

Каждый раз, после измерения скорости распространения ультразвука, образцы раздавливались на прессе, и посредством динамометра замерялись значения разрушающего усилия. Замеры позволяли наблюдать характер твердения бетона и набора или прочности на одноосное сжатие.

Таким образом, ежедневно в течение 28 суток параллельно измерялись скорость распространения ультразвука и прочность образцов.

Как известно, твердение бетона происходит благодаря гидратации силиката и клинкера цемента, а также составляющих его компонентов: двух кальциевого силиката (C₂ S), трех кальциевого силиката (C₃ S), четырех кальциевого алюмоферрита (C₄ AF) и трех кальциевого алюмината (C₃ А). Процессы, которые происходят во время гидратации этих элементов и их взаимодействие могут быть изучены с помощью ультразвука .

Большой интерес с научной и практической точки зрения имеет изучение динамически упругих постоянных набрызг-бетонной крепи. Для определения динамического модуля упругости с помощью ультразвукового импульсного метода нами использовалось уравнение:

Ed = ₁² , (1)

Где ₁ – скорость продольной волны, полученная при «прозвучивании» образцов; -плотность набрызгбетонной смеси; –динамический коэффицент Пуассона .

По результатам расчетов, для испытуемых составов, построены графики изменения динамического модуля упругости набрызг-бетонной крепи. Анализ полученных графиков позволяет отметить несколько стадий процесса твердения набрызг-бетона, следующих последовательно одна за другой. Приблизительно поистечении двух суток после нанесения набрызг-бетонной смеси окончивается первая стадия процесса. Она характеризуется тем, что набрызг-бетон получает близкую к окончательной механическую прочность. Скорость распространения ультразвука в этот период возрастает с 1500 до 2300 м/с. Следующая фаза твердения закончивается на 5 сутки. В этот период твердение набрызг-бетона продолжается также довольно ускоренным темпом, но медленнее, чем на первой стадии. Скорость распространения продольной ультразвуковой волны в этот период изменяется с 230 до 300 м/с.

Следующая фаза твердения закончивается на 12 сутки. В этот период наблюдается значительное замедление упрочнения структуры набрызг-бетонной крепи. Скорость распространения ультразвука за 7 суток изменяется с 3000 до 3400 м/с.

И, наконец, в период до 28 суток темп увеличения скорости продольной волны существенно снижается и составляет 3600 м/с.

Методика, основанная на определении упругости бетона с помощью ультразвука, позволяет с достаточной точностью определить прочность на набрызг-бетонной крепи, без разрушения целостности крепи в целом.