книги из ГПНТБ / Кравченко Г.И. Облегченные крепи вертикальных выработок

В связи с этим величина В/Ц в готовом материале не/ известна, что не дает возможности при проектированщ составов набрызгбетона воспользоваться рекомендация ми, применяемыми для обычного бетона.

Подбор составов набрызгбетона производится обычж) опытным путем, поскольку расчетные методы недоста! точно совершенны. В связи с изложенным были выпол

иены исследования прочности набрызгбетона и его В/Ц в зависимости от состава начальной сухой смеси. Иссле довавшиеся 12 составов смеси отличались расходом це мента (190—380 кг/м3) и относительным содержанием крупного заполнителя (0,07—0,7).

В качестве исходных материалов использовали ще бень крупностью 5—10 мм, песчано-гравийиую смесь (доля гравия по весу 7%) и шлакопортландцемеит мар ки 300 Нижне-Тагильского завода. Гранулометрический состав набрызгбетона определяли промывкой проб, сня тых со стенки выработки, через стандартный набор сит, водосодержаиие — высушиванием при температуре околс 150° С пробы набрызгбетона.

Результаты испытаний приведены на рис. 42. Исполь зуя полученные значения В/Ц, рассчитывали прочность набрызгбетона по формулам для обычного бетон/ НИИЖБ, ВНИИЖелезобетона и Скрамтаева — Бажено ва. Наилучшее совпадение расчетных данных с фактиче скими обеспечивается при использовании формулы НИИЖБ

90

где Яц — марка цемента.

Отклонения расчетных значений (на рис. 42, а-—ли­ ний) от фактических, за исключением одного случая, не

степень приближения расчетных данных к фактическим. В настоящее время способы расчета значений опти­ мального водосодержания набрызгбетонной смеси в за­ висимости от вида, качества и расхода строительных ма­ териалов еще не разработаны. В то же время наблю­ дается стабильность В/Ц для всех составов набрызгбе­ тона, автоматически выдерживаемая в процессе крепле­ ния. В связи с этим представляет интерес упрощенный метод расчета состава набрызгбетона заданной прочно­ сти, в котором в качестве определяющей величины фигу­ рировало бы не В/Ц, а начальные параметры сухой смеси [62]. Для этой цели проанализированы закономер­ ности изменения прочности набрызгбетона в зависимости от состава начальной сухой смеси. Рассматривая вначале песчаные составы, можно получить следующую зависи­ мость прочности Рб.п от количества цемента в сухой сме­

где k\ — коэффициент пропорциональности; для рассмат­ риваемых условий ^1= 0,00141.

Между прочностью набрызгбетона с крупным запол­ нителем и песчаного (мелкозернистого)набрызгбетона существует зависимость

где k2— эмпирический коэффициент, учитывающий влия­ ние расхода крупного заполнителя.

На величину коэффициента k2 влияют весовое отно­ сительное содержание крупного заполнителя Ц в смеси и его наибольшая крупность. Для набрызгбетона с за­ полнителем предельной крупности 10—12 мм в результа-

91

те статистической обработки результатов многочислен­ ных опытов получена зависимость

Подставив (46) и (48) в (47), получим окончательно

Рассчитанные по данному методу значения прочности набрызгбетона, содержащего крупный заполнитель, от­ личаются от экспериментальных не более чем на 12,5%. Несколько большее, но достаточное для ориентировочных расчетов отклонение наблюдается при песчаных соста­ вах набрызгбетона (относительное отклонение 10— 22,5%).

Располагая указанной зависимостью, легко произве­ сти расчет расхода материалов на 1 м3 сухой набрызгбетонной смеси. При наличии естественной песчано-гра­ вийной смеси сначала определяется относительное содер­ жание крупного заполнителя

к =—— ,

Рк + Рм

где Рк— вес фракции 5—10 мм в навеске; Ри — вес фракции мельче 5 мм.

Затем рассчитывают количество цемента, необходимое для получения набрызгбетона заданной марки,

причем 2о = 1000//С, где К — коэффициент выхода гото­ вой сухой смеси, равный 0,9.

92

Объем и вес крупного заполнителя определяются

Объем и вес мелкого заполнителя составят:

Таким образом, в результате расчета получаем рас­ ход материалов на 1 м3 сухой смеси как по объему (иц, Ум, у„), так и по весу (Q, Ям, Я,.-).

Если кроме песчано-гравийной смеси имеется еще и крупный наполнитель, набрызгбетон заданной прочности может быть получен при различных сочетаниях вели­ чин Q и /ц, оптимальные значения которых должны устанавливаться экономическими расчетами.

§ 6. Методика выбора оптимальных составов набрызгбетона

Вусловиях почти любого шахтостроительного пред­ приятия, как правило, есть возможность применять цементы нескольких марок, различные виды заполни­ телей, удовлетворяющих строительным стандартам в естественном состоянии или после переработки. При все возрастающем объеме применения набрызгбетона перво­ степенное значение приобретает выбор оптимального состава смеси, используемой для его приготовления. Критерий оптимальности должен учитывать особенности технологии крепления набрызгбетоном [64].

Внабрызгбетоне содержание крупного заполнителя не может быть столь высоким, как в обычном бетоне

(55—65% по весу к заполнителю), так как потеря смеси в виде отскока будет недопустимо большой.

От состава бетонной, смеси в известной степени за­

93

часть цемеНтно-песчаиого раствора в единице объема замещается крупным заполнителем, возрастает проч­ ность набрызгбетона, снижается расход цемента, но одновременно возрастает величина отскока.

Первые два обстоятельства учитываются расчетной формулой (50), потери должны быть компенсированы увеличением объема изготовляемого набрызгбетона.

Так, при использовании смеси, дающей повышенный отскок, для получения единицы набрызгбетона в деле потребуется большое количество материалов, потребу­ ются дополнительные затраты груда па приготовление, загрузку в машину и выпуск бетонной смеси. Чтобы учесть это обстоятельство, нормы выработки должны

Отсюда вес сухой бетонной смеси, необходимой для получения 1 м3 набрызгбетона в деле будет равен

94

где SM, Sa, S3 и Sa — стоимость по материалам, прямой зарплате, энергии, амортизации, руб/м3; усм — объемная масса неуплотненной сухой смеси, т/м3; k — коэффи­ циент выхода набрызгбетона; х — величина отскока, доли

от нормы выработки и тарифной ставки крепильщика,

фициент, учитывающий потребление электроэнергии дру­ гими механизмами (конвейером-перегружателем, бетоно­ мешалкой и т. д.); f2— коэффициент, учитывающий до­ полнительные затраты сжатого воздуха на подготовку и промывку стенок выработки; рс, — производительность бетономашины по сухой смеси, т/ч; щ — масса сухой бетонной смеси, укладываемой за одну смену, т; |3<Qi — норма амортизации, доли единицы, и стоимости различ­ ных видов оборудования руб.; п — число рабочих смен

вгоду.

Спомощью этой формулы можно сравнивать раз­ личные составы сухой смеси из одинаковых компонен­ тов, обеспечивающие получение набрызгбетона требуе­ мой прочности. Оптимальным составом для каждой мар­ ки набрызгбетона соответствуют минимальные значения данной функции.

По указанной методике была произведена оценка экономичности различных составов набрызгбетона для условий треста Востокшахтопроходка. Для этой цели были использованы результаты исследований величины и состава отскока, прочностных показателей набрызг­ бетона, выполненные при широком изменении его со­ става.

В качестве строительных материалов применяли пес­ чано-гравийную смесь (доля гравия по весу 10—14%), щебень фракции 5—10 мм и несколько видов цемента.

Пользуясь графиками, приведенными на рис. 43, на которых представлены результаты указанных исследова­ ний, можно по заданной прочности набрызгбетона полу-

95

чить составы исходных смесей. Коэффициенты выхода набрызгбетона определяли расчетным способом и в ла­ бораторных условиях. В результате было установлено, что коэффициенты выхода набрызгбетона в песчаных

Доля крупного заполнителя

Рис. 43. Зависимость прочности на­ брызгбетона от состава начальной сухой смеси

составах составляют 0,67—0,69 (меньшие значения от­ носятся к более жирным составам), уменьшаясь с уве­

96

рого следует, что положение областей наиболее эконо­ мичных составов набрызгбетона зависит от соотношения стоимостей цемента и крупного заполнителя.

На основании выполненных исследований можно за­ ключить следующее: оптимальным составом исходной бетонной смеси следует считать такой, который обеспе­ чивает наименьшую стоимость готового материала с за­ данными свойствами в деле; при отношении стоимости цемента к стоимости крупного заполнителя, меньшем 8—10, наиболее экономичны для тонкостенных конструк­ ций песчаные составы набрызгбетона; при больших со­ отношениях стоимости цемента и крупного заполнителя следует принимать максимально возможные при задан­ ной прочности материала количества крупного запол­ нителя, но не более 45—50% веса смеси заполнителей.

Поскольку исследования проводили на песке и щебне, удовлетворяющим соответствующим строительным стан­ дартам, полученные выводы могут быть распространены на аналогичные строительные материалы.

§ 7. Крепление обводненных поверхностей выработок

Набрызгбетон сейчас применяют, как правило, в условиях сухих горных пород — даже при незначитель­ ном обводнении он полностью смывается стекающей или фильтрующейся водой. Положение не удается улучшить с помощью многих известных ускорителей схватывания и твердения бетонной смеси. При использовании наибо­ лее эффективных из них сроки начала и конца схва­ тывания исчисляются минутами [57, 97]. В условиях обводнения необходимо сокращение сроков схватывания до пределов, исчисляемых секундами [41, 26].

Состояние изученности воздействия добавок на ско­ рость схватывания набрызгбетона таково, что количе­ ственные показатели этого процесса можно установить только опытным путем [59, 71, 96].

Работы по выявлению интенсивности обводнения и фильтрации, допускающей крепление набрызгбетоном с помощью известных добавок, и изысканию более эффек­ тивных, выполняли в следующей последовательности: изучение влияния добавок-ускорителей на сроки схва­ тывания цементного теста и цементно-песчаных раство­ ров при различных В/Ц; крепление подобранными бы-

стросхватывающимися составами набрызгбетона обвод­ ненных поверхностей; проверка влияния добавок на ко­ нечную прочность набрызгбетона.

Результаты испытаний эффективности некоторых до­ бавок представлены па рис. 45. С помощью последних не удается обеспечить необходимого сокращения сроков начала (Н. С.) н конца (К. С), схватывания теста из

£ ,Ч -М Ч .Н

Рис. 45. График зависимости сроков схватывания портландцемента марки 500 от вида н величины добавки:

/ — гипс; 2 — хлорное железо; 3 — жидкое стекло; '/-—хло­ ристый кальций; 5 — едкая щелочь

портландцемента марки 500. То же наблюдается и при использовании ряда цементов других марок [34]. Ре­ зультаты резко улучшаются при использовании комби­ нированной добавки хлорного железа и хлористого каль­ ция: период между началом и концом схватывания при 6%-ном содержании FeCU и СаСБ составляет всего 20 с (рис. 46). При дальнейшем увеличении количества до­ бавки сроки начала и конца схватывания еще более сокращаются, но снижается прочность набрызгбетона.

Эффективен при использовании шлнкопортландцемента марки 300 и портландцемента марки 400 НижнеТагильского завода, портландцемента марки 400 Горно­ заводского завода, сульфатосгойкого портландцемента марки 400 завода «Большевик» фтористый натрий: при содержании его в количестве 1—3% от веса цемента

98

срок схватывания менее 1 мин. Почти столь же эффек­ тивен сухой алюминиевый спек и его раствор [26]. Из­ вестно, что с увеличением В/Ц возрастают и сроки схва­ тывания раствора, особенно значительно при В/Ц более 0,45—0,50. Следовательно, для крепления обводненных поверхностей, помимо добавок, следует применять смеси,

стого кальция и хлорного железа

обеспечивающие высококачественную укладку мате­ риала при минимальном В/Ц с повышенным содер­ жанием цемента и крупного заполнителя [.26]. Прак­ тическую проверку возможности крепления обводнен­ ных поверхностей выполнили на стенде, имитирующем поверхность выработки и обводняемом с помощью пер­ форированной трубы, Замер интенсивности обводнения и отбор образцов производили с помощью специальных приборов (см. рис. 35 и 36).

Результаты опытов по креплению обводненных по­ верхностей с применением временного водоотвода (на стенде — включением обводнения через определенное время после нанесения крепи) представлены на рис. 47.

Из рис. 47 видно, что при интенсивности обводнения 0,5 и 7 л/мин -м устройства временного водоотвода можно убирать уже через 45—50 мин без ущерба для проч­ ности крепи. Различия в разрушающем воздействии обводнения в 2 и 7 л/мин-м объясняются тем, что в

4:99