CC BY
28
СЕМИНАР 1
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98
И.А. Ощепков, КузГТУ
ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫЕ ЭКОНОМИЧНЫЕ БЕТОННЫЕ СМЕСИ НА НЕСТАНДАРТНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ ДЛЯ ШАХТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Качество бетонной крепи и ее долговечность связаны не только с технологией приготовления бетонных смесей, которая на бетонных заводах шахтостроительных организаций должна соответствовать современным требованиям, но и с условиями транспортирования бетонных смесей к стволу шахты, способами спуска бетона к месту укладки и уплотнения. Основными технологическими требованиями к бетонным смесям, укладываемым в крепь горных выработок, является ее удобоукладываемость, включая понятие стабильности или способности смеси сопротивляться расслоению и водоотделению, прочность особенно высокую для крепления горных выработок на больших глубинах, повышенную химическую стойкость и водонепроницаемость, требуемую деформа-тивность и т.д. Этими качествами характеризуются полимербетоны. Однако дефицитность смол, их высокая стоимость являются серьезными препятствиями для их широкого внедрения. В связи с этим является естественным поиск возможности использования в качестве активных добавок в бетоны на цементной основе вторичных продуктов и отходов химических производств.
Специфической особенностью технологии возведения монолитной бетонной крепи горных выработок является, как правило, наличие стесненного запалубочного пространства, в котором нужно уложить, распределить, разровнять и уплотнить быстротвердею-щую бетонную смесь. Технологичность бетонной крепи - удобство ее возведения зависит от таких факторов, как наличие постоянных водопритоков в выработку,
отрицательное влияние фильтрующей воды на свойства укладываемой бетонной смеси и бетона, неизбежное образование вертикальных и горизонтальных швов бетонирования, размеры и назначения выработок, глубина заложения, горно-геологические условия и т. д., но самое главное - от технологических свойств бетонной смеси.
Для повышения качества бетона для крепления горных выработок разработали химические добавки на основе побочных продуктов производств: тиокола - сырья для производства каучука. представляющих собой и 1О %-й водный раствор неорганических веществ - хлорида-, сульфида-, сульфата-, сульфита- и полисульфидов натрия, предварительно дезодорированный каталитическим окислением углеводородных примесей; диафена «ФП» - антистарителя резинотехнических изделий, состоящих из натриевых солей соляной, серной и тиосерной кислот, получаемых путем аэро-фонтанной сушки с последующей экструдерной грануляцией порошкообразных солей; циклогексанона и циклогексанола - полупродуктов синтеза капролактама как сырья для производства капрона, содержащих натриевые соли одно, и двухосновных карбоновых кислот в водном растворе до 50%-й концентрации. При использовании первых двух добавок к бетонным смесям в качестве антикоррозионной присадки испытали циклогексан -2,3,5,6 -тетраметил - 4 - эфи-роимин.
Экспериментально установлено, что добавка отходов тиоколь-ного производства обладает пластифицирующими свойствами, причем, чем больше вводится до-
бавки в бетонную смесь, тем большую пластичность она приобретает. Осадка конуса бетонной смеси с добавкой увеличивается в 2.-3 раза. В присутствии добавки увеличивается прочность бетона при сжатии и изгибе. Термообработка бетона несколько снижает эффект действия добавки очевидно потому, что происходит концентрирование растворенных солей добавки в жидкой фазе вследствие испарения излишней воды затворения, образования некоторого количества кристаллов, способных вследствие изменения объема нарушать структуру бетона. При твердении бетона в естественных условиях повышение прочности бетона от введенной в бетонную смесь добавки гораздо значительнее, составлявшее более 30%. Максимально допустимое количество добавки к бетонным смесям - до 25% от массы воды затворения, что обусловлено содержанием солей в водном растворе добавки.
Водонепроницаемость бетонов нормального твердения и пропаренного по режиму 4 + 6 (950С) + 4(ч.) соответствовала бетонам марки В4. При наличии в бетонах с добавками тиокольного и диафе-нового производств антикоррозионной присадки арматурная сталь находилась в пассивном состоянии, о чем свидетельствовали показатели электрохимического состояния стали в бетонах по ее поляризуемости - величина анодного тока не превышала 10 мкА/см2 при потенциале +300 мВ. У образцов, подвергнутых термообработке, величина анод-ного тока не превышала 28 мкА/см2, но все же была больше 25 мкА/см2, когда по Эвансу начинается активная коррозия стали в бетоне. Термообра-
ботка бетонов повышала активность анионов солей добавок в разрушении пассивирующей пленки циклогекса-2,3: 6,-тетраметил-4-эфиро-имина на поверхности арматурной стали. В этом случае рекомендуется применять более сильные пассиваторы коррозии арматурной стали, например, нитрит натрия, хромат калия и др. Однако, при введении добавок не более 4,2 х 10-4 % от массы воды затворения можно применять иминовую антикоррозионную присадку.
Для определения сроков схватывания и водоотделения цемента использовали цементное тесто нормальной густоты при В/Ц=26,5%. Количество добавки тиокольного производства в цементном тесте варьировали в пределах 0...25% от массы воды затворения. Дисперсионный анализ показал, что при 5%-м уровне значимости влияние добавки на сроки схватывания цементного теста в статическом состоянии существенно. Начало схватывания замедляется на 2 ч.; при количестве добавки менее 20% влияние ее на конец схватывания незначительно. Добавка несколько (на и 5%) снижала коэффициент водоотделения цементного теста на ШПЦ Яшкинского и ПЦ Топкинского цементных заводов.
Работы по повышению качества бетона для крепления горных выработок проведены применительно к условиям Таштагольско-го рудника в Кузбассе. Заводами треста «Таштагол-шахторудстрой» объединения «Сибруда» в качестве заполнителей бетонов используется не фракционированная гравийно-песчаная смесь (ГПС) и песок (П) из русел рек и из карьеров Торьсминского и Ижморского и рудные «хвосты» (РХ). Прочность бетонов, получаемая на таких заполнителях, отличается большой неоднородностью с коэффициентами вариации более 40% и на по-
рядок получается меньше проектных марок. Для преодоления этого явления бетоны производятся при значительном перерасходе цемента. Однако, даже при увеличении расхода цемента марки М 300 на
30...50% и марки М 400 на
20...25% на таких заполнителях обеспечить проектную марку бетона, а значит и качество бетонной крепи, не удавалось. Исследования влияния добавки тиокольного производства на прочность бетонных смесей при использовании заполнителей ГПС и П показали, что она приводит к повышению прочности пропаренных изделий на 30...40% относительно прочности бездобавочных бетонов, а при использовании заполнителей РХ с отметки минус 600м. рудника «Таштагол» на 30...35%, причем прочность бетонов естественного твердения превышала прочность пропаренных бетонов на 30...35% В промышленных условиях треста "Таштаголшахторудстрой" была изготовлена бетонная смесь с добавкой, позволившей повысить пластичность бетонной смеси с 4 до 10 см и прочность бетона на
25...50%. Новой бетонной смесью было забетонировано по 10 м. орта в районе камер ВДПУ в трех различных горно-геологических условиях с общим объемом бетонных работ 50 м3 с улучшенной обрабатываемостью бетонной смеси.
Лабораторными исследованиями установлена возможность уменьшения расхода цемента на приготовление бетонных смесей для крепления горных выработок на 10...40% при использовании в составах бетонных смесей добавок диафенового, циклогексанонового-, анолового производств. Вместо не-додозируемого цемента рекомендовано использовать тонкомолотые доменные или сталеплавильные шлаки, поддающиеся сульфатному возбудительному твердению, в особенности их силициум- содержащих
ингредиентов. Побочные продукты циклогексанонового-, анолового производства обеспечивают пластичность бетонным смесям.
Для рудника «Таштагол» разработана схема укрепления бортов отрезной щели подземных выработок. Перед проведением взрывных работ по образующей отрезной щели горный массив вокруг нее разрушается от тектонических напряжений. Для устранения этого явления в выбуренные скважины закачивается вода или кислотный раствор под давлением, обеспечивающим создание трещин гидроразмыва или выщелачивания известняка из массива руды. Продолжительность нагнетания воды или кислотного раствора - около 6 ч. После этого производится укрепление массива панели по контуру будущей щели инъекцией в него цементного раствора. Размеры инъекционной зоны определяются на основе фактических данных о размерах самообрушения бортов щелей. В качестве твердеющего раствора были применены на руднике "Таштагол" цементные растворы с добавкой побочного продукта тиокольного производства и хорошо совмещающейся с ней добавкой побочного продукта циклогексаноного-, анолового производства - пластификатора цементного раствора и пассиватора коррозии металлов Побочный продукт тиокольного производства может быть заменен на побочный продукт диафенового производства.
Таким образом, при производстве строительных работ в подземных условиях могут быть применены высокоэкономичные бетонные смеси с использованием вторичного сырья, улучшающего технологические свойства смесей и повышающие физико-механические характеристики бетонных крепей.
© И.А. Ощепков
