inbureИзвестия вузов. Инвестиции. Строительство. НедвижимостьIzvestiya vuzov. Investitsii. Stroitelstvo. Nedvizhimost2227-29172500-154XIrkutsk National Research Technical University10.21285/2227-2917-2021-2-242-249inbure-23Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. СТРОИТЕЛЬСТВОTECHNICAL SCIENCES. CONSTRUCTIONИнтенсификация процессов набрызгбетонирования для подземных конструкций с учетом подбора компонентов смесиIntensification of concrete spraying for buried structures, including composition selectionhttps://orcid.org/0000-0002-6111-201XБаженоваС. И.BazhenovaS. I.

Баженова Софья Ильдаровна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологий вяжущих веществ и бетонов

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Sof'ya I. Bazhenova, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Technologies of Binders and Concretes

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337

sofia.bazhenova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0690-9763МельниченкоА. А.MelnicnenkoA. A.

Мельниченко Александра Александровна, студент

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Alexandra A. Melnichenko, Undergraduate student

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университетРоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University)Russian Federation202107112023112242249Copyright © Баженова С.И., Мельниченко А.А., 20232023Баженова С.И., Мельниченко А.А.Bazhenova S.I., Melnicnenko A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inbure.elpub.ru/jour/article/view/23

Цель работы – обосновать возможность применения технологии набрызгбетонирования как способа не только укрепления грунта и шахт при ведении горнодобывающих работ, но и перепрофилирования подземных пространств для дальнейшего целевого использования (например, в качестве спортивных объектов и памятников культурного наследия, что реализовано в некоторых странах Европы). Рассмотрены достоинства и недостатки технологии набрызгбетонирования. С учетом необходимости использования набрызгбетона, отвечающего высоким эксплуатационным требованиями, авторами предлагаются композиции набрызгбетона с повышенными физикомеханическими характеристиками. Оптимизация свойств смесей при этом достигается путём добавления микронаполнителей с самостоятельной гидравлической активностью. В опытных работах производились исследования набора прочности образцов набрызгбетона с ускорителями схватывания (А1 и А2 на основе алюминатов и Б1 и Б2 – бесщелочных ускорителей) разнообразного генезиса. По результатам работ отмечена высокая степень эффективности бесщелочных ускорителей схватывания по сравнению с ускорителями на основе алюминатов, что может объясняться более высоким уровнем вовлечения ускорителей схватывания в процесс структурообразования цементного камня и созданием новообразований, способствующих гидратации цемента, в больших объёмах. Высокая эффективность совместной работы ускорителей твердения вяжущих и микронаполнителя позволяет подбирать составы набрызгбетона с учетом любых показателей горного давления для грунтов средней устойчивости и выработок среднего сечения.

The study aims to substantiate the application of concrete spraying technologies, which allow the soil and mines during the mining operation to be strengthened and underground spaces to be repurposed for further use (e.g., sports facilities and cultural heritage sites, as implemented in some European countries). The advantages and disadvantages of concrete spraying technologies are considered. Following the need for sprayed concrete to meet high operational requirements, the authors offer sprayed concrete compositions with increased physical and mechanical properties. The properties of the mixtures are optimised by adding microfillers with hydraulic activity. In experimental work, concrete strength development of sprayed concrete samples with setting agents of various origins (A1 and A2 aluminates based and B1 and B2 nonalkaline accelerators) was investigated. It was determined that nonalkaline setting agents are more efficient than those based on aluminates. This can be explained by the higher activity of these setting accelerators in the structure formation of cement brick and the formation of new growth that promote cement hydration in large volumes. The high-efficiency cooperation of setting agents and microfiller allows the composition of sprayed concrete to be selected, taking into account any rock pressure values for medium-stable soil and medium section mine roadway.

набрызгбетонторкретбетонбетонная смесьбетонная крепьshotcretesprayed concretemix concreteconcrete supportReferencesБелоног Ю.Г., Лобов И.М. Использование пространств шахтной выработки при реновации недействующих шахт // Современное промышленное и гражданское строительство. 2018. Т. 14. № 2. С. 81–88.Belonog YuG, Lobov IM. Use of space mine roadway at renovation of out-of-service mines. Sovremennoe promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo = Modern industrial and civil construction. 2018;14(2):81–88. (In Russ.)Нефедьева А.К., Нефедьев А.П., Баженов М.И., Александров А.В., Алексеев В.А. Комплексные решения при применении технологии компенсационного нагнетания // Метро и тоннели. 2020. № 3. С. 32–33.Nefedieva AK, Nefediev AP, Bazhenov MI, Alexandrov AV, Alekseev VA. Complex solutions in the application of compensation injection technology. Metro i tonneli. 2020;3:32–33. (In Russ.)Алексеев В.А., Баженова С.И. Оптимизация бетонных составов для набрызгбетонирования при сооружении подземных конструкций // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2020. № 1. С. 8–17. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2020-5-1-8-17Alekseev VA, Bazhenova SI. Optimization of concrete compositions for sprayed concrete in the consruction of underground structures. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova = Bulletin of Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. 2020;1:8–17. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2020-5-1-8-17 (In Russ.)Saade M.R.M., Passer A., Mittermayr F. A Preliminary Systematic Investigation onto Sprayed Concrete's Environmental Performance // Procedia CIRP. 2018. Vol. 69. p. 212–217. https://doi.org/10.1016/j.procir.2017.11.108Saade MRM, Passer A, Mittermayr F. A Preliminary Systematic Investigation onto Sprayed Concrete's Environmental Performance. Procedia CIRP. 2018;69:212–217. https://doi.org/10.1016/j.procir.2017.11.108Харченко И.Я., Алексеев В.А., Исрафилов К.А., Бетербиев А.С.-Э. Современные технологии цементационного закрепления грунтов // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. № 5 (104). С. 552–558. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2017.5.552-558Kharchenko IYa, Alekseev VA, Israfilov KA, Beterbiev AS-E. Modern technologies of cement grouting. Vestnik MGSU. 2017;12(5):552–558. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2017.5.552-558 (In Russ.)Пат. № 2622057 C, Российская Федерация, МПК C04B 28/02, C04B 7/00, C04B 111/20. Сухая смесь для приготовления бетона и строительного раствора и применение сухой смеси / Алексеев В.А., Харченко И.Я., Харченко А.И., Матвеев К.Н.: заявитель и патентообладатель ООО "Научно-исследовательский центр". № 2015146093; заявл. 27.10.2015; опубл. 09.06.2017.Alekseev VA, Kharchenko IYa, Kharchenko AI, Matveev KN. Dry mixture for preparing concrete and building mortar and use of dry mixture. Patent RF, no. 2622057 C, 2017. (In Russ.)Алексеев В.А., Харченко А.И., Соловьев В.Г., Никоноров Р.Н. Набрызгбетон в шахтном строительстве // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. № 7 (106). С. 780–787. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2017.7.780-787Alekseev VA, Kharchenko AI, Solovyev VG, Nikonorov RN. Shotcrete in Mine Construction. Vestnik MGSU. 2017;12(7):780–787. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2017.7.780-787 (In Russ.)Bernard E.S., Thomas A.H. Fibre reinforced sprayed concrete for ground support // Tunnelling and Underground Space Technology. 2020. Vol. 99. p. 103302. https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103302Bernard ES, Thomas AH. Fibre reinforced sprayed concrete for ground support. Tunnelling and Underground Space Technology. 2020;99:103302. https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103302Ginouse N., Jolin M. Investigation of Spray Pattern in Shotcrete Applications // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 93. pp. 966–972. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.05.061Ginouse N, Jolin M. Investigation of Spray Pattern in Shotcrete Applications. Construction and Building Materials. 2015;93:966–972. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.05.061Alekseev V.A., Bazhenov Yu.M., Bazhenova S.I., Bazhenova O.Yu., Golovashchenko N.A., Mironchuk N.S. Modified binder for sprayed concrete // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2018. № 5 (1005). С. 18–19.Alekseev VA, Bazhenov YuM, Bazhenova SI, Bazhenova OYu, Golovashchenko NA, Mironchuk NS. Modified binder for sprayed concrete. BST: Byulleten' stroitel'noj tehniki. 2018;5(1005):18–19.Pan-Pan Sun, Xu-Xu Yang, De-Kang Sun. Optimally designed shotcrete material and its cooperating performance when integrated with sandstone // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 249. p. 118742. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118742Pan-Pan Sun, Xu-Xu Yang, De-Kang Sun. Optimally designed shotcrete material and its cooperating performance when integrated with sandstone. Construction and Building Materials. 2020;249:118742. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118742Kalhori H., Bagherzadeh B., Akhlaghi M.A. Experimental study on the influence of the different percentage of nanoparticles on strength and freeze– thaw durability of shotcrete // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 256. p. 119470. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119470Kalhori H, Bagherzadeh B, Akhlaghi MA. Experimental study on the influence of the different percentage of nanoparticles on strength and freeze– thaw durability of shotcrete. Construction and Building Materials. 2020;256:119470. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119470Winnefeld F., Kaufmann J., Leemann A. Influence of shotcrete accelerators on the hydration of cement pastes and their impact on sulfate resistance // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 266. Part A. p. 120782. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120782Winnefeld F, Kaufmann J, Leemann A. Influence of shotcrete accelerators on the hydration of cement pastes and their impact on sulfate resistance. Construction and Building Materials. 2021;266(A):120782. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120782Алексеев В.А., Баженов Ю.М., Баженова С.И., Баженова О.Ю., Бисембаев Р.С., Мирончук Н.С. Добавки с самостоятельной гидравлической активностью для набрызгбетона // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2018. № 8 (1008). С. 61–63.Alekseev VA, Bazhenov YuM, Bazhenova SI, Bazhenova OYu, Bisembaev RS, Mironchuk NS. Additive having hydraulic activity for shotcrete. BST: Byulleten' stroitel'noj tehniki. 2018;8(1008):61–63. (In Russ.)Naotaka Kikkawa, Sinya Ito, Nobutaka Hiraoka. Punching fracture mechanism and strength formula of early-age shotcrete // Tunnelling and Underground Space Technology. 2021. Vol. 110. p. 103765 https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103765Naotaka Kikkawa, Sinya Ito, Nobutaka Hiraoka. Punching fracture mechanism and strength formula of early-age shotcrete. Tunnelling and Underground Space Technology. 2021;110:103765. https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103765Kaufmann J., Loser R., Leemann A. Sulfate resistance testing of shotcrete – Sample preparation in the field and under laboratory conditions // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 276. p. 122233. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.122233Kaufmann J., Loser R., Leemann A. Sulfate resistance testing of shotcrete – Sample preparation in the field and under laboratory conditions. Construction and Building Materials. 2021;276:122233. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.122233Jiadong Qiu, Lin Luo, Yong Luo. Numerical investigation on the tensile fracturing behavior of rock-shotcrete interface based on discrete element method // International Journal of Mining Science and Technology. 2020. Vol. 30. Iss. 3. pp. 293–301. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2020.03.007Jiadong Qiu, Lin Luo, Yong Luo. Numerical investigation on the tensile fracturing behavior of rock-shotcrete interface based on discrete element method. International Journal of Mining Science and Technology. 2020;30(3):293–301. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2020.03.007Guler S., Öker B., Akbulut Z.F. Workability, strength and toughness properties of different types of fiber-reinforced wet-mix shotcrete // Structures. 2021. Vol. 31. pр. 781–791. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.02.031Guler S, Öker B, Akbulut ZF. Workability, strength and toughness properties of different types of fiber-reinforced wet-mix shotcrete. Structures. 2021;31:781–791. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.02.031Yifei Wang, Caijun Shi, Yi Liu. Accelerators for shotcrete – Chemical composition and their effects on hydration, microstructure and properties of cement-based materials // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 281. p. 122557. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.12255Yifei Wang, Caijun Shi, Yi Liu. Accelerators for shotcrete – Chemical composition and their effects on hydration, microstructure and properties of cement-based materials. Construction and Building Materials. 2021;281:122557. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122557Харченко А.И., Харченко И.Я., Алексеев В.А., Баженова С.И. Применение расширяющихся цементов для набрызгбетона в тоннельном строительстве // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 11 (134). С. 1438–1448. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2019.11.1438-1448Kharchenko AI, Kharchenko IYa, Alekseev VA, Bazhenova SI. Application of expanding cements for sprayed concrete in tunnel construction. Vestnik MGSU. 2019;14(11):1438–1448. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2019.11.1438-1448 (In Russ.)Bjureland W., Johansson F., Larsson S. Influence of spatially varying thickness on load-bearing capacity of shotcrete // Tunnelling and Underground Space Technology. 2020. Vol. 98. p. 103336. https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103336Bjureland W, Johansson F, Larsson S. Influence of spatially varying thickness on load-bearing capacity of shotcrete. Tunnelling and Underground Space Technology. 2020;98:103336. https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103336

The authors declare that there are no conflicts of interest present.