Интенсификация процессов набрызгбетонирования для подземных конструкций с учетом подбора компонентов смеси

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.

1. Белоног 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.

2. 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.

3. 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/10.34031/2071-7318-2020-5-1-8-17

4. 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.2017.11.108

5. Харченко 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/10.22227/1997-0935.2017.5.552-558

6. 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.

7. 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/10.22227/1997-0935.2017.7.780-787

8. 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.2020.103302

9. Ginouse 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.2015.05.061

10. Alekseev 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.

11. 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.2020.118742

12. Kalhori 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.2020.119470

13. Winnefeld 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.2020.120782

14. Алексеев 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.

15. 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.2020.103765

16. Kaufmann 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.2020.122233

17. Jiadong 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.2020.03.007

18. Guler 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.2021.02.031

19. Yifei 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.2021.12255

20. Харченко 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/10.22227/1997-0935.2019.11.1438-1448

21. 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.2020.103336