Статья1.1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ НОВЫХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ НАБРЫЗГ-БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

УДК 622.281.4

Н.Н. Поддубный, инженер, ООО «Ротис Плюс»

С.А. Жуков, д-р техн. наук, проф., ГВУЗ «Криворожский национальный университет»

технологические перспективы новых отечественных

набрызг-бетонных смесей

В статье охарактеризованы условия горных работ в современных шахтах и главные проблемы, связанные с креплением подземных горных выработок (горной крепью). Проанализировано развитие  науки о горных крепях и торкретировании скальных поверхностей. Представлены основные проблемы обеспечения шахтного строительства в Украине стройматериалами. Выполнен анализ рынка строительных сухих смесей для бетонных работ в подземных условиях. Определены перспективные направления для решения проблем, связанных с бетонной горной крепью. Выполнен анализ технологических свойств набрызг-бетонных смесей BUDMIX KR; соответствия этих смесей требованиям горного строительства и специфике подземных выработок, а также потенциальные возможности производителя данной продукции в современных условиях для решения возникающих ресурсных задач. В статье также рассмотрены лабораторные исследования  набрызг-бетонных смесей и проанализированы их результаты. Определены главные особенности и характеристики бетонных смесей различного состава. Представлены также экспериментальные испытания новых бетонов для крепления подземных полостей и оценка эффективности предлагаемой технологии. Рассмотрены экспертные заключения различных комиссий и инстанций. Определены возможности широкого внедрения в горную практику рассмотренных стройматериалов и реальные перспективы дальнейшего развития технологий, основанных на них.

Проблема и ее связь с научными и практическими задачами. С каждым годом растут глубины и усложняются условия горных работ. Применение торкретирования в современном шахтном строительстве является наиболее эффективным, а нередко – единственно возможным способом крепления горных выработок. Торкретирование целесообразно в тех случаях, когда необходимо бетонировать поверхности сложной конфигурации, когда возникают трудности, связанные с уплотнением бетонных смесей вибраторами и требуются значительные затраты на изготовление опалубки, а также в тех случаях, когда к бетону предъявляются повышенные требования по водонепроницаемости, адгезионной эффективности, тиксотропности, динамике схватывания и набора прочности. Применение этого метода позволяет упростить транспортирование бетонной смеси к месту укладки, что актуализует вопрос заводского изготовления последней. Таким образом, серьезной проблемой современного шахтного строительства является неполное соответствие средств крепления породных обнажений, а вытекающей из этого задачей – поиск наиболее эффективных, а главное – доступных торкрет-смесей отечественного производства.

Анализ исследований и публикаций. С момента появления первого патента на метод торкретирования в 1911 г., выданного в США К.Э. Эйкли, этот метод и оборудование для его осуществления претерпели значительную эволюцию [1]. У нас большинство научных исследований бетонирования набрызгом базируются на трудах В.М. Мосткова [2]. Значительный вклад во внедрение набрызг-бетона в практику строительства внесли работы С.А. Атманских, И.Л. Воллера, Б.Г. Грязнова, Д.М. Голицинского, М.В. Тушинского и др. [3-6], а также зарубежных специалистов: Л. Рабцевича, Э. Роттера, Р. Линдера, Ф. Пахера, Л. Мюллера, И. Вебера, Т. Райани, А. Манфреда и др. [7-9]. Ранее в СССР были разработаны различные нормативно-технические источники, относящиеся к технологическим правилам торкретирования инженерных сооружений (ПТКБ ЦП МПС СССР, 1985 г.), к вопросам крепления выработок набрызг-бетоном (ВСН 126-90 / Минтрансстрой СССР, ВНИИ транспортного строительства, 1991 г.) и др. [10].

Многие современные исследования сконцентрированы на улучшении технологических и эксплуатационно-технических свойств набрызг-бетона. Несомненным достижением являются разработки торкрет-бетона РСТ 8 на специальном водонепроницаемом безусадочном цементе с применением добавки РСАМ [11] и других [12]. ОАО «ЦНИИПромзданий» (РФ) рассматривает широкий спектр применения торкрет-бетонных покрытий конструкций полифункционального назначения, значительное внимание уделяя технологическим вопросам получения и применения в строительной практике торкрет-фибробетона, особенностям создания защитных покрытий с использованием этого материала [13]. Торкрет-бетон Spray-Con WS канадского производителя Gemite (Джимайт) является исключительно экономичным продуктом, поставляется в виде концентрата, смешивается непосредственно на рабочем месте с местным песком и портландцементом, образует водонепроницаемый воздухопропускающий слой, его можно наносить толщиной от 1/8 дюйма до 12 дюймов (от 40 мм до 300 мм) при последовательном наращивании покрытия. Spray-Con обладает прочностью соединения с основанием, которая превышает прочность на отрыв самого основания. Отличные связующие качества и армированная структура делают его идеальным материалом для крепления объектов, подвергающихся динамическим нагрузкам во время нанесения [14]. В Казанской государственной архитектурно-строительной академии разработано модифицирование торкрет-бетонной смеси водной эмульсией низкомолекулярного полиэтилена (НМПЭ) с помощью анионактивных ПАВ как эмульгаторов; подобраны типы ПАВ-эмульгаторов и режимы приготовления прямых концентрированных водных эмульсий НМПЭ-2 и смеси НМПЭ-2 и НМПЭ-3 [15].

Анализ приведенных и многих других исследований и публикаций свидетельствует о высоком уровне изучения и использования набрызг-бетона. Но в то же время для украинских потребителей большинство наиболее эффективных смесей зарубежных производителей являются экономически недоступными. На украинском рынке предложение отечественных сухих набрызг-бетонных смесей – крайне ограничено. Наибольший интерес, с нашей точки зрения, здесь представляет ряд смесей BUDMIX KR – и по их заявленным характеристикам, и с учетом потенциала производственной базы их производителя – ООО «Ротис Плюс» [16].

Постановка задач исследования. Вышеизложенные проблемы, ситуация в нашей стране, а также потребности горной и строительной отраслей обусловили цель данного исследования – анализ свойств набрызг-бетонных смесей BUDMIX KR, соответствия их требованиям горного строительства и специфике условий подземных выработок, а также потенциальных возможностей в решении возникающих задач названным предприятием.   

Изложение материала и результаты. Смеси для торкретирования марки BUDMIX KR применяются: для нанесения на стенки горных выработок конструктивного набрызг-бетона; крепления и герметизации изоляционных перемычек; изоляции стенок горных выработок от притока в них воды и др. Выпускающее эти сухие смеси для набрызг-бетона сухого и мокрого нанесения ООО «Ротис Плюс» устойчиво работает на рынке строительных материалов более 7 лет. Особое внимание следует обратить на то, что предприятие создано на базе Криворожского завода строительных конструкций – производства, изначально структурно и функционально специализированного для схожих технологий, которое имеет более 3000 м² производственных площадей, что позволяет в кратчайшие сроки развернуть широкомасштабное производство разработанных торкрет-смесей, способное покрыть потребности горняков и строителей если не всей Украины, то Кривбасса – вполне, что обосновано серьезно аргументированными расчётами.

Кроме того, ООО «Ротис Плюс» имеет собственную научно-исследовательскую и лабораторную базу, а также активно сотрудничает с учеными и специалистами Криворожского национального и Национального горного университетов (соответственно – КТУ и НГУ).

Рассматриваемый набрызг-бетон является инновационным и не имеет аналогов. На сегодняшний день технология его производства имеет статус ноу-хау. Что же касается общей характеристики, то для изготовления смесей используются следующие материалы: вяжущее – портландцемент; заполнители – песок, гравий; добавки к смеси – сополимер винилацетата и этилена, а также метилгидроксипропилцеллюлоза.

Главными преимуществами BUDMIX KR являются:

1. Возможность нанесения за один проход слоя, толщиной более 300 мм, что обеспечивает:

подтвержденное в промышленных условиях сокращение сроков производства робот по сравнению с «традиционными» смесями в 2-5 раз;

экономию затрат на заработную плату в 3-7 раз и материала – до 30%;

увеличение сроков эксплуатации оборудования на 30%.

Набрызг-бетон, нанесённый за один проход, создаёт монолитную конструкцию, работающую в полной мере как одно целое, а не слоистую, неизбежную даже при самых динамичных методах послойного торкретирования, что даёт возможность при проектировании уменьшать площадь сечения выработки «в проходке» при сохранении «в свету» при равных прочих условиях.

2. Набрызг-бетон имеет ускоренный набор прочности в течение первых семи часов после нанесения, что позволяет производить циклические взрывные роботы в более ранние сроки.

3. Рассматриваемый материал обладает пониженным процентом отскока – до 3%, что в свою очередь обеспечивает снижение: стоимости самой крепи; загрязнения горной выработки и находящегося в ней оборудования, а также затрат, связанных с утилизацией отходов.

4. Исследуемый материал в настоящее время уже выпускается как продукция ООО «Ротис Плюс» согласно государственного стандарта Украины «Смеси строительные сухие модифицированные» ДСТУ Б В.2.7.-126:2011 и межгосударственного «Смеси бетонные ДСТУ Б В.2.7.-96-2000 (ГОСТ 7473-94)».

5.  Предоставляется возможность работы по согласованным недельно-суточным графикам.

6. Рассматриваемые набрызг-бетонные смеси хорошо себя зарекомендовали при работе, как на импортном, так и отечественном оборудовании на таких производствах, как: «Кривбассжелезрудком», «Евраз Сухая Балка», «Миттал Стил Кривой Рог».

7. Набрызг-бетонные смеси могут выпускаться по согласованию с заказчиками (согласно проектной документации или с изменившимися условиями) с разными характеристиками.

8. В настоящее время предприятие приступило к выпуску торкрет-смесей BUDMIX KR, позволяющих производить безопалубочное бетонирование по вертикальным и потолочным поверхностям толщиной 200-400 мм за один проход (табл. 1).

Таблица 1

Характеристики набрызг-бетонных смесей BUDMIX KR