Статья1.1 ТЕХНОЛОГІЧНІ ПЕРСПЕКТИВИ НОВИХ ВІТЧИЗНЯНИХ НАБРИЗК-БЕТОННИХ СУМІШЕЙ

УДК 622.281.4

Н.Н. Піддубний, інженер, ТОВ «Ротис Плюс»

С. А. Жуков, д-р техн. наук, проф., ДВНЗ «Криворізький національний університет»

технологічні перспективи нових вітчизняних

набризк-бетонних сумішей

В статті охарактеризовано умови гірничих робіт в сучасних шахтах і головні проблеми, пов'язані з кріпленням підземних гірничих виробок (гірської кріпленням). Проаналізовано розвиток  науки про гірських кріплять та торкретировании скельних поверхонь. Представлені основні проблеми забезпечення шахтного будівництва в Україні будматеріалами. Виконаний аналіз ринку сухих будівельних сумішей для бетонних робіт в підземних умовах. Визначено перспективні напрямки для вирішення проблем, пов'язаних з бетонної гірської кріпленням. Виконано аналіз технологічних властивостей набризк-бетонних сумішей BUDMIX KR; відповідності цих сумішей вимогам гірничого будівництва та специфіку підземних виробок, а також потенційні можливості виробника даної продукції в сучасних умовах для рішення виникаючих ресурсних завдань. У статті також розглянуто лабораторні дослідження набризк-бетонних сумішей та проаналізовано їх результати. Визначено головні особливості та характеристики бетонних сумішей різного складу. Представлені також експериментальні випробування нових бетонів для кріплення підземних порожнин та оцінка ефективності запропонованої технології. Розглянуті експертні висновки різних комісій та інстанцій. Визначено можливості широкого впровадження в гірську практику розглянутих будматеріалів і реальні перспективи подальшого розвитку технологій, заснованих на них.

Проблема та її зв'язок з науковими та практичними завданнями. З кожним роком зростають глибини і ускладнюються умови гірничих робіт. Застосування торкретування в сучасному шахтному будівництві є найбільш ефективним, а нерідко – єдино можливим способом кріплення гірничих виробок. Торкретування доцільно в тих випадках, коли необхідно бетонувати поверхні складної конфігурації, коли виникають труднощі, пов'язані з ущільненням бетонних сумішей вібраторами і потрібні значні витрати на виготовлення опалубки, а також у тих випадках, коли до бетону пред'являються підвищені вимоги по водонепроникності, адгезійної ефективності, тиксотропності, динаміці схоплювання і набору міцності. Застосування цього методу дозволяє спростити транспортування бетонної суміші до місця укладання, що актуализует питання заводського виготовлення останньої. Таким чином, серйозною проблемою сучасного шахтного будівництва є неповна відповідність засобів кріплення породних оголень, а витікає з цього завданням – пошук найбільш ефективних, а головне – доступні торкрет-сумішей вітчизняного виробництва.

Аналіз досліджень і публікацій. З моменту появи першого патенту на метод торкретування в 1911 р., виданого в США К. Е. Эйкли, цей метод та обладнання для його здійснення зазнали значну еволюцію [1]. У нас більшість наукових досліджень бетонування набризком базуються на працях В. М. Мосткова [2]. Значний внесок у впровадження набризк-бетону в практику будівництва внесли роботи С. А. Атманских, В. Л. Воллера, Б. Р. Грязнова, Д. М. Голіцинського, М. В. Тушинського та ін [3-6], а також зарубіжних фахівців: Л. Рабцевича, Е. Роттера, Р. Ліндера, Ф. Пахера, Л. Мюллера, В. Вебера, Т. Райани, А. Манфреда та ін [7-9]. Раніше в СРСР були розроблені різні нормативно-технічні джерела, що відносяться до технологічних правил торкретування інженерних споруд (ПТКБ ЦП МПС СРСР, 1985 р.), до питань кріплення виробок набризк-бетону (ВСН 126-90 / Минтрансстрой СРСР, ВНДІ транспортного будівництва, 1991) та ін [10].

Багато сучасні дослідження сконцентровані на поліпшенні технологічних і експлуатаційно-технічних властивостей набризк-бетону. Безсумнівним досягненням є розробки торкрет-бетону РСТ 8 на спеціальному водонепроникному безусадочном цементі з застосуванням добавки РСАМ [11] та інших [12]. ВАТ «Цнііпромзданій» (РФ) розглядає широкий спектр застосування торкрет-бетонних покриттів конструкцій поліфункціонального призначення, значну увагу приділяючи технологічних питань отримання та застосування в будівельній практиці торкрет-фібробетону, особливостям створення захисних покриттів з використанням цього матеріалу [13]. Торкрет-бетон Spray-Con WS доанадского производителя Gemite (Джімайт) є виключно економічним продуктом, поставляється у вигляді концентрату, змішується безпосередньо на робочому місці з місцевим піском і портландцементом, утворює водонепроникний воздухопропускающий шар, його можна наносити товщиною від 1/8 дюйма до 12 дюймів (від 40 мм до 300 мм) при послідовному нарощуванні покриття. Spray-Con володіє міцністю з'єднання з підставою, яка перевищує міцність на відрив самого заснування. Відмінні сполучні якості та армована структура роблять його ідеальним матеріалом для кріплення об'єктів, що піддаються динамічним навантаженням під час нанесення [14]. У Казанської державної архітектурно-будівельної академії розроблено модифікування торкрет-бетонної суміші водною емульсією низькомолекулярного поліетилену (НМПЭ) з допомогою аніоноактивних ПАР як емульгаторів; підібрані типи ПАР-емульгаторів і режими приготування прямих концентрованих водних емульсій НМПЭ-2 і суміші НМПЭ-2 і НМПЭ-3 [15].

Аналіз наведених та багатьох інших досліджень і публікацій свідчить про високий рівень вивчення та використання набризк-бетону. Але в той же час для українських споживачів більшість найбільш ефективних сумішей зарубіжних виробників є економічно недоступними. На українському ринку пропозиція вітчизняних сухих набризк-бетонних сумішей – вкрай обмежено. Найбільший інтерес, з нашої точки зору, тут є ряд сумішей BUDMIX KR – і по їх заявленим характеристикам, і з урахуванням потенціалу виробничої бази їх виробника – ТОВ «Ротис Плюс» [16].

Постановка завдань дослідження. Вищевикладені проблеми, ситуація в нашій країні, а також потреби гірничої та будівельної галузей зумовили мету даного дослідження – аналіз властивостей набризк-бетонних сумішей BUDMIX KR, відповідності їх вимогам гірничого будівництва і специфіці умов підземних виробок, а також потенційних можливостей у вирішенні виникаючих завдань названим підприємством.   

Викладення матеріалу та результати. Суміші для торкретування марки BUDMIX KR застосовуються: для нанесення на стінки гірничих виробок конструктивного набризк-бетону; кріплення і герметизації ізоляційних перемичок; ізоляції стінок гірничих виробок від припливу в них води і ін. Випускає ці сухі суміші для набризк-бетону сухого і мокрого нанесення ТОВ «Ротис Плюс» стійко працює на ринку будівельних матеріалів більше 7 років. Особливу увагу слід звернути на те, що підприємство створене на базі Криворізького заводу будівельних конструкцій – виробництва, спочатку структурно і функціонально спеціалізованого для схожих технологій, яке має понад 3000 м2 виробничих площ, що дозволяє в найкоротші терміни розгорнути широкомасштабне виробництво розроблених торкрет-сумішей, здатне покрити потреби гірників і будівельників якщо не всієї України, то Кривбасу – цілком, що обґрунтовано серйозно аргументованими розрахунками.

Крім того, ТОВ «Ротис Плюс» має власну науково-дослідну та лабораторну базу, а також активно співпрацює з науковцями та фахівцями Криворізького національного та Національного гірничого університетів (відповідно – КТУ та НГУ).

Розглянутий набризк-бетон є інноваційним і не має аналогів. На сьогоднішній день технологія його виробництва має статус ноу-хау. Що ж стосується загальної характеристики, то для виготовлення сумішей використовуються наступні матеріали: в'яжучий – портландцемент; заповнювачі – пісок, гравій; добавки до суміші – сополімер вінілацетату і етилену, а також метилгидроксипропилцеллюлоза.

Головними перевагами BUDMIX KR є:

1. Можливість нанесення за один прохід шару, товщиною понад 300 мм, що забезпечує:

підтверджене в промислових умовах скорочення термінів виробництва робот в порівнянні з «традиційними» сумішами в 2-5 разів;

економію витрат на заробітну плату в 3-7 разів і матеріалу – до 30%;

збільшення строків експлуатації обладнання на 30%.

Набризк-бетон, нанесений за один прохід, створює монолітну конструкцію, яка працює в повній мірі як одне ціле, а не шарувату, неминучу навіть при самих динамічних методах пошарового торкретування, що дає можливість при проектуванні зменшувати площу перерізу вироблення в проходці» при збереженні «у світлі» при рівних інших умовах.

2. Набризк-бетон має прискорений набір міцності протягом перших семи годин після нанесення, що дозволяє виробляти циклічні вибухові роботи в більш ранні терміни.

3. Розглянутий матеріал володіє зниженим відсотком відскоку – до 3%, що в свою чергу забезпечує зниження: вартості самої кріплення; забруднення гірничої виробки і знаходиться в ній обладнання, а також витрат, пов'язаних з утилізацією відходів.

4. Досліджуваний матеріал в даний час вже випускається продукція ТОВ «Ротис Плюс» відповідно до державного стандарту України «Суміші будівельні сухі модифіковані» ДСТУ Б Ст. 2.7.-126:2011 та міждержавного «Суміші бетонні ДСТУ Б Ст. 2.7.-96-2000 (ГОСТ 7473-94)».

5. Надається можливість роботи за узгодженими тижнево-добових графіків.

6. Розглянуті набризк-бетонні суміші добре себе зарекомендували при роботі, як на імпортному, так і вітчизняному обладнанні на таких виробництвах, як: «Кривбасзалізорудком», «Євраз Суха Балка», «Міттал Стіл Кривий Ріг».

7. Набризк-бетонні суміші можуть випускатися за погодженням із замовниками (відповідно до проектної документації або із зміненими умовами) з різними характеристиками.

8. В даний час підприємство приступило до випуску торкрет-сумішей BUDMIX KR, що дозволяють виробляти безопалубочное бетонування по вертикальних і стельових поверхонь товщиною 200-400 мм за один прохід (табл. 1).

Таблиця 1

Характеристики набризк-бетонних сумішей BUDMIX KR