Суперпластифікована цементно-водяна композиція для ремонту гірських тунелів

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали і вироби. - Харківська державна академія залізничного транспорту, Харків, 2001.

Розроблено цементно-водяну композицію СПЦВС з низьким В/Ц (при збереженні її високої текучості), з високою міцністю цементного каменя і кінетикою твердіння при зниженій (40 С) температурі.

Розвинуті уявлення про реологічні властивості (динамічної в'язкості, міцності на зсув і проникаючої здатності), гідратацію, структуроутворення, структуру і міцність цементного каменю із СПЦВС.

Встановлено критерії в'язкості, В/Ц і міцності, на основі яких розроблено оптимальний склад СПЦВС.

Розроблена СПЦВС успішно пройшла виробничо-експлуатаційні випробування і впроваджена на дослідній ділянці дуже обводненого аварійно-небезпечного гірського тунелю на Львівській залізниці, на такій же за станом ділянці Харківського метрополітену при їх ремонті, а також при ремонті аварійної бутобетонної опори з кам'яним облицюванням мосту на Південній залізниці.

Ключові слова: суперпластифікована цементно-водяна композиція; реологічні властивості; динамічна в'язкість; цементний камінь; міцність на зсув; проникаюча здатність, тунель.

Аннотация

Шумик Д. В. Суперпластифицированная цементно-водная композиция для ремонта горных туннелей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Харьковская государственная академия железнодорожного транспорта, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена актуальной проблеме создания новых надежных материалов, в частности суперпластифицированной цементно-водной суспензии СПЦВС, для ремонта аварийных горных туннелей с минимальными денежными затратами.

Разработанная цементно-водная композиция СПЦВС содержит суперпластифицирующую добавку типа SL и соль NaCl в оптимальных количествах, что обеспечило понижение В/Ц смеси (при сохранении ее высокой текучести) и получение цементного камня с прочностью и кинетикой твердения при пониженной (4°С) температуре не худшими, чем в цементном камне из обычной (бездобавочной) цементно-водной суспензии (ЦВС) с аналогичным В/Ц при нормальной температуре.

Суперпластификатор вызывает в цементном камне при пониженной температуре дефицит эттрингита, что приводит к нарушению обычного для портландцемента количественного соотношения между положительно и отрицательно заряженными продуктами гидратации, к замедлению процессов структурообразования и снижению конечной прочности цементного камня. Представлено соответствующее уравнение прочности для суперпластифицированной цементно-водной суспензии СПЦВС.

Введение хлористого натрия обеспечивает образование кристаллического гидрохлоралюмината кальция с положительным поверхностным зарядом, что приводит к восстановлению указанного соотношения.

На базе основных положений коллоидной химии и физико-химической механики дисперсных систем, представлений об электрогетерогенных взаимодействиях при твердении цементов развиты представления о реологических свойствах (динамической вязкости, прочности на сдвиг и проникающей способности), гидратации и структурообразовании СПЦВС, а также структуре и прочности цементного камня из СПЦВС.

В частности, существующее уравнение расклинивающего давления теории ДЛФО дополнено электрогетерогенной составляющей расклинивающего давления, на основании которого выведено соответствующее уравнение динамической вязкости h для ЦВС и СПЦВС в зависимости от В/Ц, позволяющее прогнозировать их реологические свойства. Развиты представления о механизме суперпластифицирования и проникающей способности СПЦВС, который заключается в перезарядке положительно заряженных участков C3S и промежуточного вещества (ПВ) цементных частиц с положительной на отрицательную, что обеспечивает отталкивание и пептизацию цементных частиц, высокую текучесть и проникающую способность СПЦВС. Сформулирована сущность и выведены соответствующие уравнения оптимального содержания суперпластификатора в СПЦВС, оцениваемая по степени заполнения адсорбционного объёма суперпластификатора.

Для прогнозирования и количественной оценки реологических свойств ЦВС и СПЦВС определены расчётным путем электроповерхностные потенциалы yр минералов цементного клинкера и продуктов его гидратации, а также уточнена методика количественного определения динамической вязкости этих суспензий с помощью вискозиметра ВЗ-1.

С учётом этого установлены критерии вязкости, В/Ц и прочности СПЦВС для ремонта горных тоннелей (hЈ0,27 НЧс/м2, 0,3<В/Ц<0,35 и прочность цементного камня Rсж >40 МПа). На основе этих критериев установлены оптимальные составы СПЦВС из портландцемента ПЦ500, содержащего С3А до 7%, (В/Ц=0,3, SL-0,25 %, NaCl-2 %), обеспечивающие получение прочности цементного камня при пониженной температуре (+4°С) выше 40 МПа и скорости твердения не хуже, чем при 20°С.

Проведены исследования фазового состава и микроструктуры цементного камня из разработанной СПЦВС (с добавкой NaCl) с помощью дифференциального термического анализа, рентгенофазового анализа и электронной микроскопии с дополнительным увеличением с помощью сканера и ПЭВМ.

Разработанная СПЦВС успешно прошла производственно - эксплуатационные испытания и внедрена на опытном участке сильно обводнённого аварийно-опасного горного туннеля на Львовской ж.д., на таком же по состоянию участке Харьковского Метрополитена при их ремонте, а также при ремонте аварийной бутобетонной опоры с каменной облицовкой моста на Южной ж.д.

Ключевые слова: СПЦВС - суперпластифицированная цементно-водная суспензия; реологические характеристики; динамическая вязкость; цементный камень; прочность на сдвиг; проникающая способность, тоннель.

Abstract

Shumik D.V. The superplasticized cement-water composition with for repair of mining tunnels. - Manuscript.

These is on inception of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.23.05 - building materials and рroducts. -The Kharkiv state academy of a railway transport, Kharkiv, 2001.

The cement-water composition SPCWC with low W/C, high flow ability, high strength and kinetics of hardening at under (4°С) temperature.

The representations about reological characteristics (dynamic viscosity, shear strength and penetrating power), hydration and structure formation SPCWC, and also structure and strength of the cement stone from SPCWC are advanced.

The criterions of viscosity, W/C and strength of the cement stone from SPCWC are established, on the basis of these yardsticks the optimum structures SPCWC are determined.

Designed SPCWC successfully has passed manufacturing - exploitation tests and introduction on an experimental section of a almightily flooded and dangerous mining tunnel on Lviv railway, оn same on a condition a site of the Kharkiv Underground at its repair, and also at repair dangerous stone bridge footing on Southern railway.

Key words: SPCWC - superplasticized cement-water composition; reological characteristics; dynamic viscosity; cement stone; shear strength; penetrating power, tunnels.

Размещено на Allbest.ru