Суперпластифікована цементно - водяна композиція для ремонту гірських тунелів

Abstract

UA: 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.

RU: 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  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 р 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 (0,27 Нс/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.

EN: 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.