О влиянии отрицательных температур на физикомеханические свойства пластбетона
Для выявления возможности применения пластбетона для крепления стволов шахт, проходимых способом замораживания, и ЦНИИподземмаше были проведены исследования по определению влияния отрицательных температур на свойства пластбетона и его составляющих.
Замораживанию до —10° С в течение различного времени подвергались все компоненты связующего: мономер ФА, бензолсульфокислота (БСК) и фурфурол. После оттаивания этн вещества вводились в состав пластбетона. Одновременно готовились контрольные замесы. Все образцы подвергались ускоренному в течение 6 ч при температуре 100° С. Оказалось, что прочность при сжатии образцов нз «мороженных» компонентов отличается от прочности контрольных образцов весьма несущественно.
Таким образом, замораживание до -—10° С мономера ФА, фурфурола и бензосульфокислоты не снижает качества этих составляющих при их последующем оттаивании.
Пластбетон готовили поочередным смешиванием заполнителя, фурфурола, мономера ФА и бензосульфокислоты. Бее компоненты, кроме БСК, вводили при температуре 18—20° С. Для расплавления бензосульфокислота разогревалась до температуры 60° С и к моменту введения ее температура доводилась до 40° С.
Влияние отрицательных температур на сроки схватывания пластбетона проверялось с помощью прибора Вика па образцах из различных составов (щебеночно-песчаных, песчаных, с различным содержанием БСК, с фурфуролом и без него). Образцы из одного и того же замеса испытывали при температуре —10° и +20° С. Оказалось, что скорость схватывания песчаных составов меньше, чем щебеночно-песчапых.
В условиях отрицательных температур прн одинаковом гранулометрическом составе заполнителя скорость схватывания пластбетона возрастает в случаях нагрева заполнителя, увеличения объема пластбетона; увеличения даже незначительного содержания БСК. Наличие фурфурола в составе вяжущего (2% фурфурола и 12% мономера ФА от веса заполнителя) резко сокращает сроки схватывания.
Одним нз главных факторов, влияющих на схватывание и последующее твердение пластбетопа, янлиотси температура массы. Это особенно важно при использовании пласт- бетона п крепи-CTHO.WII, проходимых способом ааморажннанин пород, где возможны большие перепады между температурой илаетбетопа п результате полимеризации, температурой породы и температурой инутри ствола. При этом большое значение приобретает обп.ем илаетбетопа, расположение его а общем массиве, количество Г) С К н состане синтетического нижущего и другие факторы.
Дли проперкн влияния некоторых из этих фактором и условиях отрицательных температур изготавливались образцы различных размеров (шпалы 12x12X80 см и кУбы с размерами ребра 12 и 7 еле) па составах с различным содержанием БСК.
На рис. 1 представлен ряд кривых, отражающих изменение температуры пластбстонных образцов, выдерживаемых при отрицательных (—10°С) и положительных (-1-20с,С) температурах. Кривые показывают, что температура твердения пластбетона тем выше, чем больше его объем.
Увеличение содержания БСК повышает температуру твердения пластбетона, сокращает сроки его схватывания и твердения, однако увеличивает фильтрацию воды, усиливающуюся с вымыванием избыточного количества БСК. Это положение необходимо учитывать, когда пластбетон должен выполнять роль гидроизоляции.
Чтобы определить возможность применения пластбетопа в условиях замороженных пород без искусственного обогрева, проведены исследования его твердения при отрицательных температурах окружающей среды. Принято, что температура замороженной породы будет достигать — 10° С, а температура в стволе —5-Э0° С.
Влияние отрицательных температур на твердение пластбетона проверялось на различных этапах твердения пластбетона:
в начальный период твердения с последующим выдерживанием пластбетона при положительных температурах;
на протяжении длительного периода твердения пластбетона (до нескольких месяцев);
после приобретения пластбетоном начальной прочности при положительных температурах в течение 1—3 сут.
Пластбетон содержал 25% БСК от веса вяжущего с добавкой фурфурола в количестве 2% от веса инертного заполнители и без нее. Общий расход вяжущего в основном составе равнялся 14% от веса заполнителя. Соотношение мелкого и крупного заполнителя 1:1.
Для испытания приняты образцы-кубы размером 7Х7Х10 см. Уплотнение смеси в формах производилось лабораторной виброплощадке в течение 1 мин. Результаты испытаний образцов на сжатие при указанных режимах твердения приведены на рис. 2.
Разброс результатов при испытании пластбетопа довольно значителен, однако во всех случаях прочность контрольных образной пластбетопа 28-суточного естественного хранения составляла от 400 до 600 кгс/см2.
Исследования выявили, что на ранней стадии замораживания образцов от 1 до 5 сут., твердение их происходит значительно медленнее, чем при положительных температурах, однако при последующем повышении температуры скорость нарастания прочности снова резко увеличивается. Наоборот, при наборе пластбетоном односуточной прочности при положительной температуре последующее замораживание резко тормозит дальнейшее нарастание прочности, хотя и в этом случае происходит некоторое увеличение прочности. Таким образом, при температуре среды до —10° С нарастание прочности пластбетона продолжается, хотя с весьма замедленной скоростью.
Влияние отрицательных температур на прочность пластбетона, отвердевшего в естественных условиях, проверялось па различных составах пластбетона, отличающихся количеством вяжущего, наличием фурфурола, интенсивностью уплотнения. Часть образцов, затвердевших при 20°С, помещалась в камеру для длительного выдерживания при средней температуре —8 - 10°С в течение 5 мес. и более, а часть — оставалась в качестве контрольных.
Испытания показали, что длительное замораживание пластбетона резко тормозит дальнейшее нарастание прочности образцов по сравнению с такими же образцами, твердевшими в условиях положительных температур. При этом с уменьшением начальной прочности влияние отрицательных температур на последующее твердение пластбетона увеличивается. Так при начальной прочности 610 кг/см2, замораживание в течение 5 мес. привело к уменьшению конечной прочности несколько -все 10% по с конечной прочностью контрольных образцов. Такое же замораживание образцов с начальной ниже 400 кг/см2 привело к снижению конечной точности с прочностью контрольных образцов vice чем па 25%.
Влияние отрицательных температур па водоустойчивость определяли при испытании образцов на с одновременной проверкой водопоглощение давлением воды 25 ты.
При механическом удалении верхней пленки с обеих отнятых поверхностен образцов толщиной 40 мм почти случаях наблюдалась фильтрация воды с вымыванием количества БС1. Разницы между образцов «мороженых» и «теплых» в этих опытах обнаружено не было. Наилучшие результаты показали образцы состава с фурфуролом. Кроме того, опыты выпили, что содержание БСК в количестве 25% от веса уже является избыточным п должно быть уменьшено, сходя из требования водонепроницаемости конструкции.
Для выявлении разницы в упруго-пластических свойствах пластбетона, выдержанного в условиях отрицательных температур на различной стадии твердении, проведены испытании образцов на приборе УМГП-3. На рис. 3 представлены кривые, показывающие, что замедление твердения пластбетопа под действием отрицательных температур резко снижает упругие свойства пластбетона.
Выводы
Твердение пластбетона не прекращается при отрицательной температуре до —10°С, хоти н происходит значительно медленнее, чем при положительных температурах.
Нарастание прочности пластбетона, отвердевшего при положительных температурах, в условиях отрицательных температур тормозится и, наоборот, замороженный пластбегон при последующем его оттаивании н храпении в тепле начинает набирать прочность.