I. Dobór odpowiednich składników betonu

1. Rodzaj konstrukcji - podszybie

2. Klasa wytrzymałości betonu - C16/20

3. Stężenie jonów wodorowych - pH = 7,8 [brak agresywności kwasowej]

4. Twardość węglanowa wody - 14,4 °n [woda twarda - nie stanowi zagrożenia]

5. Zawartość agresywnego CO₂ - 10 mg/dm³ [słaba agresywność węglanowa (la₁)]

6. Zawartość Mg²⁺ - 28,3 mg/dm³ [brak agresywności magnezowej]

7. Zawartość NH
- brak

8. Zawartość SO
- 1191 mg/dm³ [silna agresywność siarczanowa (ha)]

 

Po analizie charakteru chemicznego środowiska dochodzimy do wniosku, że mamy do czynienia z:

a) agresywnością węglanową - pojawia się w obecności rozpuszczanego w wodzie agresywnego dwutlenku węgla, w wyniku reakcji mogą powstać strefy:

- strefa zniszczenia

- strefa karbonatyzacji

- strefa ługowania

W przypadku dostępu do większej ilości CO₂ strefy te mogą ulec powiększeniu.

b) agresywnością siarczanowa - spowodowana obecnością jonów siarczanowych rozpuszczalnych w wodzie, w wyniku reakcji tych jonów ze składnikami betonu w porach betonu powstają sole, które zwiększają objętość i doprowadzają do rozsadzania betonu.

Wiedząc ze projektujemy beton dla podszybia i po analizie naszego środowiska proponujemy aby użyć cementu siarczanoodpornego (wg PN - B - 19705), jest to cement o dużej odporności na działanie siarczanów ( CEM I HSR ) klasy 32,5 (cement Portlandzki PN - B - 19705 CEM I HSR 32,5). Do betonów narażonych na działanie środowisk kwaśnych należy stosować kruszywa ze skał magmowych (bazalt, granit) i takie też zastosujemy (wg PN-86/B-06712) gdyż pozwalają one na pewien stopień ochrony OK 2 (odporność korozyjna 2-go stopnia) przed agresjami występującymi w naszych założeniach. Wybraliśmy kruszywo łamane. A woda zarobowa musi spełniać wymagania stawiane przez PN-767/B-06254. Dla podwyższenia wodoszczelności do W8 (0,8 MPa wytrzymałości na ciśnienie wody) stosujemy pyły lotne.

Dla dodatkowej ochrony przed silną agresywnością stosujemy:

- powłoki grubowarstwowe (np. kilka warstw papy)

- izolacje ciągłe z tworzyw sztucznych lub blach chemoodpornych

- powłoki zbrojone (laminaty)

- wykładziny i wymurówki chemoodporne (dodatkowa warstwa o odpowiedniej grubości i składzie)

II. Przyjęcie podstawowych rozwiązań gwarantujących wodoszczelność betonu

W celu uzyskania jak największą wodoszczelności stosujemy:

a) masę betonową o konsystencji gęstoplastycznej

b) wskaźnik cementowo-wodny <2,5 (wynika on też z normy mówiącej, iż dla betonów klasy mniejszej niż C40
< 2,5)

c) kruszywo o uziarnieniu zbliżonym do górnej normowej krzywej uziarnienia kruszywa betonu - przyjmujemy kruszywo łamane o
= 2,4 kg/dm³

d) domieszki uszczelniające

III. Obliczenia

Frakcja [mm]	ai [%]	bi [%]	K - 2	F
0	3	-	0,215	0,645
0,125	4	3	0,109	0,436
0,250	7	7	0,076	0,532
0,5	11	14	0,053	0,583
1	8	25	0,039	0,312
2	7	33	0,029	0,203
4	12	40	0,023	0,276
8	18	52	0,018	0,324
16	30	70	0,015	0,45
31,5	0	100	-	-
	100			3,761

• obliczenie współczynnika wodożądności

w
=
· 1,15

w
=
· 1,15 = 0,048 l/kg = 48 l/t

w
- współczynnik wodożądności kruszywa

- suma iloczynów wskaźników i udziałów procentowych poszczególnych frakcji kruszywa

- gęstość pozorna kruszywa naturalnego otoczakowego

- gęstość pozorna kruszywa użytego w projekcie

• obliczenie współczynnika cementowo-wodnego na podstawie warunku wytrzymałości

= A_i (

a )

= 1,3 · R

= 1,3 · 20 = 26 MPa

=
+ 0,5

=
+ 0,5 = 1,8 < 2,5

- średnia wytrzymałość na ściskanie przyjmowana do projektowania

R
- klasa betonu

1,3 - współczynnik bezpieczeństwa

A_i - współczynnik zależny od wytrzymałości cementu i rodzaju kruszywa

a - współczynnik zależny od jakości cementu (dla cementów powszechnego użytku a = 0,5)

- współczynnik cementowo-wodny

• obliczenie ilości wody, cementu i kruszywa na podstawie warunku szczelności i konsystencji

= 1,8

C = 1,8 · W

W = C · w
+ K · w

K =

K =
=
= 11,46 · W

W = (
) = 1000

W =

W = 157,3 l

C = 1,8 · W = 1,8 · 157,3 = 283,1 kg

K = 11,46 · W = 11,46 · 157,3 = 1802,7 kg

C - ilość cementu na 1 m³ mieszanki betonowej

w
- wodożądność cementu

W - ilość wody na 1 m³ mieszanki betonowe

K - ilość kruszywa na 1 m³ mieszanki betonowej

- gęstość cementu

- gęstość kruszywa

• sprawdzenie czy ilość zaprawy na 1 m³ mieszanki betonowej mieści się w granicach normowych

K_<2mm = PP · K = 0,33 · 1802,7 = 594,89 kg

K_<2mm - ilość kruszywa o frakcji mniejszej od 2 mm

PP - punkt piaskowy

IV. Technologia wykonania

Podszybie jest to zespół wyrobisk podziemnych, bezpośrednio przylegających do szybów. Jest to kompleks wyrobisk łączących wloty szybów z przekopem kierunkowym, przecznicą, lub chodnikiem podstawowym poziomu wydobywczego, dostosowanych do zadań funkcyjnych szybu (szybów). Na podszybiu zabudowane są urządzenia sygnalizacyjne, sterownicze i techniczne służące do załadunku urobku i rozładunku materiałów, wsiadania i wysiadania załogi.

Na podszybiu następuje zmiana kierunku transportu urobku z poziomego (w chodniku) na pionowy (w szybie).

Wykonanie obudowy obejmuje głównie:

a) dowóz materiału do wytwarzania betonu

b) wytwarzanie mieszaniny betonowej

c) ustawienie deskowania (szalunek)

d) odpowiednie betonowanie

e) pielęgnacja betonu

f) usuwania deskowania (szalunku) po stwardnieniu betonu

Przy podszybiu beton przygotowujemy w miejscu pracy lub w niedużej odległości od niego.

Mieszankę betonową wykonujemy przy podszybiu w urządzeniu mieszającym, które jest bardziej ekonomiczne i skuteczniejsze, umożliwiające nie tylko zmniejszenie pracochłonności robót betonowania, ale również uzyskanie przez beton wyższych parametrów wytrzymałościowych, ze względu na dokładniejsze wymieszanie składników wyjściowych. Mieszankę wykonujemy według schematu blokowego podanego poniżej i wg proporcji obliczonych w projekcie.

W naszym ciągu technologicznym kruszywo znajduje się na zwałowisku i jest dostarczane do zbiorników łopatą mechaniczną. Po uruchomieniu poszczególne dozowniki podają składniki oraz wodę wraz z domieszkami, dostarczane są do podajnika pneumatycznego bezpośrednio z mieszarki lub z zbiornika zsypowego.

Po ukończeniu betonowania konstrukcję należy pielęgnować poprzez systematyczne zraszanie jej wodą, chronienie przed działaniem zbyt niskich i zbyt wysokich temperatur (w zależności od przedziału temperaturowego, w jakim dany cement należy stosować). Po osiągnięciu wystarczającej wytrzymałości można usunąć szalunek.

Zgodnie z normą PN-85/B-2301 domieszką nazywamy dodatek odpowiedniej substancji w ilości nie przekraczającej 5% zawartości cementu.

W projekcie konstrukcji użyto następujących domieszek do betonu:

1. Domieszka uszczelniająca - ma za zadanie zmniejszyć nasiąkliwość betonu poprzez hydrofobizację systemu kapilar. Domieszki należące do tej grupy w wysokim stopniu poprawiają trwałość i odporność betonu na działanie środowiska agresywnego. Przykładem domieszki może być ASOLIN - DM

2. Domieszka opóźniająca wiązanie - Składnikami domieszek opóźniających wiązanie są fosforany, cukry, tlenki metali. Po zastosowaniu takich domieszek na powierzchni ziaren klinkieru cementowego tworzy się otoczka, która hamuje dostęp wody i blokuje powstanie zarodków krystalizacji, na których pojawiają się produkty hydratacji. Domieszki opóźniające stosuje się w wypadku dłuższego transportu betonu, by zapobiec rozpoczęciu procesu wiązania. Modyfikatory te dodane w ilości 0,2-2,0% w stosunku do ilości cementu, pozwalają zmniejszyć ilość wody zarobowej nawet o 10% i opóźnić czas wiązania od 3 do 24 godzin. Domieszki opóźniające wiązanie działają również uplastyczniająco. Przykładem takiej domieszki może być Letan VZ 33

SCHEMAT BLOKOWY

V. Wnioski

Mieszanka betonowa użyta do wykonania podszybia musi być tak zaprojektowana, aby beton, który powstanie po jej stwardnieniu był trwały i odporny na działanie agresywnego środowiska. Podszybie jest elementem łączącym chodnik z szybem, narażone jest zatem zarówno na agresję wód kopalnianych jak i zagrożenia z powierzchni. Bardzo istotna jest więc późniejsza konserwacja konstrukcji, aby wytrzymała jak najdłużej. Dla ochrony przed niszczącymi związkami chemicznymi zawartymi w powietrzu oraz w skałach, należy zapewnić możliwie najmniejsze wchłanianie wody i gazów atmosferycznych (zwłaszcza CO₂) podejmując odpowiednie środki. Dla ochrony, podszybie powinno zostać pokryte substancjami zmniejszającymi ilość wchłanianej wody przez beton, lub też zapewniającymi mniejszą chłonność gazów atmosferycznych.

Tak więc przed przystąpieniem do projektowania mieszanki betonowej powinniśmy dokładnie zbadać środowisko, w którym dana konstrukcja będzie pracować. Pozwoli nam to na odpowiednie dobranie składników betonu. Projektowanie jest funkcją odpowiedzialną. Bezpieczeństwo jest głównym kryterium oraz wyznacznikiem w projektowaniu wszelkich konstrukcji budowlanych, technicznych. Oczekiwania funkcjonalności oraz solidności naszego projektu są wysokie, dlatego aby taki projekt mógł powstać niezbędne jest nasze zaangażowanie w przyświecający nam cel.

Woda zarobowa (pozostała część)

Woda zarobowa (¾ ilości)

GOTOWY BETON

Mieszanie

(1 minuta)

Mieszanie

Mieszanie (2 min.)

Mieszanie na sucho (1 minuta)

DOMIESZKI

KRUSZYWO

CEMENT

MIESZALNIK

---