Вяжущие вещества и растворы

Естественные или искусственные материалы, которые после затворения водой или введения отвердителя образуют пластичное тесто, постепенно затвердевающее и служащее для связи в одно целое каменных материалов, принято называть вяжущими материалами (или просто вяжущими). Наиболее распространенным вяжущим для возведения горной крепи является цемент. При затворении цемента водой образуется цементное тесто. После схватывания цементного теста наступает период твердения, в течение которого механическая прочность образовавшегося цементного камня постепенно нарастает. Наилучшие условия твердения обеспечиваются во влажной среде при температуре от 15 до 20° С. При температуре менее 5° С скорость схватывания и твердения значительно снижается, а при 0° С схватывание прекращается.
В горном деле и строительстве широкое распространение получил портландцемент (силикатный цемент) марок 300, 400, 500 и 600. Марка цемента характеризует предел прочности при сжатии (МПа), который соответственно равен 30, 40, 50 и 60 образцов, изготовленных из раствора состава 1:3 (по объему: одна часть цемента и три части песка) при водоцементном отношении В:Ц=0,4. Образцы размером 40х40х160 мм испытывают через 28 сут на изгиб и сжатие. У обычного портландцемента начало схватывания должно наступать не ранее чем через 45 мин и заканчиваться не позднее чем через 12 ч с момента затворения. Для сокращения срока схватывания в цемент добавляют 1,5—5% (по массе) хлористого кальция. В настоящее время выпускают также быстросхватывающийся цемент.
При агрессивных шахтных водах применяют специальные цементы: глиноземистый, шлаковый портландцемент и др.
Растворы, применяемые в качестве крепежного материала, представляют собой правильно подобранные смеси, состоящие из цемента, песка и воды. Растворы применяют в пластичном состоянии при каменной кладке, торкретировании стенок выработки, тампонировании пустот за крепью, для закрепления металлических стержней в горной породе для подвески труб, при анкерной, железобетонной крепи и др.
Для каменной кладки применяют растворы прочностью 10, 7,5 и 5 (МПа). Приближенно марка раствора может определяться по формуле

где Rр — прочность раствора; Rц — прочность цемента; n — число объемных частей песка на одну объемную часть цемента.
При небольшом объеме работ раствор готовят вручную, а при значительных объемах — в растворосмесителях. Готовят также сухие смеси с гидрофобными добавками, которые даже без специальной упаковки сохраняют свои свойства длительное время (до затворения водой), т. е. хранятся без комкования и потери активности.
Полимерные или пластрастворы состоят из вяжущего, отвердителя, наполнителя, замедлителя и пластификатора. Пластрастворы могут применяться для упрочнения песков, трещиноватых пород, при анкерной крепи. В качестве наполнителя можно использовать песок, а в качестве вяжущего — синтетические смолы. В зависимости от вида смолы отвердителями служат соляная или щавелевая кислоты, хлористый аммоний и др. Полимерные растворы на геологоразведочных работах получили пока небольшое распространение. Их применяют для изготовления стеклопластика, используемого в качестве затяжки при креплении шурфов круглого сечения.

---