W budownictwie podziemnym w trakcie drążenia wyrobisk korytarzowych (górnictwo) lub
tuneli należy wykonać obudowę, która ma na celu :
- ochronę przed opadem i przemieszczaniem się skał do wyrobiska,
- utrzymanie założonych gabarytów przekroju poprzecznego wyrobiska w całym okresie jego
użytkowania, - przyjmowanie tak zewnętrznych jak i wewnętrznych obciążeń,
- zapobieganie rozluzowaniu, rozszczelnieniu i wietrzeniu otaczającego górotworu,
- zmniejszeniu oporów przepływającego w wyrobisku medium,
- zapewnieniu szczelności na kontakcie z górotworem (niedopuszczenie do wypływu gazów,
zamknięcie dopływu wody, izolację wyrobisk od ognisk pożarowych itd.).
Obecnie dla wyrobisk korytarzowych, komorowych lub tunelowych stosuje się kilka rodzajów
obudów : - stalowe łukowe,
- kotwiowe,
- mieszane o konstrukcji wynikającej z przyjętej technologii, warunków geologiczno-górniczych i
przeznaczenia obiektu np.: kotwiowo-betonowe, stalowo-betonowe, kotwiowo-podporowe, - segmentowe, tubingowe : betonowe, żelbetowe
- monolityczne : betonowe i żelbetowe,
- powłokowe z betonu natryskowego.
Poszczególne rodzaje obudów mogą występować w różnych układach w zależności od wymagań
konstrukcyjnych czy uwarunkowań wykonawczych. Na obecnym etapie rozwoju technologii robót
górniczych korytarzowych i tunelowych dużą skuteczność w oddziaływaniu na górotwór uzyskała
obudowa z betonu natryskowego.
Dla poprawy podporności obudowy powłokowej z betonu natryskowego może ona być stosowana
łącznie ze zbrojeniem rozproszonym – makro włóknami polimerowymi (fibrobeton). Atrakcyjność
wykonywania obudowy metodą natryskową została potwierdzona przy wykonywaniu obudów
ostatecznych zwłaszcza o skomplikowanym i zmiennym przekroju. Dzięki zastosowaniu dodatków
modyfikujących własności betonu natryskowego uzyskać można żądane walory obudów
powłokowych takie jak wysoka przyczepność, krótki czas wiązania mieszanki betonowej, wysoka
wytrzymałość (niska wartość w/c – wskaźnika wodno-cementowego). Tworzywa konstrukcyjne z
modyfikowanych betonów natryskowych w polskim górnictwie są obecnie głównie stosowane do
interwencyjnych napraw i zabezpieczenia intensywnie eksploatowanych lub awaryjnie uszkodzonych
obiektów. Sporadycznie modyfikowane betony natryskowe znalazły zastosowanie jako samodzielna
obudowa powłokowa.
Zastosowanie betonu natryskowego w połączeniu z innymi rodzajami obudów i zabiegów
technologicznych pozwala na uzyskanie przez obudowę wymaganej nośności.
Obudowa (przekopów, sztolni, szybów, wyrobisk komorowych, tuneli, zbiorników podziemnych itp.)
musi cechować się wysokim stopniem bezpieczeństwa, trwałości niemal nieograniczonej,
wodoszczelności, małej nasiąkliwości, odporności korozyjnej i w wielu przypadkach odporności
ogniowej, a co najważniejsze bardzo szybkim osiągnięciem dużej wytrzymałości, pozwalając w
krótkim okresie czasu zabezpieczyć odsłonięty górotwór. Takim tworzywem jest na pewno beton
natryskowy z makro zbrojeniem włóknami polimerowymi (fibrobeton), który poprzez dobór
podstawowych składników (dodatków, domieszek) można wybitnie udoskonalić. Beton natryskowy
zbrojony włóknem o właściwie dobranym składzie – dostosowanym do warunków eksploatacji –
cechuje się odpowiednią jakością, a szczególnie wytrzymałością na zginanie, ścinanie, ścieranie,
zmęczenie, docisk miejscowy, ściskanie wielokierunkowe oraz podwyższoną odkształcalnością do
momentu zarysowania, odpornością na uderzenia oraz obniżonym skurczem. Beton natryskowy
zbrojony makro włóknami jest jednorodny, ma tę samą wytrzymałość we wszystkich kierunkach. W
przeciwieństwie do betonu zwykłego, który jest kruchy, staje się elasto-plastycznym. Beton zwykły po
pojawieniu się pęknięcia traci swoją odporność na obciążenia i ulega zniszczeniu. Beton zbrojony
włóknem natomiast po przekroczeniu obciążenia, powodującego pojawienie się pierwszej rysy ma
nadal dużą wytrzymałość i cechy materiału elasto-plastycznego.
W budownictwie podziemnym beton natryskowy był najczęściej związany z wykonywaniem betonu w
postaci konstrukcji wzmacnianej zbrojeniem stalowym składającym się z siatek z prętów stalowych.
Zbrojenie to zastępuje się obecnie coraz częściej zbrojeniem rozproszonym z włókien. Beton
natryskowy zbrojony włóknem charakteryzuje się zwiększoną odpornością na powstawanie rys i
spękań (stosowany jest w przypadkach wymaganej wysokiej wytrzymałości, trwałości lub odporności
na ścieranie).
Badania betonu natryskowego z makro zbrojeniem pokazało, że jest to tworzywo o wysokiej
wytrzymałości, użycie zbrojenia rozproszonego zapobiegało w sposób radykalny niszczeniu
tradycyjnie stosowanego „torkretu”. W wyniku tego beton natryskowy z makro zbrojeniem (zwany
„fibrobetonem”) oprócz funkcji izolacyjnej zapobiega odprężaniu się skał, spełniając tym samym
funkcję obudowy. Kilkunastoletnie doświadczenie pokazało, że celowym jest stosowanie betonu
natryskowego w budownictwie podziemnym do następujących celów :
jako obudowa powłokowa wyrobisk kapitalnych, wykonana metodą mokrej i suchej mieszanki,
w dwóch wariantach:
- obudowa wstępna i warstwa izolacyjna wykonana za postępem przodka (bez obudowy
kotwiowej lub w połączeniu z obudową kotwiową), - obudowa ostateczna wykonywana w dalszej odległości od przodka o grubości zgodnie z
wymogami technicznymi. - jako wzmocnienie istniejącej już obudowy,
- jako trudnościeralny materiał wykonany metodą natrysku w zbiornikach podziemnych itp.
Badania potwierdziły, że dzięki stosowanej technologii układania beton natryskowy z makro
zbrojeniem (zbrojeniem rozproszonym) jest doskonałym materiałem konstrukcyjnym, nadającym się
dla budownictwa podziemnego przede wszystkim tam gdzie jest wymagana duża wytrzymałość na
ściskanie i zginanie, trwałość i wodoszczelność.
Specyfikacje i normy określające zasady wykonania i badania betonu natryskowego.
Beton natryskowy w górnictwie i budownictwie podziemnym dotychczas wykonywano na podstawie
Polskiej Normy PN-G-14100 Podziemne wyrobiska korytarzowe i komorowe. Beton natryskowy-
wymagania i badania. Norma ta w grudniu 1997 roku zastąpiła normę BN-07/0434-06. Beton
natryskowy, wykonywano w wielu dziedzinach gospodarki w oparciu o instrukcje urządzeń do
natrysku, ogólne normy betonowe i Instrukcję ITB 299/1991 „Wykonywanie betonu natryskowego”.
Po za granicami Polski wykonanie i badanie betonu natryskowego określała Europejska Specyfikacja
dla Betonu Natryskowego wydana przez EFNARC w 1996r.. W 2006r. wprowadzono dwuczęściową
normę PN-EN 14487-1:2006 Beton natryskowy cz. 1: Definicje, wymagania i zgodność oraz PN-EN
14487-2:2006 Beton natryskowy cz. 2: Wykonywanie . Powyższa norma uzupełniona została
siedmioelementową normą PN-EN 14488-1÷7 dotyczącą badania betonu natryskowego.
Uzupełnieniem powyższych norm są normy PN-EN 14889-1 z listopada 2007
– Włókna do betonu, Część 1 Włókna stalowe, definicje, wymagania i zgodność; PN-EN 14889-2 z
listopada 2007 – Włókna do betonu, Część 2 Włókna polimerowe, definicje, wymagania i zgodność.
Podsumowując:
Beton natryskowy zbrojony włóknem (makro zbrojeniem) jest jednorodny, ma tę samą wytrzymałość
we wszystkich kierunkach w przeciwieństwie do betonu zwykłego, który jest kruchy. Podstawowym
celem tworzenia fibrobetonów jest zwiększenie odporności materiałów na pękanie. W celu
zatrzymania propagacji rys wprowadza się zbrojenie w postaci makro włókien. Fibrobeton po
zarysowaniu matrycy może przenieść jeszcze znaczne obciążenia rozciągające. Rysy nie propagują się
swobodnie, są zatrzymywane przez włókna. Długie makro włókna, rozproszone w kompozycie
istotnie zwiększają wytrzymałość na rozciąganie. Stosując włókna można w znacznej mierze
kształtować zachowanie materiału i uzyskiwać rozmaite wykresy obciążenie – ugięcie, stosownie do
potrzeby. Kompozyty o matrycach betonopodobnych są zbrojone przeważnie włóknami: stalowymi,
szklanymi, polimerowymi, a także pochodzenia organicznego.
Zastosowanie zbrojenia rozproszonego czyni z betonu materiał jednorodny, posiadający tę samą
wytrzymałość we wszystkich kierunkach. W przeciwieństwie do betonu zwykłego, który jest
materiałem kruchym, beton ze zbrojeniem rozproszonym (polimerowym) staje się materiałem
sprężysto-plastycznym. Beton zwykły po pojawieniu się pęknięcia traci swoją odporność na
obciążenia i ulega zniszczeniu. Beton zbrojony włóknem natomiast po przekroczeniu obciążenia,
powodującego pojawienie się pierwszej rysy ma nadal dużą wytrzymałość i cechy materiału elasto-
plastycznego. W celu określenia odpowiednich parametrów mieszanek betonu natryskowego należy
wykonać badania porównawcze betonów bez zbrojenia rozproszonego oraz betonów ze zbrojeniem
rozproszonym polimerowym (makro włókien). Badania mieszanek muszą pozwolić na
przyporządkowanie ich do odpowiedniej klasy absorpcji energii (klasy absorpcji energii E500, E700 i
E1000 odpowiadające wielkości energii w dżulach przy ugięciu płyty o 25 mm, oznaczonej badaniem
wg. PN- EN-14488-5):
W trakcie badań należy zwrócić uwagę na możliwość stosowania betonu natryskowego metodą na
sucho oraz na mokro.
Beton natryskowy musi spełniać wymagania normowe: PN-G- 14100, PN-EN-14487, PN-EN- 14488.
Badania wytrzymałościowe muszą być przeprowadzone porównawczo na betonach posiadających
zbrojenie rozproszone oraz na betonach natryskowych tradycyjnych (bez zbrojenia rozproszonego).
Beton natryskowy zbrojony włóknami (zbrojenie rozproszone) należy wykonać zgodnie z normą PN-
EN-14889:
- włókna stalowe PN-EN-14889-1,
- włókna polimerowe PN-EN-14889-2.
Do badań muszą być użyte włókna posiadające zaliczenie zgodnie z normą do włókien
konstrukcyjnych, w trakcie badań należy ustalić ilość włókien w m3 mieszanki betonowej pozwalające
osiągnąć maksymalny efekt zbrojenia.
Badania betonu natryskowego muszą spełniać wymagania normowe – zgodnie z normą PN-EN-
14488-1÷7 oraz wytycznymi EFNARC dotyczącymi betonów natryskowych ze szczególnym
uwzględnieniem panel testu (PN-EN-14488-5 klasy absorpcji energii), zginania belki oraz badania
wytrzymałości na ścinanie. Badania betonu natryskowego zbrojonego włóknami pozwolą określić
optymalny jego skład, rodzaj włókien, ich ilość, sposób torkretowania (na sucho, na mokro). Wyniki
badań dadzą odpowiedź na możliwość zastosowania betonu natryskowego zbrojonego włóknami
jako: - obudowę tymczasową,
- obudowę ostateczną,
- wzmocnienie obudowy istniejącej.
Wielokrotnie przeprowadzane badania porównawcze betonu natryskowego dały możliwość
pokazania wysokich parametrów wytrzymałościowych betonu zbrojonego włóknami. Beton
natryskowy ze zbrojeniem rozproszonym to materiał konstrukcyjny pozwalający w efektywny sposób
wzmocnić obudowę wyrobisk korytarzowych zależnie od klasy absorpcji energii. Badania
potwierdziły, że dzięki stosowanej technologii układania beton natryskowy z makro zbrojeniem
(zbrojeniem rozproszonym) jest doskonałym materiałem konstrukcyjnym, nadającym się dla
budownictwa podziemnego przede wszystkim tam gdzie jest wymagana duża wytrzymałość na
zginanie, rozciąganie, ściskanie, trwałość i wodoszczelność.
Należy pamiętać, że beton natryskowy ze zbrojeniem rozproszonym posiada cechy materiału elasto-
plastycznego (przeprowadzone badania wykazały, że beton zwykły po pojawieniu się pierwszego
pęknięcia traci swą odporność na obciążenia i ulega zniszczeniu, beton zbrojony włóknem natomiast
po przekroczeniu obciążenia powodującego pojawienie się pierwszej rysy nadal wykazuje dużą
wytrzymałość czyli w dalszym ciągu jest zdolny do przenoszenia obciążeń górotworu), nie jest
materiałem kruchym co daje nam duże możliwości projektowe przy drążeniu nowych wyrobisk jak i
przy wzmacnianiu obudowy wyrobisk już istniejących.
Jak już wcześniej wspomniano tworzywa konstrukcyjne z modyfikowanych betonów natryskowych
zawierające zbrojenie rozproszone w postaci makro włókien polimerowych w polskim górnictwie są
obecnie głównie stosowane do interwencyjnych napraw i zabezpieczenia intensywnie
eksploatowanych lub awaryjnie uszkodzonych obiektów (np. skorodowana obudowa stalowa,
uszkodzone obudowy betonowe podziemnych zbiorników oraz obudowy szybów). Sporadycznie
modyfikowane betony natryskowe znalazły zastosowanie jako samodzielna obudowa powłokowa,
powyższa sytuacja ulega jednak stopniowej zmianie.
W budownictwie podziemnym (górnictwo – wyrobiska korytarzowe, wyrobiska komorowe, szyby,
wloty szybowe, zbiorniki podziemne oraz tunele) obudowy wymagają dużej odporności na otaczające
agresywne środowisko – woda, gazy. Powyższą odporność w porównaniu do zbrojenia stalowego
stanowią makro włókna polimerowe.
Szczególnie polecamy makro włókna dwukomponentowe typu CONCRIX ES oraz CONCRIX HS 35.
Rodzaje włókien:
CONCRIX ES 50
CONCRIX HS 35
Odkrywajmy razem przyszłość górnictwa, gdzie nowoczesne technologie stanowią klucz do bezpieczeństwa, efektywności i zrównoważonego rozwoju. Przygotujmy się na nowy etap w historii wydobycia surowców! 💡⛏️ #NowoczesneTechnologie #GórnictwoPrzyszłości #InnowacjeGórnicze
