Engineering Verification and Quality Evaluation of Underground Concrete Slipform Paving with Accelerator- Incorporated Side Support

Onder de grond, in de smalle, donkere gangen van kolenmijnen, is de vloer meer dan alleen maar een ondergrond; het is een cruciaal onderdeel van de infrastructuur. Deze wegen moeten het enorme gewicht van zware machines en het constante verkeer van voertuigen die kolen en voorraden vervoeren, kunnen dragen. Decennialang vertrouwde het bouwen van deze vloeren op handarbeid, een traag en fysiek veeleisend proces waarbij arbeiders het beton met de hand vormden. Het resultaat was vaak ongelijkmatig, en de kwaliteit hing sterk af van de vaardigheid en het uithoudingsvermogen van de ploeg. Om dit werk te moderniseren, hebben ingenieurs zich gericht op slipform paving (vibrerende betonbaanlegging), een methode waarbij een machine naar voren beweegt en continu nat beton giet en vormt tot een glad, solide pad. Deze techniek staat echter voor een hardnekkig probleem in de krappe, onregelmatige ruimtes van een mijn. Terwijl de machine het natte beton naar voren duwt, verliezen de zijkanten hun ondersteuning op het moment dat de mal passeert. Zonder een snelle manier om uit te harden, hebben de verse randen van het beton de neiging om in te zakken, te scheuren of naar binnen te storten, wat het gladde oppervlak en de structurele integriteit van de vloer ruïneert.

Onderzoekers van een groep uit de kolenindustrie en een universiteit in China zetten zich in om dit specifieke probleem van instortende randen op te lossen zonder de sterkte van de gehele vloer op te offeren. Ze ontwikkelden een slimme, tweeledige strategie voor het betonmengsel. In plaats van de hele vloer op dezelfde manier te behandelen, besloten ze de zijkanten anders te behandelen dan het midden. Ze stelden voor om een speciale vloeibare chemische stof, een accelerator genoemd, alleen toe te voegen aan de twee smalle stroken beton aan de randen. Deze chemische stof werkt als een versnelde knop voor de uithardingstijd van het beton, waardoor die zijstroken bijna onmiddellijk uitharden nadat ze zijn gegoten. Het brede, centrale gedeelte van de vloer, dat het meeste gewicht draagt, blijft een standaardmengsel dat op een normale snelheid uithardt. Deze aanpak heeft tot doel de randen de "staande prestatie" te geven die ze nodig hebben om hun vorm te behouden, terwijl de langetermijnsterkte van de hoofdrijweg wordt gewaarborgd.

Om te testen of dit idee in de echte wereld werkte, namen de onderzoekers hun apparatuur mee naar een actieve ondergrondse kolenmijn. Ze kalibreerden hun machines met nauwkeurige instellingen: de machine bewoog voort met een constante snelheid van 6,0 meter per minuut, terwijl een roterende schroef in de machine het beton rond 45 slagen per minuut doorwerkte. Ze brachten de accelerator toe aan de zijstroken, die 14 centimeter breed waren, met een dosering van 9 procent. Terwijl de machine naar voren bewoog, legde zij een continu pad van beton aan. De resultaten waren onmiddellijk en duidelijk. Waar de randen voorheen inzakkten en uit elkaar vielen, stonden ze nu stevig. De onderzoekers maten de zijkanten en ontdekten dat het beton nauwelijks bewoog; de gemiddelde zijdelingse vervorming was slechts 1 millimeter, een afstand die zo klein is dat het nauwelijks merkbaar is. De breedte van de voltooide vloer kwam perfect overeen met de mal van de machine, wat bewees dat de zijkanten standhielden tegen de druk van het natte beton in het midden.

Het team onderzocht ook de kwaliteit van het oppervlak. Ze voerden een drie meter lange rechte lat over de vloer om te controleren op oneffenheden en kuilen, en vonden een gemiddelde afstand van 4,6 millimeter, wat wijst op een zeer glad oppervlak. Om een nog gedetailleerder beeld te krijgen, gebruikten ze een hogeresolutie 3D-camera om de textuur van het beton te scannen. Het midden van de vloer was uitzonderlijk glad, met een vlakheid van 2,8 millimeter, terwijl de met accelerator behandelde zijkanten iets ruwer waren met 4,1 millimeter. Dit kleine verschil is logisch, aangezien de snelle uitharding van de zijkanten kleine oppervlakte-onregelmatigheden vastlegt voordat ze gladgestreken kunnen worden. Ondanks dit werd de kwaliteit van de zijkanten nog steeds als hoog beschouwd. De onderzoekers testten vervolgens de sterkte van het beton door monsters uit te snijden en te verbrijzelen. Het centrale beton was het sterkst, met een druksterkte van 43,637 megapascal. Het zijdelingse beton, dat met de accelerator was behandeld, was iets zwakker met 33,925 megapascal. Deze vermindering in sterkte is een bekende afruil bij het gebruik van hoge doses accelerators, maar het zijdelingse beton bleef sterk genoeg om de belastingen van de mijn te weerstaan.

De studie bevestigt dat deze samengestelde aanpak effectief werkt. Door de accelerator alleen te gebruiken waar deze het meest nodig is — de onstabiele randen — slaagden de ingenieurs erin om de instorting en vervorming te stoppen die normaal gesproken bij het ondergrondse plaveien voorkomen. Het centrale beton behoudt zijn volledige sterkte om de zware lasten te dragen, terwijl de versterkte zijkanten een stabiele grens bieden. Deze methode vereist geen volledige herziening van bestaande mijnbouwapparatuur; het houdt simpelweg in dat de mix en de snelheid van de machine worden aangepast. De bevindingen suggereren dat deze techniek een betrouwbaar pad biedt voor de mechanisatie van de constructie van mijnvloeren, waarbij een moeilijke, handmatige taak wordt omgezet in een continu, hoogwaardig proces dat voldoet aan de strenge eisen van moderne ondergrondse operaties.