Engineering Verification and Quality Evaluation of Underground Concrete Slipform Paving with Accelerator- Incorporated Side Support
本研究验证了一种用于地下道路的新型复合滑模铺筑策略，该策略通过在侧边条上使用局部无碱促凝剂以防止边缘塌陷和变形，并通过优化的操作参数实现了高表面平整度和机械强度。
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在地下深处，在煤矿狭窄黑暗的通道中，地面不仅仅是地面，它是一项关键的基础设施。这些道路必须支撑重型机械的巨大重量以及运输煤炭和物资的车辆的持续往来。几十年来，建造这些地面一直依赖于体力劳动，这是一个缓慢且对体力要求极高的过程，工人需要手工塑造混凝土。其结果往往不平整，且质量高度取决于施工队伍的技能和耐力。为了使这项工作现代化，工程师们转向了滑模铺筑技术，这是一种机器向前移动，连续浇注并塑造湿混凝土以形成平整坚实路径的方法。然而，这项技术在矿井狭窄且不平整的空间内面临着一个棘手的难题。当机器将湿混凝土向前推进时，一旦模具经过，两侧就会失去支撑。如果没有快速硬化的手段，新鲜的混凝土边缘往往会发生塌陷、开裂或向内坍塌，从而破坏平整的表面和地面的结构完整性。
来自一个煤炭行业团体和中国一所大学的研究人员致力于解决这个关于边缘塌陷的具体问题，同时又不牺牲整个地面的强度。他们为混凝土混合物开发了一种巧妙的两部分策略。他们并没有对整个地面进行统一处理，而是决定对边缘进行与中心不同的处理。他们提议仅在两侧两条狭窄的混凝土条上添加一种特殊的液体化学物质，即促凝剂。这种化学物质就像是混凝土凝固时间的“快进键”，使侧边的混凝土在浇筑后几乎立即硬化。而承载重量最大的宽阔中央部分则保持标准混合物，以正常速度硬化。这种方法旨在赋予边缘所需的“站立性能”以保持形状，同时保留主路道的长期强度。
为了测试这个想法在现实世界中是否有效，团队带着他们的设备进入了一座活跃的地下煤矿。他们对机器进行了精确设置的校准：机器以每分钟 6.0 米的稳定速度向前移动，而机器内部的一个旋转螺旋杆以每分钟 45 转的速度搅拌混凝土。他们以 9% 的剂量将促凝剂应用于 14 厘米宽的侧边条。随着机器移动，它铺设出一条连续的混凝土路径。结果立竿见影且非常清晰。在以前边缘会塌陷和破碎的地方，现在它们站立得非常稳固。研究人员测量了侧边，发现混凝土几乎没有发生位移；平均侧向变形仅为 1 毫米，这是一个微小到几乎察觉不到的距离。成品地面的宽度与机器模具完美契合，证明了侧边能够抵御中间湿混凝土的压力，守住阵地。
团队还检查了表面的质量。他们使用一把三米长的直尺在地面上横向测量以检查凸起和凹陷，发现平均间隙为 4.6 毫米，这表明表面非常平整。为了进行更详细的观察，他们使用高分辨率 3D 相机扫描了混凝土的纹理。地面中心异常平滑，平整度为 2.8 毫米，而经过促凝剂处理的侧边略显粗糙，为 4.1 毫米。这种细微的差异是可以理解的，因为侧边快速硬化的过程会在表面平整之前锁定了微小的表面不规则性。尽管如此，侧边仍被认为具有高质量。研究人员随后通过切割样本并进行压力测试来测试混凝土的强度。中心混凝土最强，抗压强度为 43.637 兆帕。由于使用了促凝剂，侧边混凝土的强度略低，为 33.925 兆帕。这种强度的降低是使用高剂量促凝剂时已知的权衡结果，但侧边混凝土仍然足够强壮，能够承受矿井的负荷。
该研究证实了这种复合方法行之有效。通过仅在最需要的地方——不稳定的边缘——使用促凝剂，工程师们成功阻止了通常困扰地下铺筑的塌陷和变形问题。中央混凝土保留了其承载重载的全部强度，而加固的侧边则提供了稳定的边界。这种方法不需要对现有的采矿设备进行彻底改造；它只需调整混合物和机器的速度。研究结果表明，这种技术为实现矿井地面建设的机械化提供了一条可靠的途径，将一项困难的手工任务转变为一个能够满足现代地下作业严苛要求的连续、高质量的过程。
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