constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2025-122-6-123-133construction-995Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИCONSTRUCTION MATERIALS AND TECHNOLOGIESИзучение эксплуатационных свойств модифицированного бетона на основе полидисперсного вяжущего для гидромелиоративного строительстваStudy of performance properties of modified concrete based on polydispersed binding agent for water reclamation constructionТкачЕ. В.TkachE. V.

Ткач Евгения Владимировна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры градостроительства

 

Tkach Evgeniya Vl., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Professor in the Department of Urban Planning

Moscow

ev_tkach@mail.ruФилимоноваЮ. С.FilimonovaYu. S.

Филимонова Юлия Сергеевна, канд. техн. наук, доцент кафедры промышленного и гражданского и подземного строительства

г. Москва

Filimonova Yulia S., PhD in Engineering Sciences, Associate Professor in the Department of Industrial, Civil, and Underground Construction

Moscow

JuliaS06@mail.ruЧерныхА. А.ChernykhA. A.

Черных Александра Александровна, Россия, студент группы 4-81 кафедры градостроительства

г. Москва

Chernykh Alexandra A., Student in Group 4-81 in the Department of Urban Planning

Moscow

ChernyhAA@gic.mgsu.ruФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»National Research Moscow State University of Civil EngineeringФГАОУ ВО «Московский политехнический университет»Moscow Polytechnic University20251512202506123133Copyright © Ткач Е.В., Филимонова Ю.С., Черных А.А., 20252025Ткач Е.В., Филимонова Ю.С., Черных А.А.Tkach E.V., Filimonova Y.S., Chernykh A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://construction.elpub.ru/jour/article/view/995

Для создания эффективных условий использования мелиорируемых земель и их плодородия необходимо обеспечить строительство и эксплуатацию разветвленной системы оросительных систем (лотков) с высокой степенью долговечности и надежности на протяжении всего периода эксплуатации. В рамках данных исследований рассматриваются вопросы, связанные с повышением эксплуатационных характеристик модифицированного тяжелого бетона, работающего в суровых условиях эксплуатации. Целью исследования является установление возможности управления зерновым составом цементного вяжущего, модифицированного комплексным модификатором (суперпластификатор +полимер + микрокремнезем) за счет формирования пространственно-армированной мелкокристаллической структуры цементной матрицы с максимально плотной упаковкой, которая сохраняется во времени. Наличие в комплексном модификаторе микрокремнезёмистого компонента способствует протеканию пуццолановой реакции с образованием химически стойких низкоосновных гидросиликатов кальция, что положительно влияет на коррозионную стойкость бетона. Объект исследования: тяжелый бетон на основе полидисперсного вяжущего с комплексным модификатором (суперпластификатор + полимер + микрокремнезем), армированный базальтовым волокном для гидромелиоративного строительства, в частности лотков оросительных систем. В работе использованы следующие методы исследования: лазерной гранулометрии, рентгенофазового, электронно-микроскопического и химического анализов; в целях формирования плотных упаковок тонкодисперсных фракций клинкерного компонента применялся метод математической обработки полученных экспериментальных данных. Результаты исследований: получены новые данные, дополняющие теоретические представления о процессе структурообразования тяжелого бетона на основе полидисперсного вяжущего с управляемым зерновым составом совместно с комплексным модификатором и армированным базальтовым волокном. Разработан состав и технологические решения получения эффективного тяжелого бетона для гидромелиоративного строительства с повышенными эксплуатационными характеристиками: предел прочности на сжатие – 77,3 МПа; предел прочности на растяжение при изгибе – 8,62 МПа; водопоглощение – 1,9%; марка по водонепроницаемости – W14; морозостойкость F1=600, повышенная стойкость к агрессивным средам.

To effectively utilize reclaimed land and maintain its fertility, it is necessary to ensure the construction and operation of a comprehensive irrigation system (troughs) with a high degree of durability and reliability throughout the entire service life. This research examines issues related to improving the performance of modified heavy-duty concrete operating under harsh conditions. The objective of this study is to establish the feasibility of controlling the grain size distribution of a cement binder modified with a complex modifier (superplasticizer + polymer + microsilica) by forming a spatially reinforced, fine-crystalline structure of the cement matrix with the highest possible packing density, which is maintained over time. The presence of a microsilica component in the complex modifier promotes a pozzolanic reaction with the formation of chemically stable, low-basic calcium hydrosilicates, which positively impacts the corrosion resistance of concrete. Object of study: heavy-duty concrete based on a polydisperse binder with a complex modifier (superplasticizer + polymer + microsilica), reinforced with basalt fiber for irrigation and drainage construction, specifically irrigation system trays. The following research methods were used in the study: laser granulometry, X-ray phase analysis, electron microscopy, and chemical analysis. Mathematical processing of the obtained experimental data was used to form dense packings of finely dispersed fractions of the clinker component. Research results: new data were obtained that complement theoretical understanding of the structure formation process of heavyduty concrete based on a polydisperse binder with a controlled grain size distribution, combined with a complex modifier and reinforced with basalt fiber. A composition and technological solutions have been developed for producing effective heavy concrete for irrigation and drainage construction with improved performance characteristics: compressive strength – 77.3 MPa; tensile strength in bending – 8.62 MPa; water absorption – 1.9%; water resistance grade – W14; frost resistance F1=600, increased resistance to aggressive environments. 

гидромелиоративное строительствополидисперсное вяжущеекомплексный модификаторкоррозионная стойкостьirrigation and drainage constructionpolydisperse bindercomplex modifiercorrosion resistanceReferencesХозин В.Г., Абдрахманова Л.А., Низамов Р.К. Разработка строительных материалов на основе поливинилхлорида и эпоксидных полимеров, Строительные материалы. 2024. № 11. С. 55-62Khozin V.G., Abdrakhmanova L.A., Nizamov R.K. Razrabotka stroitel'nykh materialov na os-nove polivinilkhlorida i epoksidnykh polimerov, Stroitel'nyye materialy. 2024. № 11. S. 55-62Mukhametrakhimov R.Kh., Garafiev A.M., Aleksandrova O.V., Bulgakov B.I. Structure and properties of modified shungite concrete during electrode heating, //Construction Materials and Products. 2023. 6 (6). 1. DOI: 10.58224/2618-7183-2023-6-6-1Mukhametrakhimov R.Kh., Garafiev A.M., Aleksandrova O.V., Bulgakov B.I. Structure and properties of modified shungite concrete during electrode heating, //Construction Materials and Products. 2023. 6 (6). 1. DOI: 10.58224/2618-7183-2023-6-6-1Mukhametrakhimov R.Kh., Lukmanova L.V. Structure and properties of mortar printed on a 3D printer, // Magazine of Civil Engineering. 2021, 102. 10206. DOI: 10.34910/MCE.102.6Mukhametrakhimov R.Kh., Lukmanova L.V. Structure and properties of mortar printed on a 3D printer, // Magazine of Civil Engineering. 2021, 102. 10206. DOI: 10.34910/MCE.102.6Asmatulayev B., Asmatulayev R., Asmatulayev N., Bakirbayeva A., Construction of Durable Roadsrom Rolled Concrete Based on Belite Slag Cement And Binders //International Journal of GEOMATE, Vol. 24, Issue 104, 2023, pp.27-35.Asmatulayev B., Asmatulayev R., Asmatulayev N., Bakirbayeva A., Construction of Durable Roadsrom Rolled Concrete Based on Belite Slag Cement And Binders //International Journal of GEOMATE, Vol. 24, Issue 104, 2023, pp.27-35.Es-samlali L., Yassine El Haloui, Fahd Oudrhiri-Hassani, Abdelmonaim Tlidi, & Abderrahman Bekri, Natural Aggregate Substitution by Steel Slag Waste for Concrete Manufacturing, //International Journal of GEOMATE, Vol. 26, Issue 115, pp. 61–72.Es-samlali L., Yassine El Haloui, Fahd Oudrhiri-Hassani, Abdelmonaim Tlidi, & Abderrahman Bekri, Natural Aggregate Substitution by Steel Slag Waste for Concrete Manufacturing, //International Journal of GEOMATE, Vol. 26, Issue 115, pp. 61–72.Bulgakov, B.I., Nguyen, V.Q.D., Aleksandrova, A.V., Larsen, O.A., Galtseva, N.A. High-performance concrete produced with locally available materials. //Magazine of Civil Engineering. 2023. Magazine of Civil Engineering. 117(1). Article no. 11702. DOI: 10.34910/MCE.117.2Bulgakov, B.I., Nguyen, V.Q.D., Aleksandrova, A.V., Larsen, O.A., Galtseva, N.A. High-performance concrete produced with locally available materials // Magazine of Civil Engineering. 2023. Maga-zine of Civil Engineering. 117(1). Article no. 11702. DOI: 10.34910/MCE.117.2Ларсен О.А., Наруть В.В., Бахрах А.М. Пуццолановая активность минеральных добавок для гидротехнических бетонов // Техника и технология силикатов. 2022. Т. 29. No3. С. 250 – 260.Larsen O.A., Narut' V.V., Bakhrakh A.M. Putstsolanovaya aktivnost' mineral'nykh dobavok dlya gidrotekhnicheskikh betonov // Tekhnika i tekhnologiya silikatov. 2022. T. 29. No3. S. 250 – 260.Nguyen Binh Ha, Le Ba Danh, Pham Duy Hoa, & Nguyen Ngoc Tuyen, Research on the Application of Geopolymer Concrete for Prestressed Girder Structures of Bridges Towards Sustainable Development, // International Journal of GEOMATE, Vol. 25, Issue 110, 2023, pp. 21–28.Nguyen Binh Ha, Le Ba Danh, Pham Duy Hoa, & Nguyen Ngoc Tuyen, Research on the Applica-tion of Geopolymer Concrete for Prestressed Girder Structures of Bridges Towards Sustainable Development, // International Journal of GEOMATE, Vol. 25, Issue 110, 2023, pp. 21–28.Lam T.Q.K, Do T.M.D, Ngo V.T, Nguyen T.C. Increased plasticity of nano concrete with steel fibers // Magazine of civil engineering. 2020. № 1 (93). С. 27-34.Lam T.Q.K, Do T.M.D, Ngo V.T, Nguyen T.C. Increased plasticity of nano concrete with steel fibers // Magazine of civil engineering. 2020. № 1 (93). S. 27-34.Teramoto A., Maruyama I., Mitani Y. Influence of silica fume additive and temperature history on the volume change of ultra-high-strength cement paste and concrete // Advances in civil engineering materials. 2019. № 3. С. 153-172.Teramoto A., Maruyama I., Mitani Y. Influence of silica fume additive and temperature history on the volume change of ultra-high-strength cement paste and concrete // Advances in civil engineering materials. 2019. № 3. S. 153-172.Kherraf L., Abdelouehed A., Belachia M., Hebhoub H. Effects of the incorporation of combined additions in cement on the properties of concretes // International review of civil engineering. 2018. № 1(9). С. 31-39.Kherraf L., Abdelouehed A., Belachia M., Hebhoub H. Effects of the incorporation of combined additions in cement on the properties of concretes // International review of civil engineering. 2018. № 1(9). S. 31-39.Урханова Л.А., Иванов А.И., Лхасаранов С.А. Hydraulic Engineering concrete based on a Composite Binder using dispersed perlite and a colloidal additive// International Journal for Computational Civil and Structural Engineering/ 2025/ Issue 1. Volume 21. PP. 69-78.Urkhanova L.A., Ivanov A.I., Lkhasaranov S.A. Hydraulic Engineering concrete based on a Composite Binder using dispersed perlite and a colloidal additive// International Journal for Computational Civ-il and Structural Engineering/ 2025/ Issue 1. Volume 21. PP. 69-78.Урханова Л.А. Saidova, Z.; Yakovlev, G.; Orbán, Z.; Grakhov, V. Cement Compositions Modified with Dispersed Magnesium Silicate Dihydrate- and Carbon-Based Additives // Construction Materials. – 2022. №2. РР. 101113. https://doi.org/10.3390/constrmater2020008.Urkhanova L.A. Saidova, Z.; Yakovlev, G.; Orbán, Z.; Grakhov, V. Cement Compositions Modi-fied with Dispersed Magnesium Silicate Dihydrate- and Carbon-Based Additives // Construction Materials. – 2022. №2. RR. 101-113. https://doi.org/10.3390/constrmater2020008Танг Л.В., Нгуен З.Ч., Булгаков Б.И., Александрова О.В. Строительные материалы с низким углеродным следом с использованием промышленных отходов //Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2025. т. 17. № 1. с. 83-94Tang L.V., Nguyen Z.CH., Bulgakov B.I., Aleksandrova O.V. Stroitel'nyye materialy s nizkim uglerodnym sledom s ispol'zovaniyem promyshlennykh otkhodov //Nanotekhnologii v stroitel'stve: nauchnyy internetzhurnal. 2025. t. 17. № 1. s. 83-94Fediuk R., Makarova N., Qader D.N., Petropavlovskaya V., Novichencova T., Sulman M., Petropavlovskii K. Combined effect on properties and durability performance of nanomodified basalt fiber blended with bottom ash-based cement concrete: ANOVA evaluation // Journal of Materials Research and Technology, 2023, 23, C. 2642–2657. DOI10.1016/j.jmrt.2023.01.179Fediuk R., Makarova N., Qader D.N., Petropavlovskaya V., Novichencova T., Sulman M., Petropavlovskii K. Combined effect on properties and durability performance of nanomodified basalt fiber blended with bottom ash-based cement concrete: ANOVA evaluation // Journal of Materials Research and Technology, 2023, 23, C. 2642–2657. DOI10.1016/j.jmrt.2023.01.179Fediuk R., Makarova N., Kozin A., Petropavlovskaya V., Novichencova T., Sulman M., Petropavlovskii K. Nanomodified Basalt Fiber Cement Composite with Bottom Ash // Journal of Composites Science, 2023, 7(3), 96. DOI10.3390/jcs7030096Fediuk R., Makarova N., Kozin A., Petropavlovskaya V., Novichencova T., Sulman M., Petropavlovskii K. Nanomodified Basalt Fiber Cement Composite with Bottom Ash // Journal of Composites Sci-ence, 2023, 7(3), 96. DOI: 10.3390/jcs7030096Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Корженко А., Бурьянов А.Ф., Пудов И.А., Лушникова А.А. Модификация цементных бетонов многослойными углеродными нанотрубками// Строительные материалы. 2011. № 2. С.47-51.Yakovlev G.I., Pervushin G.N., Korzhenko A., Bur'yanov A.F., Pudov I.A., Lushnikova A.A. Mo- difikatsiya tsementnykh betonov mnogosloynymi uglerodnymi nanotrubkami// Stroitel'nyye materialy. 2011. № 2. S.4751.M. B. Kaddo, Yu.S. Filimonova Hydrophysical properties of heavy-duty concrete with a complex modifier for hydromeliorative construction // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 20(4) 72– 80 (2024). DOI: https://doi.org/10.22337/2587-9618-2024-20-4-72-80.M. B. Kaddo, Yu.S. Filimonova Hydrophysical properties of heavy-duty concrete with a complex modifier for hydromeliorative construction // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 20(4) 72–80 (2024). DOI: https://doi.org/10.22337/2587-9618-2024-20-4-72-80Ткач Е.В., Temirkanov R. I., Tkach S.A. Comprehensive study of modified concrete based on activated microsilicon together with micro-reinforcing fiber to improve performance // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering. – 2021. – Vol. 332. – No. 5. – P. 215–226. DOI: 10.18799/24131830/2021/5/3204Tkach Ye.V., Temirkanov R. I., Tkach S.A. Comprehensive study of modified concrete based on activated microsilicon together with micro-reinforcing fiber to improve performance // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. – 2021. – Vol. 332. – No. 5. – P. 215–226. DOI: 10.18799/24131830/2021/5/3204Rauza Serova, Evgeniya Stasilovich, Yedil Imanov, Tatyana Bogoyavlenskaya, Maksim Khan, Ткач Е.В. Modified aerated concrete based on man-made waste // International Journal of GEOMATE, Sept. 2022, Vol.23, Issue 97, pp.131-138 ISSN: 2186-2982 (P), 2186-2990 (O), Japan, DOI: https://doi.org/10.21660/2022.97.3334Rauza Serova, Evgeniya Stasilovich, Yedil Imanov, Tatyana Bogoyavlenskaya, Maksim Khan, Tkach Ye.V. Modified aerated concrete based on man-made waste // International Journal of GEOMATE, Sept. 2022, Vol.23, Issue 97, pp.131-138 ISSN: 2186-2982 (P), 2186-2990 (O), Japan, DOI: https://doi.org/10.21660/2022.97.3334Luo X., Weng Y., Wang S., Du J., Wang H., Xu C. Superhydrophobic and oleophobic textiles with hierarchical micro-nano structure constructed by sol–gel method // Journal of sol-gel science and technology. 2019. № 3. С. 820-829.Luo X., Weng Y., Wang S., Du J., Wang H., Xu C. Superhydrophobic and oleophobic textiles with hierarchical micro-nano structure constructed by sol–gel method // Journal of sol-gel science and technology. 2019. № 3. S. 820-829.Kalmagambetova A.Sh., Bogoyavlenskaya T.A., Effekt of physical of samplec on the mechanical charakterictiks, An International Journal “Advances in Materials Research”, Vol. 10, No. 1, 2021, pp. 67-76Kalmagambetova A.Sh., Bogoyavlenskaya T.A., Effekt of physical of samplec on the mechanical charakterictiks, An International Journal “Advances in Materials Research”, Vol. 10, No. 1, 2021, pp. 67-76.Довгань И.В. Топологические аспекты структурообразования в дисперсных системах и вяжущих материалах / И.В. Довгань, А.В. Колесников, С.В. Семенова, Г.А. Кириленко // Строительные материалы. 2011. №3. С.100-102.Dovgan' I.V. Topologicheskiye aspekty strukturoobrazovaniya v dispersnykh sistemakh i vyazhushchikh materialakh / I.V. Dovgan', A.V. Kolesnikov, S.V. Semenova, G.A. Kirilenko // Stroitel'nyye ma-terialy. 2011. №3. S.100-102.Королев Е.В. Композиционные материалы как полидисперсные системы. Эффективные модели / Е. В. Королев, А. Н. Гришина, А. М. Айзенштадт // Региональная архитектура и строительство. – 2021. – № 3(48). – С. 16-25.Korolev Ye.V. Kompozitsionnyye materialy kak polidispersnyye sistemy. Effektivnyye mo-deli / Ye. V. Korolev, A. N. Grishina, A. M. Ayzenshtadt // Regional'naya arkhitektura i stroitel'stvo. – 2021. – № 3(48). – S. 16.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.