Модифицированный тяжелый бетон для конструкций тоннелей с повышенными эксплуатационными свойствам

В связи с постоянно растущими требованиями к качеству и надежности бетонных конструкций, в частности для строительства тоннелей, ставится задача разработки модифицированных бетонов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. В данном исследовании рассматриваются вопросы, связанные с модификацией состава тяжелого бетона с использованием комплексной химической добавки, включающей в своем составе суперпластификатор совместно с водорастворимой полимерной добавкой Полидон-А. Установлено, что процесс действия химической активации частиц метакаолина изучен недостаточно, в связи с этим представленные исследования, заключающиеся в поиске решений повышения эксплуатационных характеристик за счет процесса его предварительной обработки щелочной средой pH=10 совместно с микроармирующим компонентом (волластонит), являются актуальными. Целью исследования было установить положительное действие процесса активации метакаолина с комплексным модификатором совместно с микроармирующим компонентом на модифицирование структуры тяжелого бетона для повышения прочностных и гидрофизических свойств. Объектом исследования являлся модифицированный тяжелый бетон на основе активированного метакаолина с комплексным модификатором (суперпластификатор + Полидон-А) совместно с микроармирующим компонентом для бетонных конструкций тоннелей.

Результаты исследования: Установлено положительное влияние комплексного модифицирования на свойства тяжелого бетона путем уменьшения содержания вяжущего (цемента) и замены его метакаолином, предварительно активированным щелочной средой с pH=10 с модификатором и волластонитом, позволяющее повышать прочностные и гидрофизические характеристики: прочность на сжатие в возрасте 28 суток составила 68,6 МПа в сравнении с контрольным составом – 39,4 МПа; водопоглощение – 2,4%; марка по водонепроницаемости – W14, что дает возможность применять данный состав на практике для получения строительных изделий и конструкций с заданными характеристиками, эксплуатирующихся в условиях повышенной нагрузки и агрессивной среды, в частности, для конструкций тоннелей.

1. Орешкин Д.В. Проблемы строительного материаловедения и производства строительных материалов // Строительные материалы. – 2010. - № 11. – С. 6-8.

2. 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.

3. Томилов А. П. Электрохимическая активация — новое направление прикладной электрохимии // Жизнь и безопасность. – 2002. – №3. – С. 302-307

4. 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. – N. 3. – P. 153-172.

5. 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. – N. 1(9). – P. 31-39.

6. Яковлев 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.

7. Zhao Y., Ding P., Ba C., Tang A., Song N., Liu Y., Shi L. Preparation of TIO2 coated silicate micro-spheres for enhancing the light diffusion property of polycarbonate composites // Displays. – 2014. – V. 35. – N. 4. – P. 220-226.

8. Isaeva YU.V., Velichko E.G., Kasumov A.SH. Structure optimization of ultra-light cement mortar with due regard for geometrical and physicaland mechanical characteristics of components, Construction Materials, 8, 84-87(2015) DOI: 10.31659/0585-430X-2015-728-8-84-88.

9. Yаkovlev G.I., Ginuchickaya YU.N., Kizinievich O., Kizinievich V., Gordina A.F. Influence of dispersions of multilayer carbon nano-tubes on physical-mechanical characteristics and structure of building ceramics, Construction Materials. 2016. № 8. С. 20-29.

10. Величко Е.Г., Шумилина Ю.С. К проблеме формирования дисперсного состава и свойств высокопрочного бетона// Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. Вып. 2. С. 235-243. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.2.235- 243.

11. Соловьев В.И., Ткач Е.В., Серова Р.Ф., Ткач С.А., Тоимбаева Б.М., Сейдинова Г.А. Исследование пористости цементного камня, модифицированного комплексными органоминеральными модификаторами // Фундаментальные исследования. 2014. №8-3. С. 590-595.

12. Хозин В.Г., Красиникова Н.М., Морозов И.М., Хохряков О.В. Оптимизация состава цементного бетона для аэродромных покрытий // Известия казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2014. – №2(28). – С.166-172.

13. Sun X., Gao Z., Cao P., Zhou C. Mechanical properties tests and multiscale numerical simulations for basalt fiber reinforced concrete // Construction and building materials. – 2019. – №. 202. – С. 58-72.

14. Ткач Е.В., Темирканов Р.И. Цементный бетон с улучшенными физико-механическими свойствами на основе применения активированного микрокремнезема // Инновации и инвестиции. 2019. №10. С. 289-292.

15. Филимонова Ю.С., Величко Е.Г. Исследование комплексной модификации тяжелого бетона // Строительство и реконструкция. 2021. №4 (96). С.107-109. DOI: 10.33979/2073-7416-2021-96-4-107-112.

16. Шулдяков К.В., Крамар Л.Я., Трофимов Б.Я., Мамаев Н.А. Влияние добавки "микрокремнезем-поликарбоксилатный суперпластификатор" на гидратацию цемента, структуру и свойства цементного камня // Цемент и его применение. – 2013. – №2. – С. 114-118.

17. Attia K., Elrefai A., Alnahhal W., Rihan Y. Flexural behavior of basalt fiber-reinforced concrete slab strips reinforced with bfrp and gfrp bars // Composite structures. – 2019. – N. 211. – P. 1-12.

18. Afroz M., Patnaikuni I., Venkatesan S. Chemical durability and performance of modified basalt fiber in concrete medium // Construction and building materials. – 2017. – V. 154. – P.191-203.

19. Бахир В.М., Задорожний Ю.Г., Леонов Б.И., Паничева С.А., Прилуцкий В.И. Электрохимическая активация: универсальный инструмент зеленой химии. - М.: «Маркетинг Саппорт Сервисиз». – 2005. – 176 с.

20. Петрушанко И. Ю., Лобышев В. И. Физико-химические свойства водных растворов, полученных в мембранном электролизере // Биофизика. – 2004. – №1 (49). – С. 22 – 31.

21. Козин А.В., Федюк Р.С., Ильинский Ю.Ю., Ярусова С.Б., Гордиенко П.С., Мохаммад Али Мосаберпанах Влияние волластонита на механические свойства бетона // Строительные материалы и изделия. 2020, Том 3, №5. С. 34-42.

22. Ткач Е.В., Темирканов Р.И. Улучшение физико-механических свойства модифицированного бетона на основе применения химически активированного микрокремнезема с микроармирующим волокном // Строительство и реконструкция. 2020. №2 (88). С. 123-135.