Повышение эксплуатационных свойств гидротехнического бетона с применением ультра- и тонкодисперсных добавок

Учитывая постоянно растущие требования к качеству, надежности и долговечности бетонных конструкций для гидротехнических сооружений, возникает необходимость в разработке составов гидротехнического бетона с улучшенными эксплуатационными свойствами. Цель исследования - улучшение физико-механических и деформативных свойств гидротехнического бетона с применением тонкодисперсных алюмосиликатных пород – перлитов и коллоидной добавки в виде золя кремниевой кислоты. Объектом исследования является модифицированный гидротехнический бетон на основе композиционного вяжущего с применением тонкодисперсного стекловидного и закристализованного перлита, золя кремниевой кислоты и суперпластификатора на основе поликарбоксилатов «Полипласт». Результаты исследования: Обоснован выбор кремнеземсодержащих добавок и показано, что их применение оказывает положительное влияние на свойства гидротехнического бетона.  Установлено влияние комплексного модифицирования на свойства гидротехнического бетона путем уменьшения содержания портландцемента и замены его тонкодисперсным стекловидным перлитом, предварительно измельченным до удельной поверхности 300-600 м2/кг, введением  золя кремниевой кислоты и суперпластификатора «Полипласт», применение которых  позволяет повышать его  физикомеханические, деформативные и гидрофизические свойства:  прочность на сжатие – 53,4 МПа; предел прочности на растяжение при изгибе – 10,9 МПа; коэффициент трещиностойкости – 0,20; призменная прочность – 46,3 МПа; модуль упругости 37,345 МПа × 10³; коэффициент Пуассона – 0,199, водопоглощение – 2,43% по массе; марка по водонепроницаемости – W16. Доказано, что с добавлением к портландцементу добавки тонкодисперсного перлита, золя кремниевой кислоты и суперпластификатора Полипласт может быть получен гидротехнический бетон, характеризующийся прочностными показателями, не уступающими по прочности контрольному составу, и с повышенными показателями водонепроницаемости и трещиностойкости по сравнению с традиционными составами.

1. Barbara K., Maciej B., Maciej P., Aneta Z. Analysis of cracking risk in early age mass concrete with different aggregate types // Procedia Engineering. 2017. Vol. 193. Pp. 234–241. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.06.209

2. Bingqi L., Zhenhong W., Yunhui J., Zhenyang Z. Temperature control and crack prevention during construction in steep slope dams and stilling basins in high-altitude areas // Advances in Mechanical Engineering. 2018. Vol. 10. Pp. 1–15. DOI: 10.1177/1687814017752480

3. Kuzmanovic V., Savic L., Mladenovic N. Computation of thermal-stresses and contraction joint distance of rcc dams // Journal of Thermal Stresses. 2013. Vol. 36. Issue 2. Pp. 112–134. DOI: 10.1080/01495739.2013.764795

4. Zhang X., Shi R., Dai H., Liu Q., Zhang X. Simulation and research on temperature field of taishan roller compacted concrete gravity dam // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 237. P. 032117. DOI: 10.1088/1755-1315/237/3/032117

5. Григорьев В.Г., Козлова В.К., Андрюшина Е.Е., Шкробко Е.В., Лихошерстов А.А. Композиционные портландцементы для гидротехнического строительства // Ползуновский вестник. 2012. №1-2. С.62-64. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kompozitsionnye-portlandtsementy-dlya-gidrotehnicheskogostroitelstva.

6. Иванов А.А., Урханова Л.А., Лхасаранов С.А., Хардаев П.К. Исследование влияния тонкодисперсных добавок на свойства композиционных вяжущих для гидротехнического бетона // Вестник ВСГУТУ. 2023. № 2(89). С. 80-88. DOI: 10.53980/24131997_2023_2_80

7. Ткач Е.В., Филимонова Ю.С., Корнеев A.И. Тяжелый бетон на основе полидисперсного вяжущего с комплексным полимерным модификатором с повышенными эксплуатационными показателями // Строительство и реконструкция. 2022. № 2 (100). С. 112-119. DOI: 10.33979/2073-7416-2022-100-2-112-119.

8. Li Q., Liang G., Hu Y., Zuo Z. Numerical analysis on temperature rise of a concrete arch dam after sealing based on measured data // Mathematical Problems in Engineering, 2014 (6), рр. 1-10. DOI:10.1155/2014/602818

9. Анискин Н.А, Чонг Чык Нгуен. Проблема температурного трещинообразования в бетонных гравитационных плотинах // Вестник МГСУ, 2020. -№3. – С. 380-398. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.3.380-398

10. Yerramala A., Ganesh Babu K. Transport properties of high volume fly ash roller compacted concrete // Cement and Concrete Composites. 2011. № 33, issue. 10. рр. 1057–1062. DOI:10.1016/j.cemconcomp.2011.07.010

11. Tkach E.V., Filimonova YU.S. Модифицированный тяжелый бетон на основе полидисперсного вяжущего для гидромелиоративного строительства // Техника и технология силикатов. 2022. Т. 29. № 4. С. 326334. URL: https://elibrary.ru/zeudxh?ysclid=m1j3b43xj4220283422.

12. Ларсен О.А., Александрова О.В., Наруть В.В., Полозов А.А., Бахрах А.М. Исследование свойств активных минеральных добавок для применения в гидротехническом строительстве // Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова. 2020. №8. С. 8-14. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-8-8-17.

13. Касаткин С.П. Высокоэффективный бетон, модифицированный комплексной химической добавкой, содержащей нанодисперсии гидродиоксида кремния: диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук. – Санкт-Петербург, 2023. – 138 с. URL: https://pstu.ru/files/2/file/Dissertaciya._Kasatkin_S.P._02.07.2023.pdf

14. Урханова, Л.А., Иванов А.А., Лхасаранов С.А. Композиционный цемент с дисперсным перлитом и коллоидной добавкой для гидротехнического бетона // Цемент и его применение. - 2024. № 1-2024. DOI: 10.61907/CIA.2024.87.76.001

15. Баженов Ю.М., Алимов Л.А., Воронин В.В. Структура и свойства бетонов с наномодификаторами на основе техногенных отходов. М.: МИСИ-МГСУ. 2013, 201 с. URL:https://mgsu.ru/resources/izdatelskayadeyatelnost/izdaniya/monografii/1725/?ysclid=m09bb4v43i945506938

16. Shane D., Mark T., Cheeseman C.R., Comparison of test methods to assess pozzolanic activity // Cement and Concrete Composites. 2010. № 32 (2). рр. 121–127. DOI:10.1016/j.cemconcomp.2009.10.008

17. Урханова Л.А., Цыдыпова А.Ц. Влияние золя кремнекислоты на физико-механические свойства полистиролбетона //Строительные материалы. 2018. №1-2. С.45-51. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-756-1-2-45-51

18. Жерновой Ф.Е., Мирошников Е.В. Комплексная оценка факторов повышения прочности цементного камня добавками ультрадисперсного перлита // Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова, 2009. - №2. С. 55-60. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kompleksnaya-otsenka-faktorov-povysheniya-prochnosti-tsementnogokamnya-dobavkami-ultradispersnogo-perlita

19. Лесовик В.С., Жерновой Ф.Е., Глаголев Е.С. Использование природного перлита в составе смешанных цементов // Строительные материалы, 2009. - № 6. С. 84-87. URL: https://elibrary.ru/kuucdt?ysclid=m09bh8i6g321380846

20. Aniskin N.A., Nguyen T.C., Hoang Q.L. Influence of size and construction schedule of massive concrete structures on its temperature regime // MATEC Web of Conferences. 2018. vol. 251. р. 02014. DOI: 10.1051/matecconf/201825102014

21. Лхасаранов С.А., Урханова Л.А., Иванов А.А., Смирнягина Н.Н. Исследование фазового состава композиционных вяжущих для гидротехнического бетона // Вестник ВСГУТУ. 2024. №2 (93). DOI 10.53980/24131997_2024_2_112

22. Hang X., Shi R., Dai H., Liu Q., Zhang X. Simulation and research on temperature field of taishan roller compacted concrete gravity dam // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. vol. 237. p. 032117. DOI: 10.1088/1755-1315/237/3/032117

23. Tkach E., Filimonova Y. Modified concrete for irrigation and drainage construction // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 410. DOI:10.1051/e3sconf/202341001007.

24. Nguyen T.C., Luu X.B. Reducing temperature difference in mass concrete by surface insulation // Magazine of Civil Engineering. 2019. vol. 4 (88). pp. 70–79. DOI: 10.18720/MCE.88.

25. Демьяненко О.В., Копаница Н.О., Саркисов Ю.С. и др. Исследование свойств цементного камня с комплексной добавкой // Вестник ТГАСУ. - 2020. – Т. 22, № 4. – С. 147–156. DOI: 10.31675/1607-1859-2020-22-4-147-156

26. Зеленкевич Д.С., Ягубкин А.Н., Бозылев В.В. Использование полимерно-минеральных добавок для повышения водонепроницаемости и морозостойкости бетона // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки. 2013. №16. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-polimerno-mineralnyh-dobavok-dlya-povysheniya-vodonepronitsaemostii-morozostoykosti-betona

27. Байбурин А.Х., Кочарина Е.Н., Кочарин Н.В., Киянец А.В., Лебедь А.Р. Влияние химических добавок на свойства бетона // ИВД. 2022. №6 (90). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-himicheskihdobavok-na-svoystva-betona.