sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2025-22-3-488-498TPXTPPsibadi-2039Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАCONSTRUCTION AND ARCHITECTUREМодифицированный бетон на основе активированного метакаолина с повышенными эксплуатационными свойствами для конструкций тоннелейModified concrete based on activated metakaolin for tunnel structures with increased performance propertieshttps://orcid.org/0000-0003-2132-4971ТкачЕ. В.TkachE. V.

Ткач Евгения Владимировна – д-р техн. наук, проф., проф. кафедры «Градостроительство»

129337, г. Москва, Ярославское ш., д.26.

Evgenia V. Tkach – Dr. of Sci. (Eng.), Professor Department of “Urban Planning”

Yaroslavskoe sh, 26, Moscow, 129337

ev_tkach@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3331-9443БурьяновА. Ф.BuryanovA. F.

Бурьянов Александр Федорович – д-р техн. наук, доц., проф-конс. кафедры «Строительное материаловедение»

129337, г. Москва, Ярославское ш., д.26.

Alexander F. Burjanov – Dr. of Sci. (Eng.), Professor of the Department of “Construction Materials Science”

Yaroslavskoe sh, 26, Moscow, 129337

rga-service@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0002-3793-8433ФилимоноваЮ. С.FilimonovaYu. S.

Филимонова Юлия Сергеевна – канд. техн. наук, доц. кафедры «Промышленное, гражданское и подземное строительство»

107023, г. Москва, ул. Большая Семеновская, д. 38.

Yulia S. Filimonova – Cand. of Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Industrial, Civil and Underground Construction Department

38, Bolshaya Semyonovskaya St., Moscow, 107023

JuliaS06@mail.ruШусевГ. А.ShusevG. A.

Шусев Георгий Александрович – аспирант кафедры «Дорожно-строительные материалы»

125319, г. Москва, Ленинградский пр., 64.

Georgiy A. Shusev – postgraduate student of the department “Road-building materials”

Leningradsky pr., 64, Moscow, 125319

shusev.madi@yandex.ruМосковский государственный строительный университетРоссияNational Research Moscow State University of Civil Engineering (NRU MGSU)Russian FederationМосковский политехнический университетРоссияMoscow Polytechnic UniversityRussian FederationМосковский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)РоссияMoscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI)Russian Federation202510072025223488498Copyright © Ткач Е.В., Бурьянов А.Ф., Филимонова Ю.С., Шусев Г.А., 20252025Ткач Е.В., Бурьянов А.Ф., Филимонова Ю.С., Шусев Г.А.Tkach E.V., Buryanov A.F., Filimonova Y.S., Shusev G.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/2039Введение

Введение. В связи с постоянно растущими требованиями к качеству и надежности бетонных конструкций для строительства тоннелей ставится задача разработки модифицированных бетонов с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Материалы и методы

Материалы и методы. В данном исследовании рассматриваются вопросы, связанные с модификацией состава тяжелого бетона комплексной химической добавкой, включающей в своем составе суперпластификатор Sunbo PC-1021, водорастворимую полимерную добавку Полидон-А совместно с активированным метакаолином. 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.

Результаты

Результаты. 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 улучшить прочностные и гидрофизические характеристики: прочность на сжатие в возрасте 28 сут составила 68,6 МПа в сравнении с контрольным составом – 39,4 МПа; водопоглощение – 2,4%; марка по водонепроницаемости – W14.

Заключение

Заключение. Решение проблемы получения эффективного бетона для конструкций тоннелей с улучшенными эксплуатационными свойствами может быть осуществлено за счет модифицирования вяжущего в составе с активированным метакаолином совместно с комплексным модификатором смеси (ПЦ + 5% МТКакт + 0,4% СП + 0,3% Полидон-А + 2% волластонит). Предлагаемый состав дает возможность изготавливать в производственных условиях железобетонные конструкции для тоннелей с заданными характеристиками, эксплуатирующиеся в условиях повышенной нагрузки и агрессивной среды.

Introduction

Introduction. Due to the ever-increasing demands for the quality and reliability of concrete structures for tunnel construction, the task is to develop modified concretes with improved performance characteristics.

Materials and methods

Materials and methods. This study examines issues related to the modification of the composition of heavyweight concrete with a complex chemical additive, which includes the Sunbo PC-1021 superplasticizer, the water-soluble polymer additive Polidon-A together with activated metakaolin. It has been established that the process of chemical activation of metakaolin particles has not been sufficiently studied. In this regard, the presented studies, which consist of finding solutions to improve performance characteristics due to the process of its preliminary treatment with an alkaline medium pH = 10 together with a micro-reinforcing component (wollastonite), are relevant.

Results

Results. A positive effect of complex modification on the properties of heavy concrete was established by reducing the content of binder (cement) and replacing it with metakaolin, pre-activated in an alkaline medium with pH = 10 with a modifier and wollastonite, which improves the strength and hydrophysical characteristics: compressive strength at the age of 28 days was 68.6 MPa compared to the control composition - 39.4 MPa; water absorption - 2.4%; water resistance grade - W14.

Discussion and conclusions. The problem of obtaining effective concrete for tunnel structures with improved performance properties can be solved by modifying the binder in the composition with activated metakaolin together with a complex modifier of the mixture (PC + 5% MTKakt + 0.4% SP + 0.3% Polidon-A + 2% wollastonite). The proposed composition makes it possible to manufacture reinforced concrete structures for tunnels with specified characteristics in production conditions, operating under conditions of increased load and aggressive environment.

конструкции тоннелейактивация метакаолинакомплексный модификаторфизико-механические свойствагидрофизические свойствасуровые условия эксплуатацииагрессивная средаtunnel structuresmetakaolin activationcomplex modifierphysical and mechanical propertieshydrophysical propertiessevere operating conditionsaggressive environmentReferencesОрешкин Д.В. Проблемы строительного материаловедения и производства строительных материалов // Строительные материалы. 2010. № 11. С. 6–8.Oreshkin D.V. Problems of construction materials science and production of construction materials. Stroitel’nye Materialy” (Construction Materials). 2010; 11: 6-8. (in Russ.)Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Чи лин И.А., Дондуков В.Г., Селютин Н. Модифицированные бетоны: реальность и перспективы // Вестник НИЦ. Строительство. 2024. № 1 (40). С. 92–104. DOI: https://doi.org/10.37538/2224-9494-2024-1(40)-92-104. EDN: NIYJLRKaprielov S.S., Sheynfeld A.V., Chilin I.A., Dondukov V.G., Selyutin N.M. Modified concrete: reality and prospects. Bulletin of Science and Research Center of Construction. 2024; 40(1): 92–104. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.37538/2224-9494-2024-1(40)-92-104. EDN: NIYJLRКрутских А.В., Петропавловская В.Б., Петропавловский К.С., Новиченкова Т.Б. Модифицированные цементные бетоны с дискретным армированием // Строительство и реконструкция. 2023. № 3 (107). С. 131–139. DOI: https://doi.org/10.33979/2073-7416-2023-107-3-131-139Krutskikh A.V., Petropavlovskaya V.B., Petropavlovskii K.S., Novichenkova T.B. Modified cement concrete with discrete reinforcement. Building and Reconstruction. 2023; (3): 131–139. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.33979/2073-7416-2023-107-3-131-139Петропавловская В.Б., Завадько М.Ю., Новиченкова Т.Б., Петропавловский К.С., Бурья нов А.Ф. Перспективы применения переработанных топливных золошлаковых отходов гидроудаления в сухих строительных смесях. Часть 1 // Строительные материалы. 2023. № 4. С. 73–79. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-812-4-73-79Petropavlovskaya V.B., Zavad’ko M.Yu., Novichenkova T.B., Petropavlovskii K.S., Buryanov A.F. Assessment of the possibility of using hydraulic ash as a component of dry building mixtures. Part 1. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2023; 4: 73–79. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-812-4-73-79Величко 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: https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.2.235-243Velichko E.G., Shumilina Yu.S. To the problem of forming the high-strength concrete dispersed composition and properties. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2020; 15(2): 235–243. DOI:10.22227/1997-0935.2020.2.235-243 (Rus.).Филимонова Ю.С., Величко Е.Г. Исследование комплексной модификации тяжелого бетона // Строительство и реконструкция. 2021. №4 (96). С.107–109. DOI: https://doi.org/10.33979/2073-7416-2021-96-4-107-112Filimonova Yu.S., Velichko E.G. Research of complex modification of heavy concrete. Building and Reconstruction. 2021; (4): 107–112. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.33979/2073-7416-2021-96-4-107-112Ткач 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. DOI: https://doi.org/10.33979/2073-7416-2020-88-2-123-135Tkach E.V., Temirkanov R.I. Improving the physico-mechanical properties of modified concrete based on the use of chemically activated micro-silica with micro-reinforcing fiber. Building and Reconstruction. 2020; (2): 123–135. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.33979/2073-7416-2020-88-2-123-135Шулдяков К.В., Крамар Л.Я., Трофи мов Б.Я., Мамаев Н.А. Влияние добавки «микрокремнезем-поликарбоксилатный суперпластификатор – 2 на гидратацию цемента, структуру и свойства цементного камня // Цемент и его применение. 2013. № 2. С. 114–118.Shuldyakov K.V., Kramar L.Ya., Trofi- mov B.Ya., Mamaev N.A. Influence of the additive “microsilica-polycarboxylate superplasticizer” on cement hydration, structure and properties of cement stone. Cement and its Applications. 2013; 2: 114–118. (In Russ.)Урханова Л.А., Лхасаранов С.А., Ива нов А.А. Оптимизация состава гидротехнического бетона с применением композиционных вяжущих // Техника и технология силикатов. 2023. Т. 30, № 4. С. 350–356.Urkhanova L.A., Lkhasaranov S.A., Iva nov A.A. Optimization of the composition of hydraulic concrete using composite binders. Engineering and technology of silicates. 2023; V. 30. No. 4: 350–356. (In Russ.)Александрова О.В., Нгуен Д.В.К., Булга ков Б.И., Петропавловская В.Б. Влияние кварцевого порошка и минеральных добавок на свойства высокопрочных бетонов // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии. 2020. № 3. С. 7–15. DOI: https://doi.org/10.25686/2542-114X.2020.3.7Aleksandrova O.V., Nguyen D.V.K., Bulga kov B.I., Petropavlovskaya V.B. The influence of quartz powder and miner al additives on the properties of high strength concrete. Bulletin of the Volga State Technological University. series: materials. designs. technologies. 2020; 3: 7–15. DOI: https://doi.org/10.25686/2542-114X.2020.3.7Урханова Л.А., Иванов А.А., Лхасара нов С.А. Исследование влияния тонкодисперсных добавок на свойства композиционных вяжущих для гидротехнического бетона // Вестник ВСГУТУ. 2023. №2 (89). С. 80–89.Urkhanova L.A., Ivanov A.A., Lhasara nov S.A. Study of the influence of finely dispersed additives on the properties of composite binders for hydraulic concrete. ESSUTM Bulletin. 2023; 2 (89): 80–89. (In Russ.)Урханова Л.А., Лхасаранов С.А., Данза нов Д.В. Синтез ультрадисперсной добавки, полученной при гидролизе портландцемента, для модификации цементного камня // Цемент и его применение. 2022. № 4. С.52–56.Urkhanova L.A., Lhasaranov S.A., Danza nov D.V. Synthesis of an ultradispersed additive obtained by hydrolysis of Portland cement for modifi-cation of cement stone. Cement and its Applications. 2022; 4: 52-56. (In Russ.)Томилов А.П. Электрохимическая активация – новое направление прикладной электрохимии // Жизнь и безопасность. 2002. № 3. С. 302–307.Tomilov A.P. Electrochemical activation – a new direction in applied electrochemistry. Life and Safety. 2002; 3: 302–307.Massana, J., Reyes, E., Bernal, J., Leon, N., Sanchez-Espinosa, E. Influence of nano- and microsilica additions on the durability of a high-performance self-compacting concrete // Construction and Building Materials. 2018. №. 165. P. 93-103.Massana, J., Reyes, E., Bernal, J., Leon, N., Sanchez-Espinosa, E. Influence of nano- and micro-silica additions on the durability of a high-performance self-compacting concrete. Construction and Building Materials. 2018; 165: 93–103.Larbi J.A., Bijen J.M. Effect of water-cement ratio, quantity and fineness of sand on the evolution of lime in set portland cement systems // Cement and Concrete Research. 1990. Vol. 20. №5. P.783-794.Larbi J.A., Bijen J.M. Effect of water-cement ratio, quantity and fineness of sand on the evolution of lime in set portland cement systems. Cement and Concrete Research. 1990; 20. no 5: 783–794.Roberts L.R., Grace W.R. Microsilica in concrete // Materials Science of Concrete. 1989. №3. P.197-222.Roberts L.R., Grace W.R. Microsilica in concrete. Materials Science of Concrete. 1989; 3: 197–222.

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