МОДИФИКАЦИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО УКАТАННОГО БЕТОНА БИТУМНОЙ АНИОННОЙ ЭМУЛЬСИЕЙ
Authors: Хозин В.Г. , Мифтахов Ю.А. , Макаров Д.Б. 
Published: October 2024

В мировой и отечественной гидротехнике, в первую очередь при возведении плотин, относительно широко применяется укатанный бетон, отличающийся малым расходом цемента («тощий») и жесткой консистенцией бетонной смеси. Его преимуществами перед бетонами из подвижных смесей являются меньшая стоимость и меньшие затраты на производство работ, а также сокращение сроков строительства. Водостойкость и морозостойкость остаются главными критериями долговечности гидротехнических сооружений в России, для модификации бетона которых В. Г. Батраковым эффективно применялись кремнийорганические соединения (КОС) типа ГКЖ–94, обладающие гидрофобно-газообразующим действием. Альтернативой этим продуктам, дорогим и малодоступным, которые к тому же не применялись в тощих жестких бетонных смесях, могут стать битумно-водные эмульсии анионного типа, используемые в дорожном строительстве. В работе использована битумная эмульсия анионоактивная высокостабильная, полученная на основе дорожного битума БНД 90/130 (50 %), флотогудрона ФГ (5 %) – промышленного отхода производства моющих средств и воды (45 %) – ЭБА-3-ФГ, соответствующая ГОСТ 52128 «Эмульсии битумные дорожные». Она имеет уровень рН 10–11,5, хорошо совместима и устойчива в цементобетонной смеси. Изучен дисперсный состав эмульсии на лазерном анализаторе: минимальный размер сферических частиц битума – 4,4 мкм, средний – 15 мкм. Особо жесткая бетонная смесь СЖ–3 (жесткость более 100 с по методу Красного) состояла из щебня, песчано-гравийной смеси, цемента (6,54 % масс.) и воды. Битумная эмульсия вводилась с водой затворения в количестве 2,5; 5; 7,5 % от массы цемента. Вибропрессованные образцы бетона испытывались после 28 суток нормального твердения. Установлена экстремальная зависимость их прочности и плотности от содержания ЭБА-3-ФГ с максимумом при 5 %. Вследствие уменьшения капиллярной пористости бетона при его модификации существенно снижается водопоглощение, возрастает морозостойкость. В целом модификация сверхжесткого гидротехнического бетона анионной битумной эмульсией повышает его плотность, прочность при сжатии (на 32 %), при изгибе (на 38 %), снижает водопоглощение (на 34 %) и увеличивает морозостойкость в два раза (с F50 до F100).

Rolled concrete, which is distinguished by reduced cement consumption ("thin") and a firm consistency of the concrete mixture, is commonly employed in hydraulic engineering both domestically and internationally, particularly in the construction of dams. These concrete mixtures are less expensive, less time and labour consuming than concrete made from mobile mixtures. In Russia, the primary standards for the longevity of hydraulic constructions are still water and frost resistance, as determined by V. G. Batrakov's concrete modification. Hydrophobic-gas-forming organosilicon compounds (OSCs) of the GKZh-94 type were successfully employed. Road construction uses anionic bitumen-water emulsions as an alternative to these pricy, hard-to-get components that are not used in thin stiff concrete compositions. The study employed anionic, very stable bitumen emulsion, which was made from 50 % road bitumen BND 90/130, 5 % flotation tar FG, 45 % industrial waste from detergent manufacture, and EBA-3-FG, in accordance with GOST 52128 "Bitumen road emulsions". It is stable and well-compatible in cement concrete compositions, with a pH range of 10–11,5. Using a laser analyzer, the dispersed content of the emulsion was examined. The average size of bitumen's spherical particles is 15 microns, with a minimum size of 4,4 microns. Concrete mixture SZh-3, which has a hardness of over 100s based on the Michel Krasnov’s method, was composed of crushed stone, sand-gravel mixture, cement (which made up 6,54 % of the mass), and water. The bitumen emulsion was added to the cement weight in increments of 2,5, 5 and 7,5 % using mixing water. Samples of vibration-pressed concrete were evaluated following a typical 28-day hardening period. It has been determined that their density and strength have an extraordinary dependence on the EBA-3-FG concentration, peaking at 5 %. Because of the change, concrete's capillary porosity decreases and its resistance to frost increases, resulting in a significant reduction in water absorption. In general, modification of super-rigid hydraulic concrete with anionic bitumen emulsion increases its density, compressive strength (by 32 %), flexural strength (by 38 %), reduces water absorption (by 34 %) and increases frost resistance by 2 times (from F50 to F100).