Russian Federation
UDC 626.8
CSCSTI 68.31
Russian Classification of Professions by Education 35.06.01
Russian Library and Bibliographic Classification 40
Russian Trade and Bibliographic Classification 5607
BISAC TEC003050 Agriculture / Irrigation
This article presents the analysis of the condition of protective concrete coatings of irrigation canals, methods of restoration of disturbed concrete structures, the results of experimental studies of concretes for the repair of protective coatings of irrigation canals, recommendations on the types and amount of additives to concrete mixtures to improve their properties when repairing joints of concrete structures. In the process of long-term operation of reclamation irrigation canals with protective concrete coatings in the form of slabs and screens, their destruction is observed under the influence of forces from the water flow, wave forces, ice in winter, as well as its own weight, as a result of which cracks occur in joints, sliding of slabs, exposure and erosion of sections of the canal, leading to an increase in water losses with filtration. The article presents a study of the strength of concretes with sulfoferritic additives, the main purpose of which is the controlled expansion of cement mortars with shrinkage compensation, which is important for waterproofing and crack sealing, with the addition of a polycarboxylate ester-based superplasticizer with a BASF MasterGlenium ACE 430 hardening accelerator
reclamation irrigation canals, filtration in canals, protective coatings of canals, defects of concrete pavements, concretes for canal repair, strength of concrete, concrete grades
Потери воды на фильтрацию в процессе ее транспортировки в каналах зоны орошения в земляном теле могут достигать значительных величин, что отражается негативно не только с точки зрения экологии, подтопления ближайших территорий, но и с экономической целесообразности. Для исключения таких потерь на предварительно уплотненных поверхностях дна и откосов оросительных каналов формируются защитные бетонные покрытия. Они могут быть сформированы в виде бетонных плит со стыковыми соединениями или в целом сформированы заливкой бетонной смеси в опалубки с армированными конструкциями в процессе строительства [1–4]. Цель исследования. Обоснование, выбор и определение прочности бетонных смесей с использованием сульфоферритных добавок и дифференцированного количества суперпластификатора на основе эфира поликарбоксилата с ускорителем набора прочности BASF MasterGlenium ACE 430. Материалы и методы исследования. При длительной эксплуатации мелиоративных оросительных каналов с защитными покрытиями наблюдается их частичное разрушение, особенно соединительных стыков и швов бетонных плит. Кроме того, часто наблюдается сползание бетонных плит по откосу канала, при котором оголяется грунтовая подоснова, которая с течением времени размывается. Часто сползание бетонных плит возникает в результате разрушения конструкций бетонных оснований служащих упором для самой плиты. Такое состояние откосов и дна может привести к повышению фильтрации. Для обеспечения сохранности защитных экранов, связей бетонных плит и в целом для поддержания нормальной работоспособности каналов необходимо обеспечить при ремонте каналов применение бетонных смесей с такими пропорциями компонентов и добавок к ним, которые усиливают и упрочняют соединительные швы и стыки. В некоторых случаях необходимы добавки, предназначенные для расширения и увеличения в допустимых пределах объема затвердевающего бетона в целях ликвидации трещин в бетонных конструкциях, находящихся в контакте с водой [5–8]. Одной из таких добавок является сульфоферритная смесь, в основе которой лежат сульфатосодержащие и железосодержащие отходы. В качестве основной характеристики данной добавки при рассмотрении бетонных смесей для ремонта защитных экранов оросительных каналов принимается возможность контролируемого расширения с учетом возможной усадки для гидроизоляции и заделки трещин. Сульфоферритная добавка в рамках настоящей работы сформирована из гипса, содержащего сульфатированные и ферритовые компоненты. Для оценки влияния на прочность бетонов кроме сульфоферритных добавок в исследованиях применялся суперпластификатор на основе эфира поликарбоксилата с ускорителем набора прочности BASF MasterGlenium ACE 430 ускоряющий процесс гидратации и улучшающий набор ранней прочности бетона. Данная добавка обладает высоким водоредуцирующим действием. Исследования проводились в лаборатории строительных материалов РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в период с октября по декабрь 2025 г. С учетом того, что кроме способности к расширению для исключения трещин, бетонные смеси для ремонта защитных покрытий оросительных каналов должны обладать достаточной прочностью, важной частью исследований являлось определение прочности бетонов с содержанием сульфоферритных добавок и определение прочности в зависимости от возрастающего количества суперпластификатора на основе эфира поликарбоксилата с ускорителем набора прочности BASF MasterGlenium ACE 430. Для проведения лабораторных исследований, согласно стандартной методике, применялись следующие приборы, инструменты и материалы: образцы строительных материалов, испытательный лабораторный пресс ТП‑1-1000, штангенциркуль, металлическая линейка, электронные весы [9–12]. Приготовление сульфоферритной добавки производилось в лабораторных условиях перемешиванием измельченного сульфосодержащего гипса и железной стружки в пропорциях 50 и 50% по массе. В качестве базовой бетонной смеси применялась одна их распространенных марок М400, которая соответствует классу B30. Для приготовления требуемых порций бетонной смеси использовались следующие компоненты: портландцемент – 500 г, песок – 1090 г, щебень 1254 г, сульфоферритная добавка 25 г, вода 235 мл. Данное соотношение определено на основе ГОСТ 26633. В процессе приготовления бетонной смеси соблюдалось водоцементное соотношение 27%. Сульфоферритная добавка использовалась в количестве 25 г в каждом опыте.
Исследование влияния добавки суперпластификатора на основе эфира поликарбоксилата с ускорителем набора прочности BASF MasterGlenium ACE 430 на прочность бетонной смеси марки М400 (B30) с содержанием 25 г сульфоферритной составляющей, проводилось по схеме однофакторного эксперимента, в котором в качестве целевой функции принята прочность бетона, а в качестве фактора влияющего на прочность бетона – количество данной добавки в 0; 0,5; 1; 1,5; и 2% от массы цемента. Соответственно для исследования прочности по каждому из представленных вариантов формировались по 3 бетонных кубика размерами 10×10×10 см. Трехкратное формирование кубиков проводилось для определения средних значений выборки. Для выяснения общего влияния добавки суперпластификатора ACE 430 на прочность бетона, кроме представленных вариантов, рассмотрен опыт с ее нулевым содержанием. Таким образом, для оценки влияния добавки – выбранного суперпластификатора ACE 430, в однофакторном эксперименте определены 5 точек. С учетом требований по обеспечению полного затвердевания приготовленных образцов кубиков соблюдены сроки в 28 дней. Кроме того, в рамках исследований для выяснения динамики набора прочности данная характеристика по кубикам бетона М400 (B30) определена по истечению 7 суток. Прочность образцов на данном этапе затвердения находилась в пределах от 12 до 15 МПа.
Рисунок 1 – Зависимость прочности бетона марки М400 (B30) содержащего сульфоферритную составляющую
от количества суперпластификатора BASF MasterGlenium ACE 430
Результаты исследования и их обсуждение. По истечению 28 сут набора прочности бетонные кубики проверены на прочность в соответствии с требованиями ГОСТ 10180. Зависимость прочности бетона марки М400 (B30), содержащего сульфоферритную составляющую, от количества суперпластификатора BASF MasterGlenium ACE 430, полученные в процессе обработки однофакторного эксперименты приведены на рисунке. В таблице представлены результаты проведенных экспериментов в рамках однофакторного эксперимента по определению зависимости прочности бетона марки М400 (B30) с содержанием 25 г сульфоферритной составляющей от количества добавленного в него суперпластификатора BASF MasterGlenium ACE 430. Несмотря на невысокие значения коэффициентов детерминации R2=0,0392 для линейной и R2=0,1346 – для полиномиальной, которые показывают, насколько близко изменение случайной величины к строгой линейной или нелинейной зависимости, наиболее адекватно исследуемый процесс описывается полиномиальной аппроксимацией с уравнением регрессии: y = –1,3714x2+2,2229x+25,194.
|
Исследуемый бетон М400 содержащий сульфоферритную составляющую с добавленным количеством пластификатора ACE 430, в % от массы цемента. |
Прочность П1, МПа, (максимальная нагрузка, кН) |
Прочность П2, МПа, (максимальная нагрузка, кН) |
Прочность П3, МПа, (максимальная нагрузка, кН) |
П средн. МПа, (максимальная нагрузка, кН) |
|
М400 (B30) +0,0% |
22,7 (298,2) |
25,0 (328,7) |
24,3 (319,4) |
24,0 (315,4) |
|
М400 (B30) +0,5% |
29,8 (397,5) |
28,4 (373,5) |
29,0 (381,9) |
29,0 (384,3) |
|
М400 (B30) +1,0% |
24,5 (322,6) |
23,8 (313,0) |
24,1 (317,3) |
24,1 (317,6) |
|
М400 (B30) +1,5% |
24,5 (322,8) |
25,2 (331,3) |
25,3 (332,8) |
25,0 (328,9) |
|
М400 (B30) +2,0% |
24,8 (326,7) |
24,6 (323,3) |
24,9 (328,0) |
24,7 (326,0) |
Таблица 1. Проведение однофакторного эксперимента по определению прочности бетона в зависимости от количества добавки
Результаты экспериментальных исследований показали, что в процессе формирования бетонных кубиков произошло увеличение их линейных размеров, величина которых находится в пределах 3…5 мм над стенками форм. Данная характеристика бетона, полученная добавлением сульфоферритной смеси подтверждается. Однако, по представленным зависимостям можно сделать выводы о том, что в данных конкретных условиях прочность бетона с добавлением суперпластификатора BASF MasterGlenium ACE 430 от 0,5 до 2% незначительно, но снижается.
Выводы 1. В работе проведен анализ состояния бетонных покрытий оросительных каналов. Выяснено, что в процессе длительной эксплуатации бетонные покрытия и защитные плиты подвергаются воздействию внешних условий, таких как давление воды, температурные перепады, волновые нагрузки и собственный вес, под которыми нарушаются первоначальные проектные формы и размеры канала. Такие виды дефектов увеличивают процесс фильтрации, приводящий к потере воды на мелиоративных оросительных системах. 2. По результатам проведенных экспериментов по определению прочности бетона марки М400 (B30) с содержанием сульфоферритной составляющей, в зависимости от количества добавленного суперпластификатора BASF MasterGlenium ACE 430, можно утверждать о возможности его применения для гидроизоляции и заделки трещин. 3. Установлено, что с точки зрения величины прочности бетона с добавлением суперпластификатора BASF MasterGlenium ACE 430 наблюдается незначительное ее снижение. Данный факт несколько ограничивает применение исследуемой марки бетона с добавлением перечисленных компонентов для ремонта ответственных бетонных покрытий оросительных каналов.
Исследование выполнено в рамках проекта по созданию и развитию инжинирингового центра РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (соглашение № 075-15-2025-543 от 16 июня 2025 г.).
1. Semenenko S.Ya., Marchenko S.S., Dubenok N.N. Raschetnoe obosnovanie ob'ema stroitel'noy smesi pri ustranenii pustot pod plitami krepleniya meliorativnyh kanalov // Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnyh i fundamental'nyh issledovaniy. 2017. № 6–1. S. 56–61.
2. Garbuz A.Yu., Rybalko D.S. Obzor issledovaniy beregozaschitnyh ustroystv na gidrotehnicheskih sooruzheniyah meliorativnogo naznacheniya //Puti povysheniya effektivnosti oroshaemogo zemledeliya. 2025. № 2(96). S. 15–34.
3. Baydakova E.V., Krovopuskova V.N., Dunaev A.I. Problemy vozobnovleniya raboty i ekspluatacii Severo-Krymskogo kanala // Vestnik Bryanskoy gosudarstvennoy sel'skohozyaystvennoy akademii. 2022. № 5(93). S. 68–72. DOIhttps://doi.org/10.52691/2500-2651-2022-93-5-68-72.
4. Vasil'eva E.V., Fedorov V.M. Povyshenie nadezhnosti betonnyh elementov meliorativnyh sistem // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: Nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. 2021. № 4(64). S. 390–400. DOIhttps://doi.org/10.32786/2071-9485-2021-04-39.
5. Konstrukcionnyy legkiy beton dlya gidrotehnicheskogo meliorativnogo stroitel'stva / A.R. Muratov, S.M. Melikuziev, O.E. Atamurotov, A.R. Eshbekov // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. 2024. № 6. S. 34–40. DOIhttps://doi.org/10.32962/0235-2524-2024-6-34-40.
6. Vasil'eva E.V., Fedorov V.M. Sbornye elementy sooruzheniy meliorativnyh sistem iz betona na nekondicionnyh zapolnitelyah // Vestnik nauki i obrazovaniya Severo-Zapada Rossii. 2023. T. 9, № 2. S. 33–42.
7. Innovacionnye sposoby vosstanovleniya mikrorazrusheniy gidrotehnicheskih sooruzheniy / M.V. Karpov, L.A. Zhuravleva, A.A. Zhizdyuk [i dr.] // Agrarnyy nauchnyy zhurnal. 2022. № 12. S. 77–81. DOIhttps://doi.org/10.28983/asj.y2022i12pp77-81.
8. Yurchenko A.N., Yao C. Obschie podhody k vosstanovleniyu gidrosooruzheniy posle dlitel'nogo pereryva v stroitel'stve // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. 2024. № 5. S. 6–11. DOIhttps://doi.org/10.32962/0235-2524-2024-5-6-11.
9. Kaddo M.B., Filimonova Yu.S. Issledovanie modificirovannogo tyazhelogo betona na osnove polidispersnogo vyazhuschego s kompleksnym polimernym modifikatorom // Tehnika i tehnologiya silikatov. 2022. T. 29, № 1. S. 37–44.
10. Tkach E.V., Filimonova Yu.S. Modificirovannyy tyazhelyy beton na osnove polidispersnogo vyazhuschego dlya gidromeliorativnogo stroitel'stva // Tehnika i tehnologiya silikatov. 2022.T. 29, № 4. S. 326–334.
11. Fil'traciya v kanalah s zemlyanym ruslom i novye metody krepleniya otkosov / F.K. Abdrazakov, A.A. Rukavishnikov, O.V. Miheeva, E.N. Mirkina // Agrarnyy nauchnyy zhurnal. 2023. № 6. S. 107–114. DOIhttps://doi.org/10.28983/asj.y2023i6pp107-114.
12. Baev O.A. Izuchenie osobennostey konstrukciy protivofil'traconnyh ekranov kanalov i prudov-nakopiteley // Nauchnyy zhurnal Rossiyskogo NII problem melioracii. 2014. № 3(15). S. 104–119.
