Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 51187 10.20295/1815-588X-2022-19-2-378-389 Общетехнические задачи и пути их решения GENERAL TECHNICAL PROBLEMS AND SOLUTION APPROACH Общетехнические задачи и пути их решения Innovative Structural-Heat-Insulating Concrete for Insulation and Stability Rise of Frozen Foundation Soils Инновационный конструкционно-теплоизоляционный бетон для изоляции и повышения устойчивости мерзлых грунтов основания Степанова Ирина Витальевна Stepanova Irina Vital'evna

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Абу-Хасан Махмуд Самиевич Abu-Hasan Mahmud Samievich pgups1967@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Соловьева Валентина Яковлевна Solov'eva Valentina Yakovlevna

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation 22 06 2022 22 06 2022 19 2 378 389 22 06 2022 https://atjournal.ru/en/nauka/article/51187/view

Цель: Создание высокоэффективного теплоизоляционного конструкционного бетона, рекомендуемого для изоляции и предотвращения оттаивания вечномерзлых грунтов. Методы: При проведении исследований использовали ГОСТ 25820—2014 «Бетоны легкие. Технические условия», ГОСТ 25485—2019 «Бетоны ячеистые. Общие технические условия». Определение прочности и обработка результатов — по ГОСТ 10180—2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам»; коэффициент теплопроводности определяли по ГОСТ 7076—99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме»; морозостойкость бетона по ГОСТ 10060—2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости»; плотность бетона в состоянии естественной влажности — по ГОСТ 12730.1—2020 «Бетоны. Методы определения плотности». Установлено экспериментально, что для создания высокоэффективного теплоизоляционно-конструкционного бетона целесообразно в качестве заполнителя использовать пеностекло фракции 1,25–2,5 мм, D250, λ ≈ 0,06 Вт/м·оС и для создания прочной и надежной матрицы на цементной основе эффективно использовать тонкодисперсный микрокремнезем в сочетании с комплексной химической добавкой на поликарбоксилатной основе, модифицированной нанодисперсиями диоксида кремния, SiO2. Результатами физико-механических исследований подтверждено, что эффективно использовать совместно частицы диоксида кремния микро- и наноразмера в сочетании с ПАВ, представленными поликарбоксилатными полимерами, при этом формируется пеностеклобетон с наилучшими показателями по прочности на сжатие и значительно повышается прочность на растяжение при изгибе, коэффициент трещиностойкости наномодифицированного пеностеклобетона, Kтр = Rизг/Rсж = 3,6/13,3 = 0,27, имеет достаточно высокое значение, что должно обеспечивать повышенную трещиностойкость и надежность защитному покрытию. Для повышения плотности, прочности без ухудшения теплоизолирующих показателей целесообразно дополнительно использовать в качестве наполнителя тенкомолотый доменный шлак, который повышает связность пеностеклобетонной смеси и прочность пеностеклобетона. Практическая значимость: Рациональное соотношение компонентов наномодифицированной пеностеклобетонной смеси обеспечивает создание высокоподвижной пеностеклобетонной смеси, обладающей хорошей удобоукладываемостью, и на ее основе формируется уникальный теплоизоляционно-конструкционный материал со следующими характеристиками: D900; λ = 0,14 Вт/м · °С, В12, Btb2,9 F1300, что характеризует его как теплоизоляционный материал повышенной надежности и долговечности, который целесообразно рекомендовать для суровых регионов Арктики.

Purpose: To create highly effective heat-insulating structural concrete, recommended for insulating and preventing permafrost soil thawing. Methods: When conducting research, we used GOST (Russia State Standards) 25820-2014 “Lightweight concrete. Specifications”, GOST 25485—2019 “Cellular concrete. General technical conditions”. Determination of strength and processing of results according to GOST 10180-2012 “Concrete. Methods for determining strength upon control samples”; thermal conductivity coefficient was determined according to GOST 7076-99 “Construction materials and products. Method for determining thermal conductivity and thermal resistance at stationary thermal regime”; frost resistance of concrete according to GOST 10060-2012 “Concrete. Methods for determining frost resistance”; density of concrete in natural moisture state- according to GOST 12730.1-2020 “Concrete. Density determination methods”. It has been established experimentally that in order to create highly efficient heat-insulating-structural concrete, it is advisable to use as a filler a foam glass of fraction 1.25–2.5 mm, D250, λ ≈ 0.06 W/ m · °C, and for to create strong and reliable matrix on cement basis it’s effective to use finely dispersed microsilica in combination with complex chemical additive on polycarboxylate basis, modified with nano-dispersions of silicon dioxide, SiO2. Results of physicalmechanical studies have confirmed that it is effective to use particles of silicon dioxide together of micro- and nano-size in combination with surfactants represented by polycarboxylate polymers, meanwhile, foamed glass concrete with the best compressive strength and tensile strength at bending a rises significantly, coefficient of resistance to cracks of nanomodified foam glass concrete, Ktr. = Rbend./Rcompress. = 3.6/13.3 = 0.27, has rather high value which should provide for increased resistance to cracks and for reliability for a protective coating. In order to increase density/strength without deteriorating heat-insulating indicators it is advisable to use additionally a finely-ground blast-furnace slag as a filler which a rises cohesion of foam glass concrete mixture and strength of foam glass concrete. Practical significance: Rational ratio of components of nanomodified foam glass concrete mixture ensures the creation of highly mobile foam glass concrete mixture with good workability, and on the mixture basis, a unique heat-insulating-structural material is formed with the following characteristics: D900; λ = 0.14 W/m·°C, B12, Btb2.9 F1300 that defines it as a thermal insulation material of increased reliability and durability, which is advisable for recommendation for the Arctic harsh regions.

 пеностеклобетон пеностекло теплоизоляционно-конструкционный материал надежность долговечность комплексная химическая добавка коэффициент теплопроводности морозостойкость прочность foam glass concrete foam glass heat-insulating-structural material reliability durability complex chemical additive thermal conductivity coefficient frost resistance strength

Трофимов Б.Ю., Крамар Л.Ю., Шульдяков К.В. Методы оценки долговечности бетона с высокими эксплуатационными характеристиками Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия, 2020 г., 962 (2), 022010 DOI: 10.1088/1757-899X/962/2/022010 Trofimov B.Yu., Kramar L.Yu., Shul'dyakov K.V. Metody ocenki dolgovechnosti betona s vysokimi ekspluatacionnymi harakteristikami Seriya konferenciy IOP: Materialovedenie i inzheneriya, 2020 g., 962 (2), 022010 DOI: 10.1088/1757-899X/962/2/022010 Крамар Л.Я., Кыдяков А.И., Шульдяков К.В. Введение пуццолановой добавки для повышения морозостойкости бетона дорожного покрытия Серия конференций IOP: Materials Science and Engineering, 2018, 451(1), 012009 DOI: 10.1088/1757-899X/451/1/012009 Kramar L.Ya., Kydyakov A.I., Shul'dyakov K.V. Vvedenie puccolanovoy dobavki dlya povysheniya morozostoykosti betona dorozhnogo pokrytiya Seriya konferenciy IOP: Materials Science and Engineering, 2018, 451(1), 012009 DOI: 10.1088/1757-899X/451/1/012009 Соловьева В., Степанова И., Соловьев Д., Касаткина А. Высокоэффективная ремонтная смесь для восстановления и защиты поврежденных бетонных конструкций Конспект лекций по гражданскому строительству ссылка отключена, 2020, 50, стр. . 369-375 DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_38 Solov'eva V., Stepanova I., Solov'ev D., Kasatkina A. Vysokoeffektivnaya remontnaya smes' dlya vosstanovleniya i zaschity povrezhdennyh betonnyh konstrukciy Konspekt lekciy po grazhdanskomu stroitel'stvu ssylka otklyuchena, 2020, 50, str. . 369-375 DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_38 Соловьева В., Степанова И., Соловьев Д. Высокопрочный бетон с улучшенными деформационными характеристиками для дорожных покрытий. Сеть конференций E3S, Транспортная инженерия грунта в холодных регионах, Конспекты лекций по гражданскому строительству, том 50, том 2, 2020 г., стр. 339-345. https://doi: 10.1007/978-981-15-0454-9_35. Solov'eva V., Stepanova I., Solov'ev D. Vysokoprochnyy beton s uluchshennymi deformacionnymi harakteristikami dlya dorozhnyh pokrytiy. Set' konferenciy E3S, Transportnaya inzheneriya grunta v holodnyh regionah, Konspekty lekciy po grazhdanskomu stroitel'stvu, tom 50, tom 2, 2020 g., str. 339-345. https://doi: 10.1007/978-981-15-0454-9_35. Соловьева В., Степанова И., Соловьев Д., Ёршиков Н. Повышение уровня свойств композиционных материалов для инженерных геоконструкций с применением добавок нового поколения Конспект лекций в гражданском строительствеэта ссылка инвалид, 2020, 50, с. 387-393 DOI:10.1007/978-981-15-0454-9_40 Solov'eva V., Stepanova I., Solov'ev D., Ershikov N. Povyshenie urovnya svoystv kompozicionnyh materialov dlya inzhenernyh geokonstrukciy s primeneniem dobavok novogo pokoleniya Konspekt lekciy v grazhdanskom stroitel'stveeta ssylka invalid, 2020, 50, s. 387-393 DOI:10.1007/978-981-15-0454-9_40 Соловьева В., Соловьев Д., Степанова И. Бетоны с уникальными свойствами для специальных строительных конструкций Материаловедческий форум, ссылка отключена, 2018, 945 MSF, с. 64-69 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.945.64 Solov'eva V., Solov'ev D., Stepanova I. Betony s unikal'nymi svoystvami dlya special'nyh stroitel'nyh konstrukciy Materialovedcheskiy forum, ssylka otklyuchena, 2018, 945 MSF, s. 64-69 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.945.64 Николаев С.В., Бенин А.В., Попов А.М. Методика выбора эффективного погружения и контроля глубины заполнения строительных материалов с открытой текстурой Journal of Physics: Conference Seriesthis link is disabled, 2021, 2131(2), 022055 DOI:10.1088/1742-6596/2131/2 /022055 Nikolaev S.V., Benin A.V., Popov A.M. Metodika vybora effektivnogo pogruzheniya i kontrolya glubiny zapolneniya stroitel'nyh materialov s otkrytoy teksturoy Journal of Physics: Conference Seriesthis link is disabled, 2021, 2131(2), 022055 DOI:10.1088/1742-6596/2131/2 /022055 Караулов А.В., Немцев Д.В., Коньков А.В., Шехов В.В. Исследование задач теории устойчивости грунтов симплекс-методом Journal of Physics: Серия конференцийссылка отключена, 2021, 2131(3), 032019 DOI: 10.1088/1742-6596/2131/3/002019 Karaulov A.V., Nemcev D.V., Kon'kov A.V., Shehov V.V. Issledovanie zadach teorii ustoychivosti gruntov simpleks-metodom Journal of Physics: Seriya konferenciyssylka otklyuchena, 2021, 2131(3), 032019 DOI: 10.1088/1742-6596/2131/3/002019 Белаш Т.А., Митрофанова М.Н. Свайные фундаменты для районов совместного проявления вечной мерзлоты и повышенной сейсмичности (2018) Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия, 463 (2), № 022076 DOI: 10.1088/1757-899X/463/2/022076 Belash T.A., Mitrofanova M.N. Svaynye fundamenty dlya rayonov sovmestnogo proyavleniya vechnoy merzloty i povyshennoy seysmichnosti (2018) Seriya konferenciy IOP: Materialovedenie i inzheneriya, 463 (2), № 022076 DOI: 10.1088/1757-899X/463/2/022076 Сватовская Л., Михайлова К., Кабанов А., Хаменок Н. Особенности процессов растворения в технологиях геостроительства Конспект лекций по гражданскому строительству ссылка отключена, 2020, 50, с. 421-429 DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_44 Svatovskaya L., Mihaylova K., Kabanov A., Hamenok N. Osobennosti processov rastvoreniya v tehnologiyah geostroitel'stva Konspekt lekciy po grazhdanskomu stroitel'stvu ssylka otklyuchena, 2020, 50, s. 421-429 DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_44 Сватовская Л., Уров О., Михайлова К., Супелюк Т. Информационная оценка сохранения природных геосистем в геостроительстве путем повышения качества бетона Конспект лекций по строительству ссылка отключена, 2020, 50, с. стр. 405-411 DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_42 Svatovskaya L., Urov O., Mihaylova K., Supelyuk T. Informacionnaya ocenka sohraneniya prirodnyh geosistem v geostroitel'stve putem povysheniya kachestva betona Konspekt lekciy po stroitel'stvu ssylka otklyuchena, 2020, 50, s. str. 405-411 DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_42 Сычева А., Каменев Ю., Сватовская Л., Авсеенко А. Способ производства неавтоклавного пенобетона на основе полимеров для строительства различных дорожных сооружений в холодных регионах Конспект лекций по строительству. ссылка отключена, 2020, 50, с. 469-477 DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_49 Sycheva A., Kamenev Yu., Svatovskaya L., Avseenko A. Sposob proizvodstva neavtoklavnogo penobetona na osnove polimerov dlya stroitel'stva razlichnyh dorozhnyh sooruzheniy v holodnyh regionah Konspekt lekciy po stroitel'stvu. ssylka otklyuchena, 2020, 50, s. 469-477 DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_49 Глазунов В.В., Городнова Е.В., Ефимова Н.Н., Куликов А.И., Куликова Н.В. Геофизический мониторинг изменений состояния основания насыпи автомобильной дороги путем стабилизации грунта с использованием энергии взрыва Инженерно-горная геофизика 2018 - 14 с. Конференция и выставка, . DOI: 10.1088/1755-1315/459/3/032028 Glazunov V.V., Gorodnova E.V., Efimova N.N., Kulikov A.I., Kulikova N.V. Geofizicheskiy monitoring izmeneniy sostoyaniya osnovaniya nasypi avtomobil'noy dorogi putem stabilizacii grunta s ispol'zovaniem energii vzryva Inzhenerno-gornaya geofizika 2018 - 14 s. Konferenciya i vystavka, . DOI: 10.1088/1755-1315/459/3/032028 Колесникова Г.Н., Гаврилов Т.А. Моделирование условий образования низкотемпературных трещин в асфальтобетонном слое автомобильной дороги (2018) Вестник Томского государственного университета, Математика и механика, 2018 (56), с. 57-66. DOI: 10.17223/19988621/56/5 Kolesnikova G.N., Gavrilov T.A. Modelirovanie usloviy obrazovaniya nizkotemperaturnyh treschin v asfal'tobetonnom sloe avtomobil'noy dorogi (2018) Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta, Matematika i mehanika, 2018 (56), s. 57-66. DOI: 10.17223/19988621/56/5 Нестеров А.А., Марченко А.В., Васильев Н.К., Кондрашов Ю.Г., Алхименко А.И. Температурные деформации грунта, влияющие на транспортную непрерывность Арктики. Транспортная инженерия грунтов в холодных регионах, том 1 (стр. 25-34) DOI: 10.1007/978-981-15-0450-1_4. Nesterov A.A., Marchenko A.V., Vasil'ev N.K., Kondrashov Yu.G., Alhimenko A.I. Temperaturnye deformacii grunta, vliyayuschie na transportnuyu nepreryvnost' Arktiki. Transportnaya inzheneriya gruntov v holodnyh regionah, tom 1 (str. 25-34) DOI: 10.1007/978-981-15-0450-1_4.