Содержание исследований

ГЛАВА 
5. 
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ 
ОБОСНОВАНИЕ 
ПРИМЕНЕНИЯ 
МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА 
ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ВО ВЬЕТНАМЕ .................................................................... 129
5.1. Применение модифицированного мелкозернистого бетона при строительстве 
транспортных тоннелей, других подземных сооружений и для укрепления откосов 
строительных котлованов и склонов слабых грунтов методом торкретирования ............. 129
5.2. Технологическая схема получения модифицированного мелкозернистого бетона и его 
использование в жарких и влажных климатических условиях Вьетнама ........................... 131
5.3. 
Расчет 
экономической 
эффективности 
применения 
разработанного 
модифицированого мелкозернистого бетона на основе местных сырьевых материалов 
Вьетнама .................................................................................................................................... 133
5.4. Выводы по главе 5 ............................................................................................................. 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................................ 136
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................................................................. 140
ПРИЛОЖЕНИЕ А – Акт внедрения результатов исследований в ОАО «Инвестиции и 
Строительство (АСВ A CHAU)» .................................................................................................... 153
ПРИЛОЖЕНИЕ Б – Акт об использовании мелкозернистой бетонной смеси 
разработанного состава для укрепления откосов котлована при строительстве высотного 
здания «Hinode City» в г. Ханой .................................................................................................... 158
ПРИЛОЖЕНИЕ В – Список публикаций автора по теме диссертационной работы ......... 161

---

6 
ВВЕДЕНИЕ 
1. Актуальность темы диссертации 
В настоящее время в восьмимиллионном Ханое - столице Социалистической Республики 
Вьетнам (СРВ), реализуется масштабная программа развития городской транспортной 
инфраструктуры, включающая строительство автомагистралей и прокладку большого числа 
линий метрополитена и городских железных дорог, которые требуют сооружение 
значительного количества тоннелей и других подземных объектов с использованием 
мелкозернистых бетонных смесей методом торкретирования [1 - 3]. 
Высокий темп промышленного развития СРВ требует большого количества 
электроэнергии, 
основным 
источником 
которой 
в 
настоящее 
время 
являются 
теплоэлектростанции (ТЭС), работающие на угле, что объясняется имеющимися 
существенными природными запасами [4 - 6]. В результате ежегодно образуется значительное 
количество топливных золо-шлаковых отходов, в том числе, зол-уноса ТЭС (ЗУ), ухудшающих 
экологическую ситуацию в стране и требующих утилизации, тем более, что ограниченная 
площадь территории не позволяет использовать земельные ресурсы для их захоронения. 
Другим многотоннажным отходом является зола рисовой шелухи (ЗРШ), только часть которой 
в настоящее время используется в качестве малоэффективного удобрения в сельском хозяйстве. 
По этой причине проблема рациональной утилизации ЗУ и ЗРШ во Вьетнаме злободневна и, 
учитывая их высокую пуццоланическую активность благодаря значительному содержанию 
аморфного кремнезема, эффективным способом ее решения является использование указанных 
зол в составе минеральных вяжущих веществ, а также в качестве тонкодисперсных активных 
минеральных добавок в бетоны и строительные растворы, позволяющих заменить импортные и 
поэтому дорогие микрокремнезем и высокоактивный метакаолин, с целью связывания 
свободного гидроксида кальция (СН) в менее растворимые и реакционно способные 
низкоосновные гидросиликаты кальция (CSH). Поэтому, использование во Вьетнаме местных 
топливной ЗУ и ЗРШ для получения эффективного мелкозернистого бетона (МЗБ) 
представляется актуальным и перспективным [7 - 12]. 
Решение проблемы - получение высокопрочного и коррозионностойкого МЗБ из 
преимущественно местных для Вьетнама сырьевых материалов для строительства и ремонта 
подземных сооружений может быть осуществлено созданием уплотненной и упрочненной 
структуры цементного камня за счет совместного влияния комплексной органо-минеральной 
модифицирующей добавки (ОМД) (водоредуцирующий поликарбоксилатный суперпластификатор 
(ВПС) + тонковолокнистый микроармирующий полимерный наполнитель (ТМПН) + 

---

7 
механоактивированная ЗРШ), введенной в мелкозернистую бетонную смесь, и низкокальциевой 
(кислой) топливной ЗУ, входящей в состав вяжущего. 
Работа выполнена в рамках реализации программ Правительства СРВ «План транспортного 
развития столицы Ханоя до 2020 года» [13], «Генеральный план по развитию производства 
строительных материалов во Вьетнаме до 2020 года» [14] и «Утилизация несгоревших материалов и 
использование золы, шлака и гипса - отходов работы тепловых электростанций и химических 
заводов» [15]. 
Данная диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом научно-
исследовательских работ (НИР) ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», а также с планом НИР Министерства 
строительства Социалистической Республики Вьетнам и Института строительной науки и 
технологии Вьетнама. 
2. Степень разработанности темы 
При работе над диссертацией был проведен анализ научных, патентных и нормативных 
источников. Была обобщена литература по строительному материаловедению, теоретическим и 
экспериментальным исследованиям модифицирования структуры мелкозернистого бетона, 
проектированию составов мелкозернистых бетонных смесей и их применению методом 
торкретирования, накопленному мировому и вьетнамскому опыту использования мелкозернистого 
бетона при строительстве и ремонте транспортных тоннелей и других подземных сооружений с 
учетом местных условий известных в данных областях ученых, работы которых, посвященные 
указанным вопросам, имеют большую научную значимость. Однако, вопросы получения 
эффективных мелкозернистых бетонов с модифицированной структурой, обладающих высокой 
прочностью и коррозионной стойкостью, на преимущественно местном для Вьетнама сырье с 
использованием многотоннажных зольных отходов пока изучены недостаточно, а исследования 
влияния включения низкокальциевой (кислой) золы новой ТЭС «Вунг Анг» в состав вяжущего на 
состав и структуру цементного камня мелкозернистого бетона не проводились. 
3. Цель исследования
Целью диссертационной работы является научное обоснование технологического решения, 
обеспечивающего получение эффективного мелкозернистого бетона для подземного строительства 
на основе вяжущего, состоящего из портландцемента и низкокальциевой золы-уноса ТЭС «Вунг 
Анг», в результате модификации структуры бетона комплексной органо-минеральной 
модифицирующей добавкой. 
4. Задачи исследования 
Достижение поставленной цели диссертационной работы предполагает решение 
следующих научных и практических задач:

---

8 
1. Обосновать возможность получения высокопрочного и коррозионностойкого 
мелкозернистого 
бетона с плотной структурой, 
высокой 
водонепроницаемостью, 
незначительной усадкой и водопоглощением, используя преимущественно местные для 
Вьетнама сырьевые материалы, включая многотоннажные зольные отходы, за счет 
модификации структуры бетона комплексной органо-минеральной добавкой, состоящей из 
водоредуцирующего поликарбоксилатного суперпластификатора, механоактивированной золы 
рисовой шелухи, заменяющей микрокремнезем, и полипропиленовой фибры, а также путем 
включения в состав вяжущего низкокальциевой золы-уноса новой ТЭС «Вунг Анг», пригодного 
для строительства и ремонта подземных сооружений.
2. Оптимизировать с помощью методов математического планирования эксперимента и 
регрессионного анализа составы вяжущего, состоящего из цемента и низкокальциевой 
топливной золы-уноса ТЭС «Вунг Анг», комплексной органо-минеральной модифицирующей 
добавки и получаемого на их основе мелкозернистого бетона. 
3. Исследовать влияние модифицирования структуры мелкозернистого бетона на основе 
разработанного вяжущего из портландцемента и золы-уноса ТЭС «Вунг Анг» с помощью 
комплексной 
органо-минеральной 
модифицирующей 
добавки, 
состоящей 
из 
суперпластификатора, полипропиленовой фибры и механоактивированной золы рисовой 
шелухи, на его физико-механические свойства и эксплуатационные показатели. 
4. Разработать рекомендации по производству эффективного мелкозернистого бетона на 
основе разработанных вяжущего и комплексной органо-минеральной добавки, дать технико-
экономическое обоснование целесообразности его приненения во Вьетнаме для строительства и 
ремонта подземных сооружений. 
5. Объект исследования
Объект исследования
- технология получения и применения эффективного мелкозернистого 
бетона, модифицированного комплексной органо-минеральной добавкой, уплотняющей и 
микроармирующей его структуру. 
6. Предмет исследования
Предмет 
исследования 
- 
эффективный 
высокопрочный 
и 
коррозионностойкий 
мелкозернистый бетон с плотной структурой и незначительной усадкой, изготовленный на основе 
разработанной технологии.
7. Научная новизна работы
1. Установлен синергетический эффект от введения в мелкозернистую бетонную смесь на 
вяжущем из портландцемента и золы-уноса в соотношении 2:1 комплексной органо-минеральной 
модифицирующей добавки (1% поликарбоксилатного суперпластификатора Глениум Асе 388, 1,5% 

---

9 
полипропиленовой фибры и 10% механоактивированной золы рисовой шелухи в качестве 
тонкодисперсного минерального наполнителя с высокой пуццоланической активностью), 
заключающийся в формировании цементного камня с пониженным содержанием портландита 
(менее 14%) и структуры мелкозернистого бетона с минимальной пористостью (не более 7%), 
обеспечивающей 10%-ный прирост прочности на сжатие и на растяжение при изгибе, высокую 
стойкость к сульфатной, кислотно-солевой и коррозии выщелачивания, снижение усадки после 56-
суточных испытаний на 62%, водопоглощения на 26%, повышение водонепроницаемости на 32% и 
прочности сцепления с ранее уложенным бетоном на 24%, за счет водоредуцирующего действия 
суперпластификатора, микроармирования бетона фиброй и уплотнения его структуры 
низкоосновными гидросиликатами кальция, образующимися при связывании аморфным 
кремнеземом, содержащимся в золе рисовой шелухи и золе-уноса, гидроксида кальция цементного 
камня. 
2. Выявлено, что измельчение золы рисовой шелухи в вибромельнице приводит к ее 
механоактивации и повышению пуццоланической активности: установлено нелинейное увеличение 
растворимости в водно-щелочной среде аморфного кремнезема, содержащегося в золе, с 
повышением ее удельной поверхности, зависящей от продолжительности помола. На ИК-спектрах 
механоактивированной золы рисовой шелухи выявлено снижение интенсивности полосы 
поглощения с волновым числом 619 см
-1
, характерной для кристаллических фаз диоксида кремния, 
свидетельствующее об аморфизации поверхности частиц золы. 
8. Теоретическая и практическая значимость работы: 
- дополнены теоретические представления о формировании параметров структуры 
композиционного минерального вящущего, включающего портландцемент, низкокальциевую 
(кислую) золу-уноса и комплексную органо-минеральную модифицирующую добавку, 
состоящую 
из 
водоредуцирующего 
поликарбоксилатного 
суперпластификатора, 
микроармирующей полипропиленовой фибры и механоактивированной золы рисовой шелухи. 
Сформированный искусственный камень из указанного композиционного минерального 
вяжущего обладает повышенной плотностью структуры и низком содержанием портландита; 
- разработан модифицированный мелкозернистый бетон (ММЗБ) плотной структуры с 
пористостью не более 7%, содержанием портландита в цементном камне, не превышающим 
14%, с прочностью на сжатие 78,5 МПа и на растяжение при изгибе 7,17 МПа в возрасте 28 
суток нормального твердения, водонепроницаемостью 1,6 МПа, высокой стойкостью к 
различным видам коррозии (выщелачивания, кислотно-солевой, сульфатной) и поверхностной 
эрозии в водной среде, низким водопоглощением 2,5% по массе, незначительными усадочными 
деформациями, не превышающими 0,052% после 56-суточных испытаний, хорошим 
сцеплением с ранее уложенным бетоном и высоким уровнем защищенности стальной арматуры 

---

10 
от коррозии из преимущественно местного для Вьетнама сырья путем использования 
комплексной органо-минеральной модифицирующей добавки разработанного состава; 
- разработан и экспериментально опробован метод определения прочности сцепления 
нового бетонного слоя с поверхностью ранее уложенного бетона, который иммитирует усилия 
сдвига, оказываемые железнодорожными и метропоездами в ходе их движения и торможения в 
тоннелях; 
- разработано и опробовано на практике технологическое решения изготовления 
мелкозернистой бетонной смеси с использованием комплексной органо-минеральной 
модифицирующей 
добавки, 
позволяющей 
получить 
мелкозернистого 
бетона 
с 
модифицированной структурой, обладающий требуемыми свойствами для его применения при 
строительстве и ремонте транспортных тоннелей и укрепления откосов строительных 
котлованов и склонов слабых грунтов при проведении земляных работ в условиях жаркого и 
влажного климата Вьетнама. 
9. Методология и методы исследования 
Методологической основой исследования являются теоретические и эмпирические 
методы, базирующиеся на обобщении, сравнении, эксперименте, методах системного подхода, 
математического моделирования, планирования и обработки результатов экспериментов. 
Работа выполнена с применением методологических основ системно-структурного подхода 
строительного 
материаловедения 
«состав-структура-свойства». 
Экспериментальные 
исследования проводились на лабораторных образцах, изготовленных и испытанных на 
поверенном оборудовании по действующим нормативным документам РФ и СРВ с 
применением 
современных 
методов 
анализа: 
электронно-микроскопического, 
рентгенофазового, 
фотоколориметрического, 
термогравиметрического, 
инфракрасной 
спектроскопии, лазерной гранулометрии и химического анализа.
10. Положения, выносимые на защиту: 
1. Обоснование возможности получения эффективного мелкозернистого бетона плотной 
структуры, 
обладающего 
требуемыми 
физико-механическими 
свойствами 
и 
эксплуатационными показателями и предназначенного для строительства и ремонта подземных 
сооружений, за счет синергетического эффекта, достигаемого при модификации структуры 
бетона комплексной органо-минеральной добавкой разработанного состава, состоящей из 
водоредуцирующего суперпластификатора, микроармирующей полипропиленовой фибры и 
заменяющей дорогой импортный микрокремнезем механоактивированной золы рисовой 
шелухи - тонкодисперсного минерального наполнителя с высокой пуццоланической 
активностью, зависящей от оптимальной продолжительности ее помола в вибромельнице, 
приводящего к увеличению удельной поверхности и растворимости кремнезема в результате 

---

11 
аморфизации поверхности частиц золы, а также включения в состав вяжущего низкокальциевой 
(кислой) золы-уноса, уплотняющих структуру бетона и связывающих свободный гидроксид 
кальция в результате пуццолановой реакции в низкоосновные гидросиликаты. 
2. Результаты оптимизации составов вяжущего, состоящего из портландцемента и 
низкокальциевой золы-уноса ТЭС «Вунг Анг», комплексной органо-минеральной 
модифицирующей добавки и получаемого на их основе мелкозернистого бетона, 
произведенной с помощью методов математического планирования эксперимента и 
регрессионного анализа. 
3. Экспериментальные зависимости влияния разработанной комплексной добавки-
модификатора, а также низкокальциевой золы-уноса ТЭС «Вунг Анг» в составе вяжущего на 
основные физико-механические свойства и эксплуатационные показатели мелкозернистого 
бетона. 
4. Технологическое решение получения разработанного мелкозернистого бетона и 
результаты оценки эффективности его практического апробирования во Вьетнаме. 
11. Степень достоверности результатов 
Высокая 
достоверность 
результатов 
диссертационной 
работы 
обеспечивается 
обоснованным выбором современных методов исследования, проведением экспериментальных 
работ с использованием исследовательского и испытательного оборудования с достаточной 
воспроизводимостью результатов, применением стандартных методик, обеспечивающих 
достаточную точность полученных результатов с вероятностью не менее 95%, в том числе 
большим объемом проведенных экспериментальных исследований, необходимым числом 
повторных испытаний и применением математических статистических методов обработки и 
оптимизации полученных результатов, их сопоставлением с результатами других авторов и 
положительными результатами практической апробации и опытно-промышленного внедрения 
разработанного эффективного мелкозернистого бетона, модифицированного комплексной 
органо-минеральной добавкой. 
12. Апробация работы 
Результаты исследований по теме диссертационной работы были доложены на 
международных конференциях:
- XIX Международная межвузовская научно-практическая конференция студентов, 
магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Строительство - формирование среды 
жизнедеятельности», 27-29 апреля 2016 г., г. Москва, Российская Федерация; 
- Collection of Scientific Works the 50th Anniversary of the Establishment of Department 
"Construction of Underground and Mining", 2016, October 10-13, Hanoi, Vietnam; 

---

12 
- International Conferences on Earth Sciences and Sustainable Georesources Development. 
Session "Advances in Mining and Tunneling" (ICAMT 2016), 2016, November 12-15, Hanoi, 
Vietnam; 
- International Scientific Conference "High-Rise Construction-2017" (HRC-2017), 2017, 
September 4-8, Samara, Russian Federation; 
- VI Международная научная конференция «Интеграция, партнерство и инновации в 
строительной науке и образовании» (IPICSE-2018), 14-16 ноября 2018 г., г. Москва, Российская 
Федерация. 
13. Публикации
По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 8 работ в 
редактируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 3 работы в зарубежных 
изданиях, индексируемых в Scopus. 
14. Внедрение результатов исследования
Практическая апробация разработанного мелкозернистого бетона была проведена в 
Центре высоких технологий и в лабораториях кафедры «Технологии cтроительных материалов» 
Ханойского строительного университета, а также в лаборатории Строительного факультета 
Ханойского горно-геологического университета и показала эффективность применения 
разработанной комплексной добавки-модификатора, состоящей из суперпластификатора, 
механоактивированной золы рисовой шелухи и полипропиленовой фибры, для получения 
мелкозернистого бетона на основе вяжущего с использованием низкокальциевой (кислой) золы-
уноса ТЭС «Вунг Анг», обладающего плотной структурой, высокой прочностью на сжатие и на 
растяжение при изгибе, хорошей водонепроницаемостью и стойкостью к коррозии, а также 
низкими усадочными деформациями. 
В период с 1 января по 20 февраля 2018 года были изготовлены две опытные партии 
мелкозернистой бетонной смеси оптимального разработанного состава, общим объемом 13 м
3
, 
которые были использованы строительной организацией ОАО «Инвестиции и Строительство 
(АСВ A CHAU)» для обустройства свода и стен автодорожного тоннеля через перевал Ку Монг 
и укрепления склонов слабых грунтов в ходе строительства шоссе между городами Бинь-динь и 
Фу-йен на севере Вьетнама, а также строительной фирмой ОАО «Gia Khanh» для укрепления 
откосов котлована при строительстве высотного здания «Hinode City» в г. Ханое. Строительные 
работы были выполнены с надлежащим качеством и в короткие сроки благодаря быстрому 
схватыванию бетонной смеси из-за низкого водо-вяжущего отношения, сопровождались 
незначительным пылеобразованием и снижением потерь из-за отскока (рикошета) при 
торкретировании на 15% по сравнению с ранее использованными мелкозернистыми бетонными 
смесями. 

---

13 
Экономический эффект достигается за счет использования местных сырьевых материалов, 
позволяющих заменить в составе комплексной органо-минеральной модифицирующей добавки 
дорогой импортный микрокремнезем механоактивированной золы рисовой шелухи в качестве 
тонкодисперсного минерального наполнителя с высокой пуццоланической активностью при 
сохранении физико-механических свойств и экслуатационных показателей модифицированного 
мелкозернистого бетона на требуемом уровне. 
15. Личный вклад автора
Личный вклад автора состоит в изучении теоретических и экспериментальных основ с 
целью разработки вяжущего, содержащего низкокальциевую (кислую) топливную золу-уноса, а 
также комплексной ОМД для модификации структуры МЗБ путем сочетания минеральных и 
органических компонентов, включая зольные отходы и тонковолокнистый микроармирующий 
наполнитель; в планировании и непосредственном проведении экспериментальных 
исследований; статической обработке полученных экспериментальных данных; анализе и 
обобщении результатов исследования; оптимизации состава МЗБ-смеси для получения ММЗБ 
с требуемыми физико-механическими свойствами и эксплуатационными показателями; в 
проведении работы по практическому использованию результатов диссертационного 
исследования при опытной апробации разработанного материала и технико-экономическом 
обосновании эффективности применения ММЗБ разработанного состава, а также в подготовке 
публикаций в периодических научно-технических изданиях и докладов на научных 
конференциях по теме диссертационной работы на основе полученных результатов 
проведенных исследований. 
16. Соответствие паспорту специальности
Диссертационная работа соответствует п.7 «Разработка составов и принципов 
производства эффективных строительных материалов с использованием местного сырья и 
отходов промышленности» паспорта научной специальности 05.23.05 «Строительные 
материалы и изделия». 
17. Структура и объем работы 
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка 
использованной литературы и трех приложений. Работа изложена на 162 страницах 
машинописного текста, включает 61 таблицы, 92 рисунка и фотографии и список литературы из 
194 наименований. 

---

14