Содержание исследований

ГЛАВА 1.
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО ОПЫТА СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 
МОДИФИЦИРОВАННЫХ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ 
1.1. Предпосылки использования модифицированных мелкозернистых бетонов 
Объем использования бетона и железобетона в современном строительстве достигает 4 
млрд. м
3
в год [7, 16 - 18]. 
Их широкое применение объясняется объективными факторами, главными из которых 
являются: 
- уникальность физико-механических и эксплуатационных показателей, удовлетворяющих 
требованиям зданий и сооружений для разных видов строительства; 
- возможность удовлетворять различные архитектурные требования;
- практически неисчерпаемые запасы природного с помощью местного сырья с 
возможностью замены его сельскохозяйственными и промышленными отходами; 
- сравнительно низкая энергоемкость исходных компонентов и технологических 
процессов изготовления конструкций на основе бетонов и железобетонов; 
- благоприятные технико-экономические показатели производства и применения бетона и 
железобетона конструкций по сравнению с другими строительными материалами. 
Поэтому и в XXI веке бетон и железобетон остаются и одними из наиболее важных 
строительных материалов.
Современный модифицированный мелкозернистый бетон является очень важным и 
практически незаменимым строительным материалом. Получаемые с помощью современных 
технологий мелкозернистые бетоны могут иметь прочность на сжатие от 0,3 до 150 МПа, 
среднюю плотность в диапазоне 200 ÷ 2800 кг/м
3
[19] и обладать рядом специальных свойств, 
необходимых в соответствии с их назначением. Такие бетоны широко используют при 
строительстве метро, транспортных тоннелей, высотных зданий, большепролетных мостов, 
подземных сооружений и многих других строительных объектов. 
1.2. Мировой опыт применения модифицированных мелкозернистых бетонов и их 
использование во Вьетнаме 
1.2.1. Мировой опыт 
Одним из основных свойств модифицированного мелкозернистого бетона является высокая 
прочность на сжатие. Причем, наибольшая прочность бетона достигается путем качественного 
подбора состава сырьевой композиции и выбором рациональной технологии его получения. 

---

15 
Начиная с середины ХХ века, среднее значение прочности на сжатие у высокопрочных бетонов 
последовательно увеличивалось 35 до 50 ÷ 80 МПа и в последние годы до 150 МПа [16, 20].
Для получения бетона высокой прочности нужно создать плотную, однородную и, 
желательно, тонкозернистую структуру. Этого можно достигнуть при выполнении ряда условий, 
вытекающих из физических основ структурообразования бетона [17, 19, 21]:
- применением высококачественных вяжущих и заполнителей с хорошим качеством;
- предельно низким водо-цементным (В/Ц) отношением; 
- высоким предельно допустимым содержанием портландцемента; 
- применением cуперпластификаторов и комплексных минеральных добавок, способствующих 
получению плотной микроструктуры бетона; 
- особо тщательным перемешиванием и уплотнением бетонной смеси;
- созданием наиболее благоприятных условий при гидратации цемента в процессе твердения 
бетонов.
По данным Ю.М. Баженова [21] для высокопрочных бетонов следует применять цементы с 
активностью более 50 МПа и желательно с низкими значениями нормальной густоты. Кроме того, в 
зависимости от назначения бетона для его приготовления целесообразно использовать различные 
портландцементы определенного минералогического состава.
В последнее время все шире применяются бетонные смеси без крупных заполнителей, в том 
числе и мелкозернистые бетонные смеси для получения модифицированных бетонов с высокой 
прочностью. Переход к мелкозернистым бетонам (МЗБ) позволяет создавать виды новых бетонов с 
улучшенной структурой. Мелкозернистые бетоны, не содержащие крупного заполнителя, нашли 
широкое применение при изготовлении тонкостенных железобетонных конструкций, 
армоцементных изделий, кладочных растворов и др. [22, 23 - 25].
Значительный прогресс в разработке составов, исследовании свойств и возможных областей 
применения МЗБ в промышленном, гражданском и транспортном строительстве принадлежит Н.М. 
Красиникову, X. Морену, А.М. Шейнину и другим ученым [26 - 28].
В последние годы в строительстве все больше применяются различные виды мелкозернистых 
бетонов. При этом, их использование для изготовления изделий различного назначения зачастую 
требует применение специфических технологических приемов приготовления бетонных смесей, а 
также способов формования и ухода за бетоном. Большую роль в разработке технологии и 
исследовании эксплуатационных характеристик разных видов мелкозернистых бетонов сыграли 
работы Ю.М. Баженова, а также его коллег и учеников: Л.А. Алимова, В.В. Воронина, В.Г. 
Батракова, Г.А. Добролюбова, А.В. Ферронской и др. [18, 22, 23, 29, 30].
МЗБ рационально использовать для изготовления железобетонных изделий при 
строительстве в тех районах, где отсутствуют щебень и гравийно-песчаная смесь. 

---

16 
Разработанные в последние годы различные технологические приемы (использование 
микронаполнителей 
из 
отходов 
металлургической, 
топливно-энергетической 
и 
камнеобрабатывающей промышленности, химических добавок и др.) [31, 32] позволяют 
получить мелкозернистые бетоны с расходом цемента, не превышающим требования норм для 
обычных тяжелых бетонов с крупным заполнителем. С применением МЗБ созданы новые 
эффективные тонкостенные конструкции, армированные стальными тканными сетками или 
дисперсно-армированные отрезками проволоки, а также волокнами органического и 
минерального происхождения. 
Особую разновидность МЗБ составляют строительные растворы: кладочные, штукатурные, 
отделочные и ремонтные [23, 33, 34]. 
В таких бетонах, как правило, обязательно применение эффективных комплексных добавок, 
позволяющих уменьшить водопотребность смеси и усадку бетона. Мелкозернистые бетоны весьма 
технологичны, т.к. мелкозернистые бетонные смеси легко перекачиваются пневмонасосами, а также 
обладают высокой однородностью и долговечностью. 
В своей работе Ю.М. Баженова [21] отмечает, что мелкозернистая структура обладает 
множеством преимуществ, основными из которых являются: 

возможность получения МЗБ с однородной тонкодисперсной высокопрочной 
микроструктурой; 

повышенная удобоукладываемость бетонных смесей к транспортабельности и 
использованию на строительную площадку; 

возможность формирования изделий и конструкций на основе модифицированных 
бетонов различными методами: экструзией, литьем, торкретированием, штампованием, 
прессованием и др.; 

возможность получения материалов различного назначения с заданными комплексами 
свойств; 

возможность получения специальных бетонов, таких как: гидроизоляционные, 
электропроводящие, декоративные, фибробетоны, армоцемент и др.; 

возможность широко использовать местные сырьевые материалы и, как правило, более 
низкая себестоимость в сравнении с бетоном на обычных крупных заполнителях; 

многофункциональность, т.е. на одном и том же цементе и заполнителе лишь с 
помощью различных добавок, корректировки дозировок компонентов и технологических 
приемов можно получить различные виды бетонов. 
Модифицированная МЗБ-смесь имеет более однородную структуру, а также легче 
поддается различным технологическим переделам. Это дает возможность получать изделия и 
конструкции различного назначения с требуемыми эксплуатационными показателями. Для 

---

17 
получения мелкозернистых бетонов, обладающих нужными свойствами, широко используют 
волокнистые микроармирующие наполнители и добавки-модификаторы (супер- и 
гиперпластификаторы, микрокремнезем, метакаолин, топливную золу-уноса и золу, 
образующуюся при сжигании рисовой шелухи, а также местное сырье и промышленные 
отходы) [25, 35 - 39].
В работах [19, 21] приведена технологическая схема приготовления МЗБ смесей для 
последующего получения модифицированных мелкозернистых бетонов с помощью 
комплексных органо-минеральных добавок (рисунок 1.1). 
Рисунок 1.1 - Технологическая схема приготовления мелкозернистых бетонных смесей для 
получения ММЗБ на основе композиционных цементных систем 
Для получения модифицированных мелкозернистых бетонов используют заполнители с 
крупностью зерен 0,14 ÷ 5 мм. Наиболее часто в качестве заполнителей употребляют природный 
кварцевый или искусственный песок [40]. Согласно исследованию [41], тонкодисперсные пески 
способствуют улучшению поровой структуры мелкозернистых бетонов. Кроме того, в качестве 
мелкого заполнителя используют отходы камнеобработки и производства огнеупоров, шлаки 
плотной и пористой структуры, керамзитовый и перлитовый песок, пиритные огарки и др. [17, 19, 
21, 34, 42 - 45].
Как и в крупнозернистом бетоне высокой прочности в ММЗБ возможно применение 
различных видов армирования и использование дисперсно-волокнистых микроармирующих 
наполнителей в виде стальных, полимерных, углеродных, щелочестойких стеклянных и базальтовых 
волокон [19, 46 - 51].
В последние годы модифицированные мелкозернистые бетоны получили широкое 
распространение при строительстве речных и морских гидросооружений [52, 53], создании 
дорожных [26, 31, 54 - 57] и аэродромных покрытий [6, 22, 28, 58], изгибаемых изделий [46], 
предварительно напряженных железобетонных подрельсовых конструкций [24], в жилищном 

---

18 
строительстве [59], а также при строительстве различных современных сооружений [8], например, 
большепролетных мостов, небоскребов, подземных мини-городов и др. (таблицы 1.1 и 1.2).
Таблица 1.1 - Мировой опыт строительства большепролетных мостов с использованием 
модифицированных мелкозернистых бетонов 
Название моста 
Место 
строительства 
Год завершения 
строительства 
Длина пролета, 
м 
Прочность ММЗБ
на сжатие, МПа 
Уиллоус 
Торонто, Канада 
1967 
48,2 
41,37 
Хьюстон 
Texac, США 
1981 
228,6 
41,37 
Сан Диего 
Калифорния, США 
1969 
42,7 
41,37 
Паско-Кеннуик 
Интерсити 
Вашингтон, США 
1978 
299,0 
41,37 
Халтингтон 
Вирджиния, США 
1984 
274,3 
55,16 
Нитта 
Япония 
1968 
29,9 
58,61 
Фулкамитсу 
Япония 
1974 
25,9 
68,95 
Аккагава 
Япония 
1976 
45,7 
78,60 
Таблица 1.2 - Мировой опыт строительства высотных зданий с использованием 
модифицированных мелкозернистых бетонов 
Название высотного 
здания 
Место 
строительства 
Год завершения 
строительства 
Количество 
этажей 
Прочность ММЗБ 
на сжатие, МПа 
Texas Commerce Tower Хьюстон, США 
1981 
75 
51,71 
SE.Finamcial Center 
Майами, США 
1982 
53 
48,26 
Royal Bank Plaza 
Торонто, Канада 
1975 
43 
61,47 
Water Tower Place 
Чикаго, США 
1975 
79 
62,87 
Columbia Center 
Сиэтл, США 
1983 
76 
66,36 
Interfirst Plaza 
Даллас, США 
1983 
72 
76,84 
311 S.Wacker Drive 
Чикаго, США 
1998 
70 
83,82 
Two Union Square 
Сиэтл, США 
1987 
62 
97,79 
Используя дисперсно - волокнистые микроармирующие наполнители, компания «Буигес 
Лафарж Рходиа» (Англия) разработала состав высококачественного мелкозернистого бетона, 
получившего название «Дуктал» (Ductal) и имеющего следующие основные характеристики [8, 25]: 

ультра - высокая прочность на сжатие; 

высокие прочности на осевое растяжение и на растяжение при изгибе, а также модуль 
упругости; 

очень высокая долговечность; 

хорошая формуемость и простота в использовании;

высокое качество образующейся поверхности.
Высокопрочный мелкозернистый бетон «Дуктал» был использован при строительстве 
следующих зданий и сооружений (таблица 1.3). 

---

19 
Таблица 1.3 - З
дания и сооружения, при строительстве которых был использован бетон «Дуктал» 
Название сооружения 
Cтрана 
Годы постройки 
Шербрукский пешеходный мост 
Канада 
1997 
АЭС «Каттеном» 
Франция 
1997 

1998 
Мостовые переходы через реку Seonyu 
Корея 
2001 

2002 
Музей Королевы София 
Мадрид, Испания 
2003 
Мост «Shepherds» 
Австралия 
2003 

2004 
Электростанция «Eraring» 
Австралия 
2004 
Железнодорожный вокзал «Papatoetoe» 
Новая Зеландия 
2005 
Большое число исследований в области бетонов, в том числе и мелкозернистых, 
посвящено использованию в качестве тонкодисперсных минеральных добавок, обладающих 
высокой пуццоланической активностью, микрокремнезема [8, 25, 60, 61] или высокоактивного 
метакаолина [62] как индивидуально, так и в смеси с тонкоизмельченными золошлаковыми 
отходами [33, 63], поскольку известно, что одним из эффективных методов активизации 
минеральных добавок помимо механоактивации, которая увеличивает их гидравлическую или 
пуццоланическую активность и одновременно усиливает «эффект микронаполнителя» в 
цементных системах, а также способствует процессу зародышеобразования гидросиликатных 
фаз, что и обеспечивает повышение прочности бетона, также является применение смеси 
нескольких активных добавок [64]. 
Существенным 
недостатком 
низкокальциевых 
зол-уноса 
по 
сравнению 
с 
микрокремнеземом и высокоактивным метакаолином является то, что их моноприменение из-за 
более низкой пуццоланической активности приводит к снижению прочности и коррозионной 
стойкости бетона, так как в них содержится меньше амфорного кремнезема и больше 
кристаллических форм диоксида кремния в виде кварца и муллита. Поэтому кислую золу-уноса 
целесообразно применять в смеси с другими тонкодисперсными активными минеральными 
добавками, обладающими большей пуццоланической активностью. В работах [37, 65 - 67] 
обосновывается возможность замены дорогого и импортного для Вьетнама микрокремнезема 
золой в составе комплексных органо-минеральных модификаторов бетона, в результате чего 
можно получить мелкозернистые бетоны с прочностью на сжатие 40 ÷ 60 МПа и высокой 
водонепроницаемостью (W16). Кроме того, использование для получения ММЗБ вторичных 
техногенных продуктов в виде отходов промышленности и энергетики способствует 
улучшению экологической ситуации [31, 32, 34, 35, 38, 68, 69]. 

---

20 
В связи с вышеизложенным представляется весьма актуальным и перспективным 
продолжение исследований в указанном направлении с целью замены импортных и поэтому 
дорогих микрокремнезема или метакаолина на более доступные и дешевые тонкодисперсные 
минеральные добавки из местного вторичного сырья, обладающие высокой пуццоланической 
активностью, например, на механоактивированную золу рисовой шелухи, сохраняя на 
требуемом уровне физико-механические свойства и эксплуатационные показатели ММЗБ. 
1.2.2. Опыт Вьетнама 
В работах вьетнамских ученых [9, 70 - 71] приводится классификация бетонов на основе их 
главного физического свойства-прочности на сжатие (таблица 1.4). 
Таблица 1.4 - Классификация бетонов по прочности на сжатие в возрасте 28 суток 
Свойства 
Рядовые 
бетоны 
Высокопрочные бетоны 
Сверхвысокопрочные 
бетоны 
Прочность на сжатие, MПa 
< 70 
70 ÷ 150 
>150 
В/Ц 
> 0,45 
0,3 ÷ 0,45 
< 0,25 
Химические добавки 
- 
Пластификаторы и 
суперпластификаторы 
Супер- и 
гиперпластификаторы 
Тонкодисперсные 
минеральные добавки 
- 
ЗУ 
МК 
Коэффициент воздухо-
проницаемости (см/с) 
> 10
-10 
10
-12
÷ 10
-10 
< 10
-12 
В последние годы во Вьетнаме наблюдается повышенный интерес в области научных 
исследований и практического применения ММЗБ, который объясняется необходимостью 
удовлетворять растущие потребности современного строительства. Основными областями 
применения ММЗБ являются специальное строительство, возведение высотных зданий и 
большепролетных мостов (рисунки 1.2, 1.3 и таблица 1.5), строительство морских и подземных 
сооружений различного назначения [9, 70, 72 - 76]. 

---

21 
Рисунок 1.2 - Строительство Мавзолея 
Хо Ши Мин в г. Ханой в 1975 г. 
Рисунок 1.3 - Строительство моста 
«Нят Тан» в 2009 - 2015 гг. 
Таблица 1.5 - Практический опыт применения ММЗБ во Вьетнаме 
Название строительного 
объекта 
Место 
строительства 
Год 
завершения 
строительства 
Высота, 
м 
Прочность ММЗБ 
на сжатие, МПа 
Мавзолей Хо Ши Мин 
г. Ханой
1975 
22 
45 
Башня «Keangnam HaNoi 
Landmark» 
г. Ханой
2011 
336 
50 ÷ 60 
Финансовая Башня «Bitexco» 
г. Хошимин
2010 
262,5 
40 ÷ 60 
Башня «Алмазный Цветок» 
г. Ханой
2013 
177 
40 ÷ 60 
Мэрия города Дананг 
г. Дананг
2014 
166,9 
50 ÷ 60 
Гостиница «Мыонг Тхань» 
г. Нья Чанг 
2015 
166,1 
40 ÷ 50 
Mост «Нят Тан» 
г. Ханой
2015 
- 
40 ÷70 
Mост «Винь Туи» 
г. Ханой
2010 
- 
40 ÷ 60 
Mост «Бай Чай» 
г. Куанг Нин 
2006 
- 
40 ÷ 50 
В работах [77, 78] анализируется накопленный опыт использования торкрет-бетона при 
строительстве транспортных тоннелей в различных районах Вьетнама (рисунки 1.4, 1.5 и 1.6). 
Рисунок 1.4 - Прокладка автодорожного 
тоннеля через перевал Ка в 2012 г. 
Рисунок 1.5 - Сооружение тоннеля Тху Тхием в 
г. Хошимин в 2011 г. 

---

22 
Рисунок 1.6 - Прокладка автодорожного тоннеля через перевал Ку Монг в 2018 г. 
В научных центрах Ханойского транспортного университета в первом десятилетии XXI века 
проводились многочисленные научно-исследовательские работы, в результате которых были 
получены высококачественные мелкозернистые бетоны, армированные стальными, полимерными и 
другими видами дисперсно-волокнистых микронаполнителей [74, 79, 80]. 
Согласно исследованиям [3, 81 - 84] использование ММЗБ с прочностью на сжатие 40 
÷
70 
МПа весьма эффективно при строительстве тоннелей метро и на предприятиях горнодобывающей 
промышленности. 
В работах [6, 85] сообщается о разработке составов высококачественных мелкозернистых 
бетонов для аэродромных покрытий с прочностью на сжатие 100 МПа, содержащих 
полипропиленовые дисперсно-волокнистые микроармирующие наполнители. Кроме того, для 
получения ММЗБ во Вьетнаме широко используются различные золы и шлаки, генерируемые 
промышленностью и сельским хозяйством (зола рисовой шелухи, золы-уноса тепловых 
электростанций, металлургические шлаки и другие золошлаковые отходы) [74, 86]. Однако, 
свойства ММЗБ все еще изучены не до конца и это обстоятельство сдерживает их более широкое 
применение в строительстве.
1.3. Научные основы создания модифицированных мелкозернистых бетонов 
Бетоны представляют собой многокомпонентные композиционные гетерогенные 
материалы, состоящий из трех основных фаз [19, 70, 87]: 

цементного камня, образующегося в результате затвердевания цементного теста; 

заполнителя; 

переходной зоны контакта между заполнителем и цементным камнем. 
Разрушение бетонов под действием нагрузки происходит, как правило, в зоне ослабленной 
структуры, присутствующей в одной из этих трех фаз и, по этой причине, обладающей наименьшей 

---

23 
прочностью или сопротивляемостью к деформациям. Поэтому, чтобы получить прочный и 
качественный бетон надо уплотнить и упрочнить его структуру. 
1.3.1. Формирование структуры модифицированного мелкозернистого бетона
Процесс формирования структуры бетона включает несколько этапов: выбор сырья и добавок, 
проектирование состава, приготовление, укладка и уплотнение бетонной смеси, ее схватывание и 
твердение бетона. При этом, для получения качественной структуры необходимо активное 
управление структурообразованием бетона на всех технологических переделах. 
В работе [19] показано, что наибольшее влияние на свойства бетона оказывают структура 
цементного камня, а также структура переходной зоны контакта между заполнителем и цементным 
камнем.
Заметное влияние на структуру и свойства бетона оказывает заполнитель. Введение 
заполнителя, особенно крупного, огрубляет структуру, делает ее более крупнозернистой, приводит к 
росту вероятности появления дефектов, в первую очередь, в контактной зоне между заполнителем и 
цементным камнем, вызывающих снижение прочности бетона. 
МЗБ, содержащие комплексные органо-минеральные модификаторы структуры и дисперсно-
волокнистые микроармирующие наполнители, имеют более плотную структуру и обладают 
большей прочностью, чем бетоны с крупнозернистой структурой, в том числе и из-за присутствия в 
составе модифицирующих добавок ультрадисперсных частиц, заполняющих поры в цементном 
камне. Это обеспечивает значительное повышение качества бетонов, их эксплуатационной 
надежности и долговечности. 
В технологии модифицированных бетонов необходимо выполнять условия, обеспечивающие 
получение структуры бетона с требуемой плотностью. Для этого необходимо решить следующие 
задачи[17]:
- применение высокопрочных композиционных вяжущих веществ и заполнителей; 
- предельно низкое В/Ц отношение, обеспечивающее высокую первоначальную плотность 
структуры; 
- правильный подбор соотношения различных сырьевых материалов твердой фазы и 
заполнителя, позволяющий получить более плотную микроструктуру бетона; 
- применение комплексных органо-минеральных добавок, способствующих повышению 
плотности, за счет управления процессом структурообразования; 

---

24 
- введение наноматериалов (микрокремнезем и механоактивированная зола рисовой 
шелухи) для улучшения межфазового взаимодействия и упрочнения контактной зоны контакта 
между заполнителем и цементным камнем; 
- тщательное перемешивание и качественное уплотнение бетонной смеси для обеспечения 
ее гомогенизации с целью создания благоприятных условий взаимодействия сырьевых 
составляющих и достижения однородности формирующейся структуры бетона; 
- создание наиболее благоприятных условий твердения бетона. 
В современных условиях наблюдается изменение технических и экономических предпосылок 
использования новых видов бетона в строительстве. Переход от обычных бетонов к 
многокомпонентным, с широким использованием суперпластификаторов, тонкодисперсных 
наполнителей и других добавок позволяет свести к минимуму негативный эффект, вызванный 
повышенным расходом воды и цемента в МЗБ-смесях. 
1.3.2. Повышения прочности цементного камня и зоны контакта между заполнителем и 
цементным камнем 
При гидратации цемента в составе гидратных новообразований цементного камня 
наибольшее значение по занимаемому объему и влиянию на свойства цементного камня имеют 
CSH и свободный CH. Образование этих соединений может быть представлено следующей 
схемой химических реакций, происходящих при гидратации цемента: 
C
3
S, C
2
S, C
3
A и C
4
AF + вода

CSH, CAH и CFH + CH 
(1.1)
где: C
3
S - алит (ЗСаО.SiО
2
); C
2
S - белит (2СаО.SiО
2
);
C
3
A - трехкальциевый алюминат (ЗСаО.А1
2
О
3
);
C
4
AF - четырехкальциевый алюмоферрит (4СаО.А1
2
О
3
.Fe
2
О
3
); 
CH - гидроксид кальция; CSH - гидросиликаты кальция; 
CAH - гидроалюминаты кальция; 
CFH - гидроферриты кальция.
На рисунке 1.7 изображена схема гидратации портландцемента, не содержащего активных 
минеральных добавок [30, 51]. 

---

25 
A – Портландцемент. 
B – Вода. 
C – CSH. 
D – CH. 
Рисунок 1.7 - Гидратация портландцемента при отсутствии активных минеральных добавок 
Гидросиликаты кальция являются соединениями, обеспечивающими прочность бетона. 
Гидроксид кальция (15 ÷ 30% от общего объема продуктов гидратации) [88, 89] представляет собой 
вещество, имеющее неплотную структуру и способное растворяться в воде, поэтому он не играет 
важную роль в повышении прочности и долговечности бетона. 
Согласно работе Мехта и Монтейро [90] продукты гидратации клинкера с низкой степенью 
кристалличности повышают прочность цементного камня. Поэтому для увеличения плотности 
цементного камня необходимо создание такой его структуры, которая содержит много 
мелкокристаллических «внутренних продуктов» CSH за счет уменьшения доли более 
крупнокристаллических «внешних продуктов» CSH (рисунок 1.8). 
Рисунок 1.8 - Развитие микроструктуры цементного камня в процессе гидратации 
портландцемента, где: Fss - алюмоферрит кальция; AFt - гидросульфоалюминат кальция;
AFm - гидросульфоалюмоферрит кальция 
В работах [87, 91] авторы отмечают, что основными факторами, которые влияют на прочность 
цементного камня являются соотношения между количествами воды, образующихся минералов 
гидратации и вовлеченного воздуха в бетонных смесях. Эта закономерность выражается следующей 
формулой (1.2): 

---

26 
ц
2
1
R = k
,
В
1
Ц








(1.2) 
где: R
ц 
- прочность цементного камня на сжатие, МПа;
Ц, В - соответственно, массы цемента и воды, кг;
k - константа, зависящая от типа цемента. 
Из формулы (1.2) следует, что для повышения прочности цементного камня необходимо 
снизить водоцементное отношение в бетонной смеси. 
При снижении В/Ц капиллярная пористость и общая пустотность цементного камня 
уменьшаются, что способствует уменьшению объема «внешних гидратированных продуктов». 
Более того, когда частицы цемента ближе друг к другу легче возникают связующие мостики 
между ними в ходе гидратации. За счет этого прочность цементного камня будет нарастать 
быстрее, в том числе и в зоне его контакта с заполнителем [92, 93]. 
В бетоне на стыке цементного камня и поверхности частиц заполнителя есть зона высокой 
пористости, склонная к образованию микротрещин. Она называется переходной сопряженной 
зоной и имеет размеры 10 ÷ 20 мкм. Это самое слабое звено в структуре бетона нормальной 
прочности, которое влияет не только на его прочность, но и долговечность. Переходная 
сопряженная зона состоит, в основном, из крупных кристаллов гидроксида кальция и 
эттрингита. Принято считать, что свойства переходной сопряженной зоны надо учитывать при 
оценке физико-механических свойств и проницаемости бетона [94, 95]. 
За счет снижения водоцементного соотношения и использования активных минеральных 
добавок, состоящих в основном из аморфного SiO
2
, связывающих свободный CH в менее 
растворимые и более плотные соединения, можно уменьшить толщину и повысить плотность 
переходной зоны в бетоне. 
Поэтому, благодаря этой пуццолановой реакции, содержание свободного Ca(OH)
2 
в виде 
крупных кристаллов портландита снижается, в то время как увеличивается содержание CSH, 
повышающих прочность и долговечность бетона за счет увеличения плотности и прочности как 
самого цементного камня, так и контактной зоны между цементным камнем и зернами 
заполнителя в структуре высокопрочных бетонов. 
1.3.3. Добавки 
В современной технологии вяжущих веществ и бетонов был достигнут прогресс за счет 
появления и использования различных модифицированных добавок. Наибольшее 
распространение 
среди 
них 
получили 
водоредуцирующие 
поликарбоксилатные

---

27 
суперпластификаторы, а также комплексные органо – минеральные модификаторы, с помощью 
которых можно модифицировать структуру бетонов.
В работах [6, 20, 30, 32, 96 - 99] делается вывод, что введение добавок в бетонную смесь 
позволяет снизить водоцементное отношение и повысить плотность структуры 
формирующегося искусственного каменного материала. Кроме того, уплотняя структуру 
цементного 
камня, 
комплексные 
органо-минеральные 
модифицирующие 
добавки 
одновременно позволяют управлять физико-механическими свойствами бетона с помощью 
введения в него воздушной фазы с регулируемыми параметрами структуры. Поэтому появилась 
возможность получать высококачественные бетоны модифицированной структуры. 
В 
последнее 
время 
появились 
особо 
эффективные 
водоредуцирующие 
поликарбоксилатные суперпластификаторы в виде эфиров поликарбоксилитов, дизайн 
макромолекул которых разработан с помощью метода компьютерного моделирования. 
Механизмы 
действия 
пластифицирующих 
добавок: 
Механизмы 
действия 
суперпластификаторов в модифицированных бетонах аналогичны механизмам их действия в 
обычных бетонах и делятся на 3 основные категории [48, 93, 100 - 102]: 

пластикация со снижением поверхностного натяжения; 

пластикация с адсорбцией на растворимых цементных частицах, сопровождаемая анти-
агрегационным эффектом (рисунок 1.9); 

пластикация с эффектом воздухововлечения (рисунок 1.10). 
Рисунок 1.9 - Пластикация на растворимых цементных частицах 
Рисунок 1.10 - Пластикация с эффектом воздухововлечения 
В работах [102, 103] добавки - пластификаторы делятся на пять типов следующим образом: 
Цемент 
Суперпластификатор 
Цемент 
Суперпластификатор 
Газовые 
пузыри 
Гидрофобные 
головы 
Гидрофильные 
головы 

---

28 

пластифицирующие-водоредуцирующие; 

суперпластифицирующие; 

сильнопластифицирующие; 

пластифицирующие; 

стабилизирующие. 
Наиболее распространенные типы суперпластификаторов представляют собой [3, 70]:
- 
полиметиленнафталинсульфонаты: 
R = H.CH.C
n
H
m
- 
полиметиленмеламинсульфонаты: 
M = C
n
H
m
- 
полиакрилаты и поликарбоксилаты с макромолекулами различного дизайна [104, 105]: 
R = CH
2
.C
n
H
m
- алифатические суперпластификаторы: 

---

29 
Активные минеральные тонкодисперсные добавки способны в присутствии воды 
взаимодействовать с портландитом - Са(ОН)
2
в условиях обычных температур, образуя соединения, 
обладающие вяжущими свойствами – CSH, по схеме реакции (1.3): 
SiO
2
(аморфный в минеральных добавках) + Са(ОH)
2 
+ H
2
O 

CSH 
(1.3)
Инертные минеральные добавки чаще всего используют для того, чтобы регулировать 
зерновой состав и заполнение пустот в твердой фазе бетона, а также для повышения 
водоудерживающих свойств бетонных смесей. К инертным минеральным добавкам относят 
тонкомолотые кварцевые пески и известняки, газовую сажу, глину и др. 
A – Портландцемент. 
B – Вода. 
C – CSH. 
D – CH. 
E – активные минеральные добавки.
Рисунок 1.11 - Схема гидратации портландцемента с активными минеральными добавками 
Комплексные органо-минеральные добавки способствуют сильному уплотнению структуры 
бетона, а также связыванию свободного гидроксида кальция в менее растворимые низкоосновные 
гидросиликаты и образованию эттрингита, что приводит к повышению плотности структуры 
цементного камня и в сочетании с гидрофобизирующей кремнийорганической жидкостью, 
вводимой в бетонную смесь, обеспечивает существенный рост прочности и водонепроницаемости 
бетона [106-110]. Поэтому их широко используют для управления процессом структурообразования 
твердеющего бетона [19, 43, 51, 98, 111]. 
В последнее время органо-минеральные модифицирующие добавки предлагаются более 
дешевые, хотя и несколько менее эффективные, чем наноматереал или микрокремнезем 
тонкодисперсные добавки: метакаолин, низкокальциевой золы-уноса, механоактивированной 
золы рисовой шелухи, специально переработанные промышленные отходы, а также 
сельскохозяйственные 
отходы 
и 
др. 
Наилучшие 
результаты 
получаются, 
если 
модифицирующая 
минеральная 
добавка, 
например, 
микрокремнезем 
или 
смесь 
микрокремнезема с зольной остатоком и золой-уноса, смешивается с водоредуцирующим 
поликарбоксилатным суперпластификатором заранее. Такие смеси получили название 
комплексных органо-минеральных добавок и все шире используются для производства 
строительные материалы, в том числе и бетона [35, 67, 90, 91, 112]. 

---

30 
1.3.4. Дисперсно-волокнистые микроармирующие наполнители 
Тонковолокнистый микроармирующий наполнитель (ТМН) в бетонах оказывают 
положительное влияние на процессы структурообразования, плотность и прочность бетонов и на 
другие их физико-механические и эксплуатационные свойства. Однако, зачастую наряду с 
увеличением его прочности наблюдается повышение его чувствительность к трещинам, в связи с 
чем снижается надежность бетона. Поэтому актуально армирование структуры бетона путем 
введения в сырьевую смесь дисперсно-волокнистых добавок, в виде стальных, минеральных, 
полимерных, углеродных и волокон другого происхождения. 
Введение в состав бетона дисперсно-волокнистых микроармирующих наполнителей 
рассматривается как эффективный метод повышения его прочности на растяжение и изгиб, который 
также замедляет образование трещин на всех уровнях структуры бетона, что способствует 
увеличению его трещиностойкости и долговечности [19, 25, 47 - 49, 52, 113]. 
ММЗБ с ТМН по сравнению с обычным тяжелым бетоном имеет в несколько раз более 
высокие по сравнению с ним прочность на растяжение и изгиб, трещиностойкость и ударную 
вязкость [19, 25]. Все это обеспечивает высокую технико-экономическую эффективность его 
применения в современном строительстве. 
Армирование бетона с учетом его склонности к трещинообразованию целесообразно 
осуществлять волокнами длиной от 1 до 5 мм и диаметром от 10 до 50 мкм. В этом случае 
пригодными могут быть различные виды стекловолокна, полимерные и минеральные волокна. 
Армирование бетона стальными, минеральными, углеродными и кокосовыми волокнами было 
изучено в работах отечественных и зарубежных ученых [47, 49, 52]. 
В работе [8] приводится описание высокопрочного бетона «Дуктал», армированного 
стальными волокнами, который обладает большой пластичностью и стойкостью к деформации под 
действием изгибающих и растягивающих усилий даже на стадии первоначального растрескивания. 
Синергизм действия микродисперсных стальных волокон в бетоне показан на рисунке 1.12. 
Рисунок 1.12 - Синергизм действия микродисперсных стальных волокон в бетоне 

---

31 
1.4. Предпосылки использования модифицированных мелкозернистых бетонов для 
строительства метро и других подземных сооружений
1.4.1. Опыт мирового метростроения
Появление первых проектов строительства метрополитена в России, в городе Санкт -
Петербурге – столице Российской Империи, относится к концу XIX века [114].
Современное состояние линий метрополитена в некоторых других крупных городах мира 
представлено в таблице 1.6 [115]. 
Таблица 1.6 - Метро в некоторых крупных городах мира 
Города 
Год открытия 
метро 
Количество 
линий метро 
Общая протяженность 
линий, км 
Количество 
станций 
Пассажирооборот 
за год, млн.чел. 
Лондон 
1863 
11 
402 
270 
1378 
Нью-Йорк 
1904 
24 
375 
469 
2758 
Париж 
1900 
16 
214 
302 
1519 
Токио 
1927 
13 
310 
290 
3217 
Москва 
1935 
12 
364,9 
214 
2491 
Мадрид 
1919 
13 
293 
301 
626,4 
1.4.2. Строительство метро в г. Ханой 
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, а также транспортных подземных сооружений,
которые требуют сооружение значительного количества тоннелей и других подземных объектов с 
использованием мелкозернистых бетонных смесей методом торкретирования. Всесторонне 
строительства городской транспортной сооружений в городе Ханоя предполагается завершить от 
2020 до 2030 году [1]. 
При планировании и выборе систем городского транспорта в Ханое приоритетным является 
пассажирский общественный транспорт: наземные и подземные железнодорожные линии, а также 
автобусные маршруты. Предполагается строительство кольцевых и радиальных линий с целью 
уменьшения транспортных пробок. Решено построить девять городских железнодорожных трасс, а 

---

32 
также 6 новых автомобильных дорог, по которым организовать движение 9 высокоскоростных 
автобусных маршрутов. 
Генеральный план развития железнодорожной транспортной системы Ханоя представлен в 
таблице 1.7 [2, 82]. 
Таблица 1.7 - Проектируемая система городских подземных и наземных 
железнодорожных линий в г. Ханой 
№ 
Маршруты 
Название линий 
Длина, км 
1 
Линия №1 
Нгокхой – Енвьен 
38,7 
2 
Линия №2 
Нойбай – Тхыонгдинь 
35,2 
3 
Линия №2а 
Катлинь – Хадонг 
14 
4 
Линия №3 
Чой Ньон – Еншо 
21 
5 
Линия №4 
Льенха – Северный Тханглонг 
53,1 
6 
Линия №5 
Юго – Западное озеро – Хоалак 
34,5 
7 
Линия №6 
Нойбай – Нгокхой 
47 
8 
Линия №7 
Мелинь – Нгокхой 
35 
9 
Линия №8 
Конуе – Чаукуи 
28 
В соответствии с этим планом в Ханое будут строиться как наземные, так и подземные 
железнодорожные линии. Предполагается построить 240 км наземных и 66,5 км подземных линий.
Эта система городского транспорта будет завершена и введена в эксплуатацию в 2030 году. 
В настоящее время проект находится в стадии окончательной доработки, уже построено 
несколько наземных участков, а на участках, где предполагается строительство тоннелей мелкого и 
глубокого заложения, ведутся проектно-изыскательские работы. 
1.4.3. Строительство метро в г. Хошимин 
В мае 2017 г. бурильная установка «Tunnel Boring Machine» (Япония) использовалась для 
прокладки первой линии метро на юге Вьетнама, в городе Хошимин - крупнейшем городе и главном 
экономическом центре страны (рисунки 1.13 и 1.14). 
Рисунок 1.13 - Тоннель метро в г. Хошимин 
Рисунок 1.14 - Машины для бурения тоннелей 

---

33 
Первая линия Хошиминского метрополитена соединила расположенный в центре города 
рынок Бентхань с автовокзалом Шуойтьен в северо-восточной части мегаполиса. Протяженность 
линии составила 19,7 км, из них на подземный участок в центре города пришлось лишь 2,6 км, а 
большая ее часть прошла по надземной эстакаде. На линии расположены 14 станций, из них три под 
землей (рисунок 1.15) [116]. 
Ее пропускная способность составляет 
от 186 до 620 тысяч пассажиров в сутки. 
При строительстве первой линии метро в г. 
Хошимин 
широко 
использовались 
модифицированные мелкозернистые бетоны 
высокого качества. 
Рисунок 1.15 – Глубина заложения подземного 
участка линии метро в г. Хошимин
1.4.4. Преимущества применения модифицированных мелкозернистых бетонов при 
строительстве подземных сооружений 
Широкое применение мелкозернистых бетонов в строительстве ранее сдерживалось 
некоторыми особенностями их структуры и свойств, а также более высоким расходом цемента. 
Однако, в последние годы во Вьетнаме при строительстве различных сооружений, таких как 
гидроэлектростанции, арки, подпорные стенки, а также для защиты поверхности скальных 
пород и грунтов в подземных тоннелях в различных районах страны активно используются 
модифицированные многокомпонентные мелкозернистые торкрет-бетоны. Например, ММЗБ 
были использованы при строительстве гидроэлектростанций Хоабинь и Яли, автодорожных 
тоннелей через перевалы Хай Ван и Ка, тоннеля Ким Лиен в г. Ханое (рисунки 1.16 и 1.17) и 
многих других важных подземных тоннелей транспортной системы Вьетнама [1 - 3]. 
Рисунок 1.16 - Дорожный тоннель Ким Лиен
в г. Ханой 
Рисунок 1.17 - Сооружение тоннеля через 
перевал Ка 

---

34 
Использование в качестве заполнителя смеси только природного песка вызывало увеличение 
удельной поверхности и пустотности мелкозернистых бетонов. Поэтому, для получения 
равноподвижных мелкозернистых смесей слитной структуры по сравнению с бетонной смесью на 
крупном заполнителе требовалось на 15% ÷ 25% увеличивать расходы воды и цемента. 
По данным работам [77, 78] применение торкрет-бетона на основе мелкозернистой бетонной 
смеси при строительстве транспортных тоннелей и метро открывает следующие перспективы: 
- возможность создания бетонного слоя с тонкозернистой однородной модифицированной 
структурой [77]; 
- сочетание низкого водоцементного отношения в бетонной смеси с требуемой 
удобоукладываемостью из-за ее высокой тиксотропии [77]; 
- возможность, используя арматурную сетку, создавать в подземных сооружениях 
тонкостенные купольные своды; 
- возможность создания прочной бетонной корки переменной толщины; 
- с
глаживание неровностей на поверхности путем набрызга мелкозернистого бетонного слоя [77]; 
- возможность получения армированного слоя торкрет-бетона толщиной 5 ÷ 10 см и больше, 
имеющего высокую прочность и хорошую адгезию к горным породам, за счет использования 
металлической сетки, стальной рамы, анкеров и диспергированных волокон, что может быть 
применено при строительстве тоннелей больших размеров; 
- получаемый бетон обладает хорошей водонепроницаемостью и, поэтому, может быть 
использован при строительстве подземных сооружений, испытывающих высокое давление 
грунтовых вод [77]; 
- возможность широкого применения местных материалов и, как правило, более низкая 
себестоимость по сравнению с крупнозернистым бетоном [77]. 
При этом необходимо учитывать зависимость эксплуатационных показателей мелкозернистых 
бетонов от их структуры и свойств использованных сырьевых компонентов. 
1.5. Перспективы развития технологии модифицированных мелкозернистых бетонов 
Основным направлением применения технологии модифицированных мелкозернистых 
бетонов в будущем может являться строительство метро, подземных сооружений и возведение 
высотных зданий [117]. Также ММЗБ будет незаменимым материалом при реконструкции и 
ремонте зданий и сооружений.
В ближайшее время во Вьетнаме предполагается масштабное строительство метро и 
других подземных сооружений с основными несущими конструкциями из ММЗБ. Применение 
результатов исследований, имеющих цель получение мелкозернистого бетона, содержащего 

---

35 
органо-минеральные модификаторы, включающие ЗРШ, ЗУ, ЗО и СП [118] и предназначенного 
для строительства метро и транспортных тоннелей во Вьетнаме, имеет хорошую перспективу 
благодаря высокой технико-экономической эффективности такого бетона. 
Общим направлением развития технологии получения модифицированных мелкозернистых 
бетонов на ближайшие десятилетия является дальнейшее повышение их основных физико-
технических показателей по сравнению с достигнутым на сегодня уровнем, снижение энергозатрат 
на уплотнение бетонной смеси и трудоемкости на всех технологических переделах производства, 
экономии природных материалов и более активное применение крупнотоннажных промышленных 
отходов, в том числе золошлаковых отходов, что будет способствовать улучшению экологии и 
снижению затрат на организацию их хранения. Кроме того, нужно широко использовать местные 
сырьевые ресурсы для замены импортных материалов, имеющих высокую стоимость, что особенно 
актуально для растущей экономики Вьетнама. 
Для реализации общего направления необходимо решение ряда конкретных задач: 
- направленное регулирование свойств МЗБ-смесей и бетонов введением в их состав 
органо-минеральных 
добавок 
в 
виде 
водоредуцирующего 
поликарбоксилатного 
суперпластификатора 
+ 
тонковолокнистого 
микроармирующего 
наполнителя 
+ 
механоактивированная ЗРШ или низкокальциевой (кислой) топливной ЗУ, а также 
микрокремнезема.; 
- разработка оптимальных составов модифицированных мелкозернистых бетонов с 
высокими гарантированными физико-техническими свойствами; 
- разработка новых видов многокомпонентных мелкозернистых бетонов с максимальным 
насыщением 
их 
составов 
техногенными 
отходами 
и 
дисперсно-волокнистыми 
микроармирующими добавками; 
- разработка методик повышения важнейших эксплуатационных характеристик ММЗБ: 
прочности, водонепроницаемости, коррозионной стойкости и долговечности. 
1.6. Выводы по главе 1 
На основании проведенного анализа современного опыта создания и использования 
модифицированных мелкозернистых бетонов можно сделать следующие выводы: 
1. Для строительства транспортных тоннелей во Вьетнаме, в том числе и тоннелей 
метрополитена, а также других подземных сооружений транспортной инфраструктуры, исходя из 
местной сырьевой базы и геоклиматических условий, представляется перспективным разработка 
состава и исследование свойств модифицированного мелкозернистого бетона, содержащего в 
качестве органических и минеральных модификаторов водоредуцирующий суперпластификатор, 
тонкодисперсные топливную золу-уноса и механоактивированную ЗРШ, получаемую в результате 

---

36 
сжигания рисовой шелухи с последующим помолом в вибромельнице, уплотняющие его структуру, 
связывающие свободный СН в его виде CSH и повышающие водоудерживающую способность 
бетонной смеси, а также дисперсно-волокнистый микроармирующий полипропиленовый 
наполнитель, повышающий связанность мелкозернистой смеси, трещиностойкость и прочность 
бетона на растяжение при изгибе и уменьшающий его усадку, а также вызывающий меньший 
абразивный износ технологического оборудования по сравнению с дисперсными волокнами из 
других материалов. При этом, актуальна и перспективна замена импортных и поэтому дорогих для 
Вьетнама микрокремнезема или метакаолина, обладающих высокой пуццоланической активностью, 
на механоактивированную золу рисовой шелухи, сохраняя при этом, требуемые физико-
механические свойства и эксплуатационные показатели ММЗБ. 
2. Путем использования вышеуказанных модифицирующих добавок, вводимых в 
мелкозернистую бетонную смесь в оптимальных количествах, можно получить модифицированный 
мелкозернистый бетон, пригодный для строительства и ремонта транспортных тоннелей и 
подземных сооружений и обладающий высокопрочной плотной структурой, малой усадкой и 
требуемыми 
водостойкостью, 
водонепроницаемостью, 
коррозионной 
стойкостью 
и 
эксплуатационной долговечностью.

---

37