Повышение эксплуатационных свойств тяжелого бетона на основе активированного микрокремнезема для шпал высокоскоростных магистралей

Во введении обоснована актуальность темы исследования и рассмотрены предъявляемые комплексные требования к бетону, степень разработанности выбранной темы, цель и задачи исследования, научная новизна, теоретическая и
практическая значимость работы.
В первой главе представлен аналитический обзор трудов зарубежных и
отечественных авторов, посвященных применению тяжелых бетонов в качестве конструкционных материалов, работающих в суровых условиях эксплуатации,
что обусловило высокие требования к их прочности (до 150 МПа и выше), морозостойкости (до F11000), средней плотности (до 2500 кг/м3), водонепроницаемости (до W20) и коррозионной стойкости в агрессивных средах. Рассмотрены особенности климатических условий строительства железнодорожного пути на территории РФ с учетом требований, установленных нормативной документацией. Проведен анализ применения пуццолановых активных минеральных добавок, в частности аморфного микрокремнезема, активированногоподдействиемщелочныхсред, дляповышениякоррозионной стойкости бетона и снижению расхода вяжущего. Изучен производственный опыт применения дисперсно-волокнистых армирующих наполнителей в составе тяжелого бетона для повышения прочностных характеристик и трещиностойкости за счет равномерно-распределенных волокон в объеме бетонной матрицы.
Во второй главе представлены характеристики исходных материалов и методы исследования. Минеральное вяжущее – портландцемент класса ЦЕМ I 42,5Н, производитель АО «ЕВРОЦЕМЕНТ групп» (ГОСТ 31108 – 2016), мелкий заполнитель – природный песок с модулем крупности 2,4 (поставщик ООО «Агат»; ГОСТ 8736-2014), крупный заполнитель – гранитный щебень, фракции от 5 до 20 мм производства ООО «ДорНерудРесурс» (ГОСТ 8267-93), активная минеральная добавка – микрокремнезем марки МКУ-95 (ООО “РУСАЛ Кремний Урал”; ТУ 1789-016-50721130-2017), химическая добавка – суперпластификатор «ПЛАСТИЛИТ РК» на основе эфира поликарбоксилата, поверхностно-активных веществ, а также лигносульфонатов натрия (ООО «НПО СИНТЕЗ»; ГОСТ 24211-2008), дисперсно-армирующие добавки – рубленое базальтовое волокно (БВ), производства ООО «ИнРеС»; ТУ 5952-002-13307094- 08) или полипропиленовая фибра (ППФ), производства ООО «ИнРеС» с длиной элементарного волокна 12 мм. Исследование проводились с применением стандартных и высокоинформативных методов: рентгенофазового анализа, лазерной дифракции, инфракрасной спектроскопии и др.
В третьей главе проведен подбор предварительного состава тяжелой бетонной смеси с целью определения оптимального расхода исходных
материалов на 1 м3 бетонной смеси, при котором обеспечиваются следующие условия: выдерживаются заданные физико -механические, гидрофизические характеристики и эксплуатационные свойства проектируемого бетона.
Получены регрессионные уравнения второго порядка, которые адекватно описывают зависимость прочности на сжатие, растяжения при изгибе и условного коэффициента интенсивности напряжений модифицированного тяжелого бетона в возрасте 28 суток нормального твердения от переменных X1 – содержание активированного микрокремнезема МКУ-95, % от массы вяжущего вещества; X2 – содержание базальтового волокна, % от объема. В качестве управляющих факторов целевых функций экспериментальной модели были выбраны: Y1 – прочность на сжатие (Rсж, МПа), Y2 – прочность на растяжение при изгибе (Rизг, МПа), Y3 – условный коэффициент интенсивности напряжений (K∗c, МПа×м0,5). Входные факторы, влияющие на исследуемые характеристики, приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Интервалы и уровни варьирования входных факторов для планирования эксперимента второго порядка
Варьируемые факторы
X1 Содержание МКУ-95 15 5
X2 Содержание базальтового волокна 0,75 0,25
Были получены уравнения регрессии для модифицированного тяжелого бетона: Y1 = 76,197+1,495×1+0,427×2+2,265x1x2-10,28×12-3,63×22 (1) Y2 = 8+0,0073×1+0,1457×2+0,25x1x2-0,3063×12-0,8813×22 (2) Y3 = 0,07404+0,00039×1+0,00127×2+0,00222x1x2-0,00258×12-0,00495×22 (3)
Используя инструменты компьютерной программы Matlab R2015a найдено максимальное значение целевой функции регрессионного уравнения второго порядка (3): максимальное значение трещиностойкости Y3опт = 0,0742 МПа×м0,5 при оптимальном содержании микрокремнезема и базальтового волокна соответственно X1опт = 0,1437 и X2опт = 0,1602, что в натуральных значениях составляет 15,171% и 0,753% соответственно. После подстановки найденных
Основные уровни
Интервал варьирования

значений в уравнения (1) и (2) были определены прочность на сжатие Rсж = 76,23 МПа и на растяжение при изгибе Rизг = 8,01 МПа.
В четвертой главе приведены результаты исследования влияния модифицирования комплексной добавкой на реологические свойства бетонных смесей и эксплуатационные показатели затвердевшего бетона.
Проанализировав теоретические данные поведения аморфного кремнезема в щелочной среде при pH=10,2 было принято решение использовать в качестве среды водопроводную воду, предварительно обработанную методом электролиза, которая содержит Са(НСО3)2 и Mg(НСО3)2. Для проведения лабораторных исследований в качестве электролизера применялся прибор, производства ООО МВП «Мелеста».
Суммарное уравнение электролиза водопроводной воды имеет вид: Анодный процесс
электрический ток
Са(НСО3)2р-р → СаСО3↓ + Н2О
электрический ток
Mg(НСО3)2р-р → Mg(ОН)2 ↓+ Н2О+СО2 ↑
(4) (5)
(6) В результате электролиза водопроводной воды происходит ее умягчение (уравнения 4 и 5) за счет перехода растворимых гидрокарбонатов кальция и магния в нерастворимые соединения. Этот процесс протекает на аноде. На катоде происходит электрохимическое выделение водорода (уравнение 6), так как металлы кальция и магния имеют окислительно-восстановительный потенциал значительно более отрицательный, чем водород и в ряду напряжений находятся в начале этого ряда. Образующийся гидроксид-ион ОН-, определяет щелочную среду раствора. После замера рН воды, обработанной методом электролиза,
Катодный процесс 2Н2О+2е- =Н2↑+2ОН-
установили рН среды 10,2.
Установлено, что введенный в обработанную воду микрокремнезем, за счет
щелочного возбуждения и в присутствии ионов Са2+ приобретает повышенную химическую активность по следующей реакции:
Са2+ + 2ОН- + 2SiO2 →Ca(HSiO3)2, (7)
При этом наблюдается уменьшение рН среды 10,2 до 7,5.
При введении в цемент активированного микрокремнезема, процессы гидролиза и гидратации цементных зерен протекают интенсивнее. По-нашему мнению это происходит за счет образования активных центров кристаллизации в виде продуктов гидролиза активированного микрокремнезема, концентрирующих вокруг себя гидратные новообразования. Выявлено, что на активных участках микрокремнезема в присутствии пластификатора образуется силикат кальция с последующим его гидролизом, о чем свидетельствует изменение рН среды: через 3ч. – увеличился с 6,8 до 7,4; через 24 ч. – до 8,2.
С помощью ИК-спектроскопии установлены структурные особенности соединений микрокремнезема, переведенного в активную форму. Полученные ИК-спектры микрокремнезема (МКУ-95) в сухом состоянии и обработанного кислой и щелочной средой, представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 – ИК-спектры образцов: а – микрокремнезем МКУ-95, обработанный щелочной средой; б – микрокремнезем МКУ-95 (аморфный); в – микрокремнезем МКУ-95, обработанный кислой средой

Результаты ИК-спектроскопии показали (рисунок 1) совпадение областей колебания спектров микрокремнезема обработанного водой, подвергнутой электролизу, в кислой (рН=2,1-2,3) и щелочной среде (рН=10,2). При этом эти спектры принципиально отличаются от ИК-спектра аморфного микрокремнезема, что подтверждает повышенную химическую активность активированного микрокремнезема и его диспергирование до состояния ортокремниевой кислоты Si(ОН)4.
Представленный на рисунке 1 ИК-спектр многократного нарушения полного внутреннего отражения обработанного микрокремнезема кислой и щелочной средой по положению пиков и полос поглощения в спектрах пропускания в диапазоне 500-4500 см-1 совпадают с золем ортокремневой кислоты. В диапазоне 500-600 см-1 полоса поглощения связана с деформационными колебаниями связей внутри кремнекислородных сочленений и их группировок.
За счёт симметричных колебаний Si–O–Si связей (колебаний кремнекислородных тетраэдров друг относительно друга) возникает полоса поглощения 700-900 см-1, что свидетельствует об их полной полимеризации. В спектральной области 1000–1290 см-1 присутствует глубокая полоса поглощения, связанная с поперечными, смешанными и продольными колебаниями Si-O-Si связей, с минимумом пропускания при 1080 см-1.
На основе полученных данных РФА, представленных на рисунке 2, установлен фазовый состав исследуемых образцов цементного камня в возрасте 28 суток нормального твердения (таблица 2).
а)
б)
Рисунок 2 – Рентгенофазовый анализ гидратированных образцов цементного камня в возрасте 28 суток нормального твердения:
а) контрольный образец; б) ПЦ+МК+СП**
Таблица 2 – Фазовый состав цементного камня в возрасте 28 суток нормального твердения
No состава
1 2 3 4
5 6 7 8
Цементный Фазовый состав цементного камня, %
камень C3S
ЦЕМ I 42,5Н 60,9
Контрольный 19,6 8,8 21,6 75 ПЦ+МК* 14,7 7,4 16,8 82 ПЦ+МК** 13,5 6,5 15,3 85
ПЦ+СП* 20,4 9,6 21,1 67 ПЦ+СП** 19,3 8,5 20,7 70 ПЦ+МК+СП* 14,2 7,2 16,3 78 ПЦ+МК+СП** 12,6 6,4 14,5 81
C2S Ca(OH)2 Степень гидратации
11,5 – –
Примечание. * – применялась водопроводная вода; ** – применялась вода, обработанная электролизом. ПЦ – портландцемент; МК – микрокремнезем; СП – суперпластификатор.
Анализ данных рентгенофазового анализа (таблица 2) показал, что при затворении цемента суспензией активированного МК (состав 8, таблица 2), приводит к интенсификации процесса гидратации и связыванию образовавшегося гидроксида кальция (Ca(OH)2) микрокремнеземом до образования низкоосновных гидросиликатов кальция, что обусловливает снижение его более чем на 23 %
относительно чистого цементного камня (контрольный состав 2), снижению интенсивности аналитических линий (С3S), и соответственно, уплотнению и упрочнению структуры цементного камня.
Анализ исследования микроструктуры цементного камня трех составов (рисунок 3), показал наличие скоплений вытянутых кристаллов в виде «иголок», которые характерны для морфологии эттрингита, формирующихся внутри микропор.
Установлено, что в кристаллах модифицированного цементного камня (состав No8, таблица 2, ПЦ+МК+СП**) уменьшается их размер – от 80 до 110нм (рисунок 3, в), что значительно ниже, чем в контрольном составе (состав No2) – от 200 до 300нм (рисунок 3, а) и состава No4 (ПЦ+МК**) – от 100 до 200нм (рисунок 3, б).
а)30 000x б)30 000x в)30 000x Рисунок 3 – Микроструктура цементного камня:
а) контрольный образец; б) ПЦ+МК**; в) ПЦ+МК+СП** Установленные изменения связаны с образованием дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция за счет щелочного
возбуждения кремнеземсодержащих частиц.
Установлено, что цементный камень (состав No8, таблица 2, ПЦ+МК+СП**)
имеет более плотную и однородную мелкопористую структуру с размером микропор от 0,1 до 1 мкм (рисунок 4, в); в составе No4 (ПЦ+МК**) основной диапазон от 2 до 5 мкм (рисунок 4, б); в контрольном образце – от 2 до 10 мкм (рисунок 4, а), с присутствием пор до 100 мкм.

Материалы и расход на 1
м3 бетонной смеси, кг/м3
а)5 000x б)5 000x в)5 000x Рисунок 4 – Микроструктура цементного камня:
а) контрольный образец; б) ПЦ+МК**; в) ПЦ+МК+СП**
Полученные положительные результаты модифицирования цементного камня легли в основу разработки состава тяжелого бетона для шпал ВСМ с заданным комплексом эксплуатационных свойств. Разработанные составы тяжелых бетонных смесей, представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Исследуемые составы модифицированного тяжелого бетона
Состав
Состав 1
контр.
Состав2
15% МКаморф
Состав 3 15%
МКактив
Состав 4
15% МКактив +0,75% БВ
Состав 5
15% МКактив +0,75% ППФ
Комплексное вяжущее ЦЕМ I МКУ-95
42,5Н
420 –
357 63 357 63 357 63
357 63
Щ П
950 845 950 845 950 845 950 845
950 845
СП
4,2 4,2 4,2 4,2
4,2
Вода Вода, БВ ППФ pH 10.2
147 – – – 147 – – – – 147 – – – 147 2,68 –
– 147 – 2,68
Результаты исследований модифицированных бетонных смесей и бетона на их основе представлены в таблице 4. Для повышения прочностных и деформативных характеристик тяжелого бетона на основе анализа научно- технической литературы, было принято решение ввести в состав микроармирующие компоненты – базальтовое волокно (БВ) и полипропиленовую

Показатели
Марка жесткости бетонной смеси,с
Средняя плотность бетонной смеси, кг/м3 Водоотделение бетонной смеси,% Показатель раствороотделения бетонной смеси, Пр,% Прочность бетона на сжатие, МПа, Rсж (ср.) Прочность бетона на растяжение при изгибе, МПа, Rи (ср.)
Условный коэффициент интенсивности напряжений, МПа×м0,5, Kс*
Пористость
Модуль упругости, МПа, Eσ Средняя плотность бетона, кг/м3
Состав 1 контроль ный
9 (Ж1) 2336
0,42 2,10 52,5 5,48
0,052715
15,21 25680 2288
Состав 2 15% МКаморф
12 (Ж2) 2342
0,30 1,46 60,8 5,76
0,055621
13,44 29240 2295
Состав 3 15% МКактив
12 (Ж2) 2342
0,22 1,44 73,1 6,29
0,058830
12,87 31780 2295
Состав 4
15% МКактив +0,75% БВ
17 (Ж2) 2340 0,18 1,28 76,1 7,32
0,074119
11,45 41540 2292
Состав 5
15% МКактив +0,75% ППФ
18 (Ж2) 2335
0,20 1,34 51,3 6,88
0,069267
12,22 39820 2289
фибру (ППФ). Определено оптимальное содержание базальтового волокна 15% МКактив +0,75% БВ.
Таблица 4 – Результаты исследований бетонных смесей и бетонов Маркировка
Установлено увеличение предела прочности на сжатие и растяжение при изгибе в предлагаемом составе 15% МКактив +0,75% БВ на ~ 45% и ~32% соответственно по отношению к контрольному составу, ~ 48% и ~ 7% в сравнении с 15% МКактив +0,75% ППФ.
На следующем этапе были проведены исследования на трещиностойкость бетонных образцов-призм, графическая интерпретация полученных результатов отображена на рисунке 5.
Результаты (рисунок 5) показали, что у образцов бетона с базальтовым волокном (состав 4) повысились показатели максимальной нагрузки, напряжение при изгибе, условного коэффициента интенсивности напряжений на ~40% в сравнении с контрольным (состав 1) и на ~7,0%, по отношению к составу 5 (с полипропиленовой фиброй).
По результатам гидрофизических испытаний, предлагаемого модифицированного тяжелого бетона установлены следующие показатели: водопоглощение менее 2%, марки по водонепроницаемости W14 и

8 6 4 2
8,064
6,405 6,304
5,974
2,933 2,328
2,201 2,086
7,542
2,741
7 6 5 4 3 2 1
морозостойкости F1500, что значительно превышает установленные показатели (таблица 5) ГОСТ 33320-2015 «Шпалы железобетонные для железных дорог. Общие технические условия».
Напряжение при изгибе, МПа
Нагрузка, кН
00 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
Состав 5 Нагрузка Состав 5 Напряжение Состав 2 Напряжение
Состав 4 Нагрузка Состав 4 Напряжение Состав 2 Нагрузка
Состав 3 Нагрузка Состав 3 Напряжение Состав 1 Напряжение
Рисунок 5 – Нагружение образцов-призм из модифицированного тяжелого бетона для составов: 1 – контрольный; 2 – 15% МКаморф; 3 – 15% МКактив;
4 – 15%МКактив+0,75% БВ; 5 – 15%МКактив+ 0,75% ППФ
Проведены исследования воздействия агрессивной среды 5% – ного раствора сульфата натрия (Na2SO4), хлорида натрия 3% – ного раствора (NaCl), дистиллированной воды и 0,01 М раствора соляной кислоты (HCl) на исследуемые образцы бетона в течение 6 месяцев. Для оценки агрессивного воздействия коррозии выщелачивания, а также кислотной и щелочной коррозии, образцы помещали в эксикаторы с установленным раствором и определяли количество вступившего в реакцию оксида кальция, глубину разрушения бетона (ГОСТ 31383-2008) и снижение его массы и прочностных характеристик (ГОСТ 27677-88). Установлено, что высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред обладают образцы состава 15%МКактив+0,75% БВ, повысилась в 3%-ном растворе NaCl на 43,9% выше, чем у контрольного и на 4,8%, чем у состава 15%МКактив+0,75% ППФ; в дистиллированной воде – соответственно на 41,8% и 8,93%; в растворе соляной кислоты – на 46,22% и 5,82%; в 5%-ном растворе Na2SO4 – на 46,1% и 5,94%, соответственно. По результатам исследований установлено, что потеря массы образцов состава 4 (15%МКактив+0,75% БВ) даже в

Показатели смеси и бетона
Предел прочности на сжатие, МПа/Класс бетона
Предел прочности на растяжение при изгибе, МПа
Условный коэффициент интенсивности напряжений, МПа×м0,5
Водопоглощение, % масс.
Модуль упругости, МПа, Eσ
Марка бетона
по водонепроницаемости Пористость
Марка бетона по морозостойкости, F1
Контрольный (без добавок)
Ж1 (9 с) 2336
51,4/В40 5,31
0,0532
3,62 25680
15% МКактив +0,75% БВ
Ж2 (17 с) 2340
74,3/В55 7,24
0,0735
2,1 41540
ГОСТ 33320-2015
Ж2 (11-20 с) 2000-2500
52,4/В40 –
–
– –
–
– 200
кислой среде составила 0,105%, а снижение предела прочности на сжатие и растяжение при изгибе составляют соответственно 0,24 % и 0,22 % соответственно, что на ~53% ниже, чем у контрольного (состав 1). Полученные результаты объясняются тем, что микрокремнезем связывает портландит и, тем самым, способствует повышению образования дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция, что подтверждается рентгенофазовым анализом.
В пятой главе представлены технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства тяжелого модифицированного бетона, на основе активированного микрокремнезема и базальтового волокна (таблица 5) и опытно- производственные работы по его внедрению.
Анализ таблицы 5 показал, что предлагаемый модифицированный бетон 15% МКактив и 0,75% БВ обладает технической эффективностью в сравнении с контрольным составом по следующим показателям: пределу прочности на сжатие и растяжение при изгибе, условному коэффициенту интенсивности напряжений, водопоглощению, водонепроницаемости, морозостойкости и значительно превышает установленные требования, регламентированные ГОСТ 33320-2015 «Шпалы железобетонные для железных дорог. Общие технические условия». Таблица 5 – Анализ эксплуатационных характеристик разработанного оптимального состава тяжелого бетона в сравнении с контрольным
Марка смеси по жесткости, с.
Средняя плотность смеси, кг/м3
W8 W14
15,21 11,45 200 500

Таким образом, проведенные исследования показали состоятельность и техническую эффективность предлагаемого эффективного модифицированного тяжелого бетона для производства железобетонных шпал высокоскоростных
магистралей. На основании разработанного ТУ 586421-015-09951139-2021
«Эффективный модифицированный тяжелый бетон для производства железобетонных шпал высокоскоростных магистралей», утверждённого ООО
«БиоХимПром», была выполнена промышленная апробация эффективного тяжелого бетона на Вяземском заводе АО «БЭТ» для изготовления
железобетонных шпал типа ШС-АРС в количестве 180 штук. Предлагаемая
технология позволила получить экономический эффект в размере 288 рублей на 1 м3 модифицированного бетона.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итоги выполненного исследования:
1. Обосновано и экспериментально доказано возможность получения модифицированного тяжелого бетона путем введения стабилизированной суспензии активированного микрокремнезема и базальтового волокна, что способствует повышению эксплуатационных свойств тяжелого бетона за счет образования дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция, уплотнения и упрочнения структуры цементной матрицы, создания замкнутой мелкопористой структуры. Полученный модифицированный тяжелый бетон обладает следующими эксплуатационными показателями в возрасте 28 суток нормального твердения: предел прочности на сжатие – 74,3 МПа и растяжение при изгибе – 7,24 МПа; условный коэффициент интенсивности напряжений – 0,0735 МПа×м0,5; водопоглощение – 2,0% масс.; марка по водонепроницаемости – W14; морозостойкость F1500 и повышенная стойкость к агрессивным средам.
2. Установлено, что затворение цемента стабилизированной суперпластификатором суспензией активированного микрокремнезема, приводит к повышению интенсивности процесса гидратации и связыванию образовавшегося гидроксида кальция (Ca(OH)2) микрокремнеземом до образования низкоосновных гидросиликатов кальция, что обусловливает
снижение его более чем на 23 % относительно чистого цементного камня. Показано, что обработка воды методом электролиза приводит к активации процесса гидратации клинкерных минералов и снижению интенсивности аналитических линий (С3S) по данным РФА.
3. Раскрыта сущность физико-химической активации микрокремнезема в щелочной среде рН=10,2, обогащенной гидроксильными группами ОН-, связанная с переходом поверхностного атома кремния в раствор в виде силикат-иона, который гидролизуется с образованием ионов OH- и молекул растворимого кремнезема Si(OH)4, что подтверждается ИК-спектроскопией с помощью которой зафиксировано образование ортокремниевой кислоты. Анализ полученных ИК- спектров подтверждает наличие в синтезированной системе идентифицируемые анионные ОН- группы, адсорбированной воды и присутствие валентных связей
Si-O.
4. С использованием методов математического планирования эксперимента и методов регрессионного анализа оптимизирован состав модифицированного тяжелого бетона по критериям прочности: на сжатие, растяжение при изгибе, трещиностойкости – условного коэффициента интенсивности напряжений, соответственно. Определено оптимальное содержание базальтового армирующего волокна в предлагаемом составе с концентрацией фибры, составляющей 0,75%, и активированного МК с расходом 15% от массы вяжущего.
5. Установлено увеличение предела прочности на сжатие и растяжение при изгибе в предлагаемом составе 15% МКактив +0,75% БВ на ~ 45% и ~32% по отношению к контрольному составу, а в абсолютном выражении –23,6 МПа и 1,84 МПа, соответственно, что связано с большей вовлеченностью базальтовых волокон в работу и перераспределением нагрузки. При исследовании трещиностойкости наблюдается повышение показателей максимальной нагрузки, условного коэффициента интенсивности напряжений, напряжение при изгибе на ~40,6%.
6. Исследование гидрофизических характеристик модифицированного бетона показалоснижениеводопоглощениявразработанномсоставе15%МКактив +0,75% БВ на 42,86% в сравнении с контрольным; марка по водонепроницаемости повысилась на 6 ступеней нагружения. При этом морозостойкость предлагаемого
состава бетона характеризуется потерей массы до 1,37% и прочности на 4,0% при 500 циклах испытания. Улучшение гидрофизических свойств объясняется повышением качества структуры модифицированного цементного камня и бетона на его основе в присутствии комплексного модификатора.
7. Установлено, что высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред обладают образцы состава 15%МКактив+0,75% БВ, которая повысилась в 3%-ном растворе NaCl на 43,9% относительно контрольного, на 4,8% – по сравнению с составом 15% МКактив+0,75% ППФ; в дистиллированной воде – на 41,8% и 8,93% соответственно; в растворе соляной кислоты – на 46,22% и 5,82%; в 5%-ном растворе Na2SO4 – на 46,1% и 5,94%. Полученные результаты коррозионной стойкости обусловлены содержанием в модифицированном составе 15%МКактив, который обладает по отношению к свободному гидроксиду кальция Ca(OH)2 повышенной пуццоланической активностью, что находит подтверждение в результатах рентгенофазового анализа.
8. Проведены работы по внедрению предлагаемых решений, которые подтвердили состоятельность и техническую эффективность предлагаемого модифицированного тяжелого бетона для производства железобетонных шпал высокоскоростных магистралей. Изготовлена опытная партия железобетонных шпал ШС-АРС по ТУ 3185-010-01115863-2004 в количестве 180 штук, с применением разработанного состава модифицированного тяжелого бетона, соответствующего требованиям, установленным ГОСТ 26633-2015.
9. Установлен экономический эффект применения предлагаемой комплексной добавки на основе активированного микрокремнезема марки МКУ-95, который составляет 288,56 руб. на 1м3 тяжелого модифицированного бетона (по ценам 2021 г.).
Рекомендации, разработанные в диссертации, по тяжелому бетону на основе активированного микрокремнезема с базальтовым волокном для железобетонных шпал высокоскоростных магистралей обеспечивают повышенные физико-механические и эксплуатационные характеристики, коррозионную стойкость конструкции и могут быть применены при проектировании верхнего строения пути в суровых условиях эксплуатации.
Перспективы и рекомендации дальнейшей разработки темы диссертации заключаются в дальнейшем исследовании и совершенствовании состава эффективного модифицированного тяжелого бетона, путем использования кремнеземсодержащих сырьевых компонентов, новых видов модификаторов и способов введения армирующих наполнителей с целью снижения себестоимости продукции, повышения прочностных и эксплуатационных характеристик изделий и возможности его применения для изготовления новых типов шпал высокоскоростных магистралей.