Повышение эксплуатационной надежности оросительных каналов за счет применения модифицированного бетона
Автор: Иманов А.М., Молдамуратов Ж.Н., Сейтказинов О.Д., Тухтамишева А.З., Исмаилова А.Б., Рахимова Г.М.
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Технологии производства строительных материалов и изделий
Статья в выпуске: 6 т.17, 2025 года.
Бесплатный доступ
Введение. В условиях Южного Казахстана оросительные каналы играют ключевую роль в обеспечении сельского хозяйства водой. Эксплуатация традиционных бетонных облицовок осложняется их низкой стойкостью к растрескиванию, морозному пучению, абразивному износу и воздействию агрессивных сред. Эти факторы ведут к росту фильтрационных потерь, которые в отдельных случаях превышают 20–25 % поданного объема воды, что критично для региона с резкоконтинентальным климатом и дефицитом водных ресурсов. Для повышения долговечности и водонепроницаемости гидротехнических сооружений разработан модифицированный бетон (МБ) с комплексом минеральных и химических добавок. Методы и материалы. Состав МБ включает портландцемент и шлакопортландцемент, кварцевый песок, гранитный щебень, микрокремнезем (7% от массы цемента), золу-унос, воздухововлекающую добавку (0,05%) и гидрофобизирующие компоненты. Исследования проводились по методикам ГОСТ: прочность на сжатие и при расколе (ГОСТ 10180), морозостойкость (ГОСТ 10060), водонепроницаемость (ГОСТ 12730.5), абразивная стойкость (ГОСТ 13087), сульфатостойкость (ГОСТ 31384). Микрои наноструктура анализировалась методами SEM, EDS и XRD. Результаты и обсуждение. По сравнению с контрольным бетоном (КБ) МБ показал: увеличение прочности на сжатие до 55 МПа (+14,6%) и при расколе до 4,6 МПа (+27,8%); повышение морозостойкости с 220 до 320 циклов (+45%); рост водонепроницаемости с W6 до W9 (+50%); улучшение абразивной стойкости на 26,9%; повышение коэффициента сульфатостойкости на 11,5%. Микроструктурный анализ выявил уплотнение цементного камня, снижение макропористости и увеличение содержания низкоосновных C–S–H фаз, что подтверждает долговечность материала. Заключение. Разработанный модифицированный бетон демонстрирует комплексное улучшение эксплуатационных характеристик, обеспечивая повышение межремонтного интервала облицовок на 30–40% и сокращение фильтрационных потерь до 20%. Его внедрение в строительство и реконструкцию оросительных каналов Южного Казахстана позволит повысить эффективность водопользования и устойчивость гидротехнических сооружений в условиях агрессивного воздействия среды и дефицита водных ресурсов.
Микро- и наноструктура, модифицированный бетон, облицовка каналов, водонепроницаемость, морозостойкость, абразивная стойкость, сульфатостойкость
Короткий адрес: https://sciup.org/142246546
IDR: 142246546 | УДК: 691.335 | DOI: 10.15828/2075-8545-2025-17-6-678-696
Enhanced operational reliability of irrigation canals through the application of modified concrete
Introduction. In the conditions of Southern Kazakhstan, irrigation canals play a crucial role in supplying water for agricultural production. The operation of conventional concrete linings is complicated by their low resistance to cracking, frost heave, abrasive wear, and exposure to aggressive environments. These factors lead to increasing filtration losses, which in some cases exceed 20–25% of the water supplied volume-an especially critical issue for a region characterized by a sharp continental climate and limited water resources. To improve the durability and impermeability of hydraulic structures, a modified concrete (MC) mixture incorporating a combination of mineral and chemical additives has been developed. Materials and Methods. The composition of the MC includes Portland cement and slag-Portland cement, quartz sand, granite coarse aggregate, silica fume (7% of the cement mass), fly ash, an air-entraining agent (0.05%), and hydrophobizing components. The experimental investigations were conducted in accordance with relevant GOST standards: compressive and splitting tensile strength (GOST 10180), frost resistance (GOST 10060), water impermeability (GOST 12730.5), abrasive resistance (GOST 13087), and sulfate resistance (GOST 31384). The micro- and nanostructure of the material was analyzed using SEM, EDS, and XRD methods. Results and Discussion. Compared with the control concrete (CC), the modified concrete demonstrated significant performance improvements: an increase in compressive strength up to 55 MPa (+14.6%) and in splitting tensile strength up to 4.6 MPa (+27.8%); an increase in frost resistance from 220 to 320 cycles (+45%); an improvement in water impermeability from W6 to W9 (+50%); enhanced abrasion resistance by 26.9%; and an increase in the sulfate resistance coefficient by 11.5%. Microstructural analysis revealed densification of the cement matrix, a reduction in macroporosity, and an increase in the content of low-basic C–S–H phases, which confirms the material’s enhanced durability. Conclusion. The developed modified concrete exhibits a comprehensive improvement in operational performance, ensuring a 30–40% extension of the service life of canal linings and a reduction in filtration losses by up to 20%. Its implementation in the construction and rehabilitation of irrigation canals in Southern Kazakhstan will enhance water-use efficiency and improve the resilience of hydraulic structures under aggressive environmental impacts and persistent water scarcity.
