Минстрой России совершенствует нормативную базу для более широкого применения композитных материалов
Минстрой России отразит в нормативной базе новые подходы к методам расчета конструкций с полимерной композитной арматурой, а также уточнит требования к проектированию усиления конструкций композитными материалами.
Соответствующая работа по внесению изменений в СП 295 «Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования» и СП 164 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования» находится на завершающем этапе. Обновленные документы появятся в начале 2021 года.
«Преимуществ у композитных материалов достаточно, чтобы способствовать их более широкому внедрению в строительный комплекс. У таких материалов высокая коррозионная стойкость, радиопрозрачность, высокие диэлектрические свойства. Простая технология изготовления и малый вес позволяет экономить на спецтехнике как при возведении конструкций с применением композитной арматуры, так и при усилении несущих конструкций композитами. Стоимость одного погонного метра стальной и композитной арматуры одного и того же диаметра примерно одинакова. Несмотря на очевидные плюсы для большого количества подотраслевых направлений строительства, в России применение композитных материалов долгое время тормозилось. И, прежде всего, из-за отсутствия актуальной нормативной базы. Сейчас мы шаг за шагом переламываем ситуацию, в том числе путем пакетного обновления документов по стандартизации, когда под конкретную точечную задачу корректируется весь необходимый для внедрения технологии комплект сводов правил и стандартов. В данном случае мы говорим о существенных уточнениях расчетной части проектирования», – сообщил заместитель министра строительства и ЖКХ РФ Дмитрий Волков.
Композитные материалы могут быть использованы при различных строительных работах. Так, композитную полимерную арматуру рекомендуется применять для армирования конструкций при строительстве дорожно-транспортной и городской инженерной инфраструктуры, объектов сельхозназначения, химических производств, сооружений водоподготовки и водоочистки, мелиорации, также и при строительстве шахт, тоннелей, морских и припортовых сооружений, сооружений, эксплуатируемых в условиях высоких электромагнитных полей. А также для армирования фундаментов, трубопроводов, опор линий электропередач, конструкций, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред. В гражданском строительстве композитную полимерную арматуру рекомендуется применять пока только для армирования фундаментов малоэтажных зданий.
«Композитные материалы часто используют для восстановления несущей способности железобетонных конструкций, которая могла снизиться в процессе эксплуатации сооружения, при реконструкции объекта, а также для того, чтобы избежать перегрузку конструкций при перепрофилировании объекта. Одним из главных плюсов усиления конструкций композитными материалами является возможность оставить сооружение в его габаритах. Эта возможность крайне актуальна для городов с плотной застройкой. Еще пара весомых аргументов в пользу этой технологии – не нужны энергозатратные сварочные работы и времязатратные «мокрые» технологии», – добавил Дмитрий Волков.
Что нового появится в СП 295 «Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования» и СП 164 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования» рассказал один из разработчиков проектов изменений, главный научный сотрудник НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» Тахир Мухамедиев.
По его словам, в Изменение CП 295 включены новые положения по методам расчета конструкций с полимерной композитной арматурой, в том числе: диаграммы деформирования бетона при одноосном растяжении, расчет упругопластического момента сопротивления сечения с учетом неупругих свойств бетона растянутой зоны сечения, расчета прочности изгибаемых конструкций таврового или двутаврового сечений с высотой сжатой зоны, превышающей ее граничное значение.
«Экономическая эффективность Изменения 295 обеспечивается за счет более точной расчетной оценки прочности и трещиностойкости конструкций из бетона с полимерной композитной арматурой. Утверждение проекта документа будут способствовать снижению материалоемкости от 13% до 7% при обеспечении трещиностойкости и деформативности конструкций с композитной полимерной арматурой из бетона класса от В20 до В60 соответственно. То есть, при проектировании, например, типовых балок с углекомпозитной арматурой экономия за счет снижения расхода арматуры составляет в сегодняшних ценах приблизительно 760 рублей на погонный метр балки или порядка 13 % общего расхода композитной арматуры», – объяснил Тахир Мухамедиев.
Говоря об Изменении СП 164 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования», Тахир Мухамедиев сообщил, что новые подходы, отраженные в документе, позволят также снизить расход элементов усиления из композитных материалов на 5-7 % при обеспечении жесткости конструкций из бетона класса от В40 до В15 соответственно.
Проект Изменения СП 164 включает в себя новые правила для расчета трещиностойкости усиленных композитными материалами конструкций, которое учитывает различие неупругих свойств разных классов бетона растянутой зоны сечения. В составе документа также – новые правила назначения расчетного сопротивления растяжению полимерного композита при выполнении расчетов на прочность при действии длительных нагрузок, а также новые зависимости для учета начального напряженно-деформированного состояния конструкции при ее усилении.
По словам заведующего кафедрой «Строительные материалы» Казанского государственного архитектурно-строительного университета, советника РААСН Альфреда Сулейманова, необходимо продолжать активную работу по развитию нормативной базы для внедрения полимерных композиционных материалов. В частности, на сегодняшний день не существует стандартизованных методик для установления частных коэффициентов надежности полимерных композитов для заданных условий эксплуатации.
«Материаловеды, разработчики полимерных композиционных материалов не стоят на месте, и, безусловно, композиты нового поколения будут обладать необходимыми эксплуатационными свойствами. Таким образом, сейчас важна также и необходима подготовка нормативных документов, где будут регламентированы методы оперативного определения частных коэффициентов надежности таких материалов с учетом специфики условий эксплуатации конструкций. И для решения этой проблемы мы уже начали работу с подведомственным учреждением Минстроя – ФАУ «ФЦС», – рассказал о проводимой работе Альфред Сулейманов.
В России введен национальный стандарт для накопителей энергии, разработанный Роснано и НГТУ НЭТИ
В России начали действовать первые национальные стандарты для проектирования, испытания и эксплуатации накопителей электрической энергии высокой мощности. Нормы были разработаны сотрудниками копании «Системы накопления энергии» (проект Роснано) совместно с Новосибирским государственным техническим университетом НЭТИ, при поддержке Фонда инфраструктурных и образовательных программ группы «РОСНАНО».
С начала ноября в России начали действовать национальные стандарты на проектирование и эксплуатацию накопителей электрической энергии высокой мощности. Приказ о введении стандартов опубликован на сайте Росстандарта, он вступил в силу 1 ноября 2020 года. Стандарты распространяются в том числе на системы, которые предназначены для автономной работы с возможностью присоединения к электрической сети.
Главные задачи применения новых стандратов — интеграция накопителей в единую энергосистему и создание развитой инфраструктуры электронной генерации. «Рынок накопителей энергии в России только формируется, поэтому генерирующие компании, предприятия и сетевые компании совместно с научным сообществом создают оптимальный образ систем накопления, их структурный состав, выполняемые функции, решают вопросы электромагнитной совместимости с общепромышленной сетью и автономными нагрузками. Наши стандарты дают ответы на эти вопросы. Если накопитель сделан по разработанным стандартам, то его можно подключать к общей сети, не опасаясь, что он что-нибудь испортит», — рассказывает один из разработчиков СНЭ, ведущий инженер-конструктор Института силовой электроники НГТУ НЭТИ Дмитрий Коробков. Предполагается, что введение стандартов снимет эту проблему и ускорит темпы внедрения накопителей энергии в России.
Другая проблема, которую решит введение стандартов, — это коммуникация между заказчиком и производителем накопителей. «Иногда заказчик и исполнитель говорят на разных языках. Например, энергоемкость накопителя может быть номинальной и нормированной, это разные значения, заказчик имеет в виду первую, а производитель — вторую. Мы разработали четкую терминологию, единые показатели работы накопителей, чтобы не происходило путаницы», — говорит руководитель отдела продаж компании СНЭ Роман Фролов.
Инженеры и специалисты компании «Системы накопления энергии» и Регионального центра нормативно-технической поддержки инноваций Новосибирской области при Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ адаптировали существующие международные требования к проектированию, монтажу и испытаниям устройств, которые предъявляются к участникам рынка производителей систем накопления энергии. Новосибирские разработчики смогли приспособить стандарт под российскую нормативно-правовую базу, что позволит накопителям выйти на международный рынок.
Гармонизированные с международными документами МЭК стандарты помогут строить конструктивный диалог между разработчиками, проектировщиками и заказчиками, сократить их временные и трудовые ресурсы путем применения апробированных на практике норм и требований, необходимых для проектирования, строительства и эксплуатации современных систем накопления энергии.
Сейчас для обеспечения постоянного энергоснабжения в отдаленных населенных пунктах на севере России строятся солнечно-дизельные электростанции, которые сочетают в себе два способа получения электроэнергии. Это делает энергоснабжение бесперебойным. В таких установках используются специальные накопители, компенсирующие неравномерность выработки энергии, требования для которых впервые были разработаны новосибирскими инженерами из СНЭ и НГТУ НЭТИ. В 2019 и 2020 году первые российские накопители энергии высокой мощности были запущены на солнечно-дизельных электростанциях компании «Хевел» в Туве и Башкирии. В ближайшее время планируется установка накопителей на станциях Чукотки, Якутии и Красноярского края.
Необходимость формирования нормативной базы в России в сфере систем накопления электрической энергии обусловлена интенсивным развитием этой отрасли. «Если традиционные типы накопителей выполняли в электроэнергетике лишь вспомогательные функции, то современные накопители энергии претендуют на место одного из важнейших элементов энергосистем. При этом основные типы накопителей энергии, которые достигли наибольших и наилучших характеристик, — это накопители на базе литий-ионных аккумуляторных батарей», — комментирует директор Института силовой электроники, профессор НГТУ НЭТИ Сергей Харитонов.
В 2021 году планируется продолжить работы по формированию гармонизированной нормативной базы, обеспечивающей комплексное развитие отрасли систем накопления электрической энергии в России, в том числе через разработку востребованных документов по стандартизации, учитывающих специфику рынка российской электроэнергетики.
Справка
«Системы накопления энергии» (СНЭ) (проект Роснано) — технологическая инжиниринговая компания, занимается развитием отрасли хранения электрической энергии. Ранее оборудование, созданное СНЭ совместно с Институтом силовой электроники НГТУ НЭТИ, было установлено на Бурзянской солнечной электростанции в Башкирии с крупнейшим в России накопителем энергии, а также в Республике Тува. В ближайшее время планируется установка накопителей на станциях Чукотки и Красноярского края.