Битум в гидроизоляции: от чудес света до наших дней
Битум известен людям не одно тысячелетие. Его уникальное свойство не пропускать воду высоко ценилось еще в древности. С середины XIX века началась новая история материала, но он все так же незаменим в строительстве.
Природный герметик
У многих людей слово «битум» ассоциируется с покрытием современных автодорог. Однако еще задолго до их появления человечество применяло битум для защиты своих жилищ от влаги. Речь идет о природном материале, который образуется из нефти в результате длительного выветривания. Часто в местах естественного выхода нефти на поверхность земли появляются битумные озера. Древние люди, жившие на территориях, богатых залежами «черного золота», охотно пользовались натуральным битумом в строительстве. Из него делали прочный кирпич, который не пропускал воду, применяли «жидкий асфальт» для герметизации и гидроизоляции сооружений. Сложно представить, что в Индии был найден бассейн, облицованный асфальтом, который построили свыше пяти тысяч лет назад!
«Bitumen» с латинского — «липкий, смолистый», происходит от древнего «jatu» (санскрит) — смола, выделяющаяся из деревьев
Если верить летописям, создание Висячих садов Семирамиды — одного из семи чудес света —не обошлось без битума. Чтобы «вырастить» грандиозный зеленый оазис посреди пустыни и обеспечить ему постоянный полив, требовалось огромное количество воды. Для ее подачи были устроены многочисленные каналы, желоба, лотки, трубы, и вся эта система нуждалась в гидроизоляции. Единственным материалом, который в то время мог справиться с данной задачей, был битум. Позже природный асфальт пригодился для возведения Великой Китайской стены и многих других легендарных объектов.
Эпоха асфальта
Новая эпоха применения битумов началась чуть менее двухсот лет назад — с промышленным освоением нефтяных месторождений в Европе. До этого улицы в городах мостили камнями, но уже в 1835 году применили асфальтобетон для устройства тротуаров Королевского моста в Париже. Годом позже такое покрытие смогли оценить жители Лондона, а затем Филадельфии. С середины XIX века битумно-минеральные составы производят во Франции, Швейцарии, США и других странах. В Российской империи первый асфальт был уложен в 1866 году на улицах Петербурга, а к 1880 году появился в Кронштадте, Москве, Риге, Киеве, Одессе и Харькове.
Мощным толчком к развитию нефтяной промышленности стало появление автомобилей, первый из которых в 1896 году сконструировал Генри Форд
Бурно развивающаяся автомобильная индустрия требовала новых технологических решений, лучшим из которых оказался асфальт. Для строительства дорог стали применять искусственные битумы, полученные в результате окисления сырья. Первые промышленные партии такого битума выпустили в 1844 году, применив технологию барботажа воздуха через слой нефтяных остатков при температурах 204° и 316° по Цельсию.
Литой асфальт (на основе природных битумов) впервые был уложен в 1876 году в США. Спустя шестнадцать лет индустриальным методом изготовили пилотную дорожную конструкцию шириной три метра. А в 1904 году с помощью гудронатора со свободным истечением горячего битума построили дорогу протяженностью 29 км.
Битум: новое прочтение
В 1936 году, через 44 года после строительства первого битумного дорожного покрытия, в Турине открылся завод IMPER ITALIA. Он производил гидрофобизаторы, герметики и битумные эмульсии, предназначенные для гидроизоляции крыш и фундаментов. Со временем компания расширила ассортимент, включив в него защитные покрытия для стальных конструкций и бетонных сооружений.
За 87 лет предприятие прошло большой путь развития в области изоляции, постоянно совершенствуя свои продукты. Рос и географический охват — сегодня бренд представлен в 85 странах мира.
Создатели материалов сделали ставку на уникальный состав, включив в него АПП-полимеры. Это обеспечило повышенную теплостойкость покрытия. Оно способно выдерживать самые высокие температуры (до +130 ͦ по Цельсию) и не «течет» на солнце. Такое свойство позволяет эффективно использовать материал в любом климате, в том числе в жарких регионах.
Линейка IMPER включает материалы разных ценовых категорий — стандарт, бизнес, премиум. Особое место в этом ряду занимают мембраны IMPER LUX Н и IMPER LUX В (для нижнего и верхнего слоев гидроизоляции). Они отличаются высокой эластичностью, тепло- и морозостойкостью. Изделия, выполненные на полиэфирной основе, универсальны: подходят и для кровли, и для фундаментов. Материалы с основой из стеклоткани предназначены только для кровельных решений.
Помимо этого, компания развивает линейку сопутствующих товаров, которые необходимы для устройства надежной и долговечной гидрозащиты, — это специальные мастики и праймеры. Также ведется работа и над другими новинками, которые обещают удивить потребителей.
Итак, современные битумосодержащие материалы в XXI веке далеко ушли по своим характеристикам от родоначальника — природного битума. Передовые технологии позволили приблизить их к совершенству: улучшить надежность, прочность, стойкость к воздействию экстремальных температур, сделать удобным и монтаж, и эксплуатацию. Но, как и пять тысяч лет назад, этот материал по-прежнему помогает решать различные задачи в строительстве, обеспечивая комфорт и безопасность людей.
Jet-grouting как он есть
По просьбе «Строительного Еженедельника» руководитель проектов АО «Нью Граунд» Светлана Рубцова рассказала о струйной цементации — одной из современных технологий, все больше завоевывающих популярность на строительном рынке.
— Jet-grouting, или технология струйной цементации, или струйная геотехнология, заключающаяся в разрушении и перемешивании грунта высоконапорной струей цементного раствора, позволяет получать практически любой формы и размеров грунтоцементный массив, который обладает достаточно высокими прочностными и деформационными показателями, более чем на порядок превышающими характеристики грунта. Эта технология решает множество задач и делает возможным улучшать естественные основания, усиливать фундаменты. Кроме того, она эффективно используется для ограждения котлованов и создания противофильтрационных завес, в том числе в стесненных условиях работы.
Руководитель проектов АО «Нью Граунд» Светлана Рубцова
Струйная цементация применима практически в любых видах грунта. Jet-grouting активно используется при реконструкции зданий и сооружений, в том числе памятников архитектуры. Сегодня это эффективный способ повысить несущую способность здания при увеличении нагрузки и незаменимое средство для сохранения исторических зданий посредством усиления старых фундаментов.
Спектр представленного на российском рынке оборудования достаточно широк и включает в себя как малогабаритные машины, типа УКБ, весом всего до 500 кг, так и большие установки, весом до 20–25 тонн. Существующее оборудование позволяет проводить работы на любых строительных площадках и при новом строительстве, и из подвалов существующих зданий и в производственных помещениях.
В России не так много специалистов по технологии струйной цементации, но они есть, поскольку популярность технологии растет. Большая часть компаний располагает 1–3 установками. В нашей компании сейчас работает 21 действующий комплекс для струйной цементации. Можем с уверенностью заявить, что на сегодняшний день компания «Нью Граунд» является самым крупным игроком на рынке этих услуг.
География нашей работы включает множество регионов — от Мурманска до Владивостока. Наши специалисты — настоящие профессионалы своего дела, с профильным образованием и большим опытом работы в этой сфере. Мы предоставляем полный комплекс услуг от инженерно-геологических изысканий до проектирования и реализации строительно-монтажных работ.
К сожалению, все еще не все строительные компании на рынке знакомы с технологией струйной цементации, но интерес к ней явно растет. Мы считаем, что в будущем она будет развиваться все активнее.
К примеру, технология может быть эффективно использована в районах, где строительство проводилось на вечномерзлых грунтах. В связи с повсеместным изменением климата и растеплением грунтов здания могут начать давать неравномерную осадку, и как раз для стабилизации осадок может прийти на помощь jet-grouting. Кроме того, в современных мегаполисах плотность застройки постоянно возрастает и все чаще необходимо оборудование, позволяющее работать в стесненных условиях, что опять-таки характерно для струйной цементации.
Новые СП — новая эффективность
Модернизация нормативной базы — одна из застарелых проблем строительной отрасли, что находит отражение и в критике со стороны руководства страны. Тем более важно появление каждого нового нормирующего документа, особенно в столь важной сегодня сфере, как развитие транспортной инфраструктуры.
С 1 июля 2021 года вступили в действие актуализированные СП 35 «Мосты и трубы» и СП 122 «Тоннели железнодорожные и автодорожные», регламентирующие проектирование и строительство транспортных сооружений.
Работа по актуализации стандартов организована ФАУ «ФЦС» и выполнена АО «ЦНИИС» и ООО «Мастерская Мостов» при участии специалистов ООО «ИЦ "МИТ"», АО «Дороги и мосты», «Мостотреста».
Актуализация Сводов правил стала очередным шагом в модернизации нормативной базы. Еще в 2010 году вместо устаревших СНиПов были, в частности, разработаны СП35 по проектированию мостов и водопропускных труб и СП122 по проектированию железнодорожных и автодорожных тоннелей. «Вобрав все самое фундаментальное из СНиПов Своды правил во многом улучшили ситуацию в проектировании мостов и тоннелей и дали возможность проектировщикам разрабатывать в том числе уникальные сооружения, как вантовый мост на о. Русский (с пролетом 1 км!), тоннели Московского метрополитена, Лефортовский тоннель и Строгинские тоннели в Москве», — вспоминает заместитель генерального директора АО «ЦНИИТС» по научной работе Юрий Новак.
При этом он отмечает: практика показала, что документы такого уровня должны пересматриваться на регулярной основе. «Был выбран срок пересмотра СП — пять лет, который позволял пройти для утверждения той или иной инновационной продукции весь путь от идеи через эксперимент, опытное проектирование и строительство до массового применения. В 2012–2015 годах, в 2020 году были подготовлены вторая и третья редакции этих СП», — говорит эксперт.
СП 35
Работа по актуализации нормативных документов велась при активном участии Минтранса России, Росавтодора, ТК 418 «Дорожное хозяйство». «Пересмотру нормативов предшествовало проведение нескольких прикладных научных исследований, а также аккумуляция результатов опытного проектирования и строительства целого ряда объектов, например, Крымского моста», — со своей стороны отмечает замглавы Минстроя РФ Сергей Музыченко.
«Основные задачи, которые решались при разработке изменений в СП 35, это: актуализация взаимосвязей с обновляемой нормативной базой в части новых материалов и разработанными новыми нормативными документами, уточнение методов расчета и конструирования железобетонных элементов, а также учет разработанных ранее специальных технических условий», — рассказывает заместитель технического директора ООО «Мастерская Мостов» Николай Новак.
По его словам, прежде всего следует отметить большую группу изменений, связанных с расчетом и конструированием железобетонных конструкций, в том числе добавлено приложение по расчету сечений с учетом диаграмм деформирования материала. Также обновились требования к габаритам, тротуарам, к проектированию водоотвода и мостового полотна, а также иные крайне важные положения.
Юрий Новак перечисляет следующие ключевые новации СП 35:
- Включены требования по современным методам расчета конструкций мостов на основе нелинейного подхода учета работы материалов, что даст возможность более грамотно проектировать мосты.
- Разрешено применение фибробетона в мостовых конструкциях. Фибробетон в отдельных элементах мостовых сооружений весьма важен, несмотря на его повышенную стоимость в сравнении с обычным гидротехническим (мостовым) бетоном.
- Разрешается применение арматуры классов А500 и А600 по ГОСТ 34028, а также арматуры с периодическим профилем поверхности, имеющим многорядное расположение поперечных ребер, классов А500СП, Ау500СП и Ав500П как имеющую повышенные характеристики сцепления с бетоном, арматура указанных типов давно (более 30 лет) применяется в промышленно-гражданском строительстве, теперь ее можно использовать в мостах.
- Разрешается применение высокопрочных болтов, гаек и шайб из атмосферостойкой стали марки 40ХГНМДФ. Мосты строят сегодня и в морских условиях, поэтому атмосферостойкость очень актуальна сегодня для России.
- Для свайных фундаментов опор допускается применение стальных свай, погружаемых с открытым концом без выемки грунта из цилиндрической электросварной прямошовной трубы диаметром до 3000 мм. Эту возможность и экономическую целесообразность доказало строительство моста на полуостров Крым.
«В целом разработанные изменения позволят более гибко вести проектирование и сократить сроки прохождения органов экспертизы», отмечает Николай Новак. «Новые требования дадут возможность улучшить качество проектирования мостов, что позволит повысить надежность и долговечность сооружений. Кроме того, нововведения за счет повышения уровней безопасности при строительстве и эксплуатации сооружений в соответствии с требованиями закона № 384-ФЗ обеспечат снижение затрат на ремонт на 5–10% за счет увеличения межремонтных сроков. Модернизация мостовой строительной отрасли путем внедрения передовых и отмены устаревших технологий даст повышение темпов строительства за счет применения прямошовных труб в фундаментах на 15% (исключительно для больших мостов)», — дает более развернутую оценку Юрий Новак.
СП 122
Одним из наиболее важных результатов изменения СП 122 «Тоннели железнодорожные и автодорожные» является повышение уровня безопасности при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей и сохранность окружающей застройки.
Юрий Новак называет следующие основные новеллы норматива:
- Приведены дополнительные требования по определению нормативных и расчетных характеристик грунтов при поведении инженерно-геологических изысканий, составу данных для выполнения геотехнических расчетов, что важно особенно применительно к сложным геологическим условиям современного тоннелестроительства.
- Введены положения по видам и выбору ограждающих конструкций котлованов, в том числе современных методов крепления строительных котлованов в условиях плотной городской застройки и интенсивного уличного движения, что отработано в крупных городах-миллионниках.
- Введены требования по сооружению тоннелей с опережающей крепью в виде экрана из труб и современной технологии микротоннелирования, что актуально для пересечения дорог со строительством тоннелей под насыпью.
- Введены новые положения по использованию специальных способов работ при сооружении транспортных тоннелей в условиях неустойчивых водонасыщенных и нарушенных скальных грунтов, укреплении оснований и фундаментов зданий, попадающих в зону строительства, ликвидации аварийных ситуаций, возникающих в процессе строительства.
- Определены требования по устройству притоннельных сооружений способом опускных секций, что является новым словом в проектировании и строительстве тоннелей.
- Уточнены ссылки на нормативные документы по противопожарной защите тоннелей и тоннельных переходов, добавлены требования к пожарной безопасности строительных конструкций.
Внесенные изменения упрощают и ускоряют процессы проектирования, а также во многих случаях позволяют отказаться от разработки специальных технических условий. Внесенные изменения также ориентированы на гармонизацию нормативных требований с европейскими и международными стандартами.
«Обобщенные технико-экономические показатели по применению новых материалов и технологий при проектировании и строительстве тоннелей ориентировочно составляют: сокращение стоимости строительства на 15–20%, сроков строительства на 15–25%, эксплуатационных расходов — на 30%», — отмечает Юрий Новак.
По его словам, принятие и широкое внедрение новых нормативных документов позволит строить новые и ремонтировать уже действующие сооружения транспортной инфраструктуры более надежно, быстро и экономично. «Все нововведения в СП35 и СП122 прошли общественные слушания и получили одобрение у ведущих специалистов-практиков — как проектировщиков, так и строителей», — добавляет эксперт.