Будущее металлического мостостроения
Все чаще в России строители выбирают металл для возведения мостов, путепроводов и пешеходных переправ. Так, сейчас в Новосибирске специалисты возводят масштабное искусственное сооружение длиной 5,6 километра через реку Обь в створе улицы Ипподромной из стали марки 10ХСНД-2. Этот же материал мостовики применили в прошлом году в столице при строительстве 322-метровой переправы через реку Москву в составе Юго-Восточной хорды. О развитии данного направления шла речь на конференции «Металлическое мостостроение. Задачи. Преимущества. Перспективы» в рамках 8-й международной специализированной выставки «Металлоконструкции-2023».
Атмосферостойкая сталь
Технологии в производстве стали и стальных конструкций не стоят на месте. Так, все чаще мостовики используют атмосферостойкий металл для пролетных сооружений, которые ни в момент строительства, ни в будущем не требуют лакокрасочного покрытия. Например, говорит директор по продажам АО «Мостостройиндустрия» Андрей Комаристов, такой подход использован при возведении путепровода через Центральную кольцевую автодорогу (ЦКАД) и на нескольких других объектах компании. Выбирают атмосферостойкую сталь и специалисты ГК «Трансстройпроект» при работе над своими проектами, например, для модульных переправ через малые реки.
Впрочем, мостовики не отказываются и от традиционных способов защиты в виде краски или цинка.
Расширение сортамента
Тем временем в отрасли продолжаются активные дискуссии о расширении сортамента стали для применения в мостостроении. Напомним, новый межгосударственный стандарт ГОСТ 6713-2021 предлагает при строительстве стальных конструкций железнодорожных, автодорожных, совмещенных, городских и пешеходных мостовых сооружений использовать прокат категории 2 и 3 в термомеханическом обработанном состоянии после контролируемой прокатки, в том числе с ускоренным охлаждением, отжига, отпуска, нормализующей прокатки и закалки с прокатного нагрева. Кроме того, в документе говорится о применении стали нового класса прочности 14ХГНДЦ-С390, введении бора для микролегирования 10ХСНД и расширении сортамента толстолистового проката с 40 до 110 мм. Авторы документа полагают, что эти преобразования позволят покрыть дефицит материала, который, по данным Минпромторга, оценивается в 100 000 тонн.
Еще в прошлом году новый стандарт встретил критику со стороны мостостроителей, так как указанные в документе виды стали не прошли соответствующих испытаний при возведении искусственных сооружений. Тем не менее документ отменял советский ГОСТ 6713-91 и массово применяемый в Российской Федерации при производстве металла для мостов и путепроводов ГОСТ Р 55374-2012.
Министерство транспорта Российской Федерации прислушалось к опасениям мостовиков и отложило введение в действие нового стандарта, пока его авторы из ЦНИИТС не проведут соответствующих испытаний. В июле прошлого года комплексная программа по исследованию разных видов обработки и проката по образцам была утверждена и запущена. Первые результаты данной работы озвучили в рамках конференции «Металлическое мостостроение. Задачи. Преимущества. Перспективы».
«Программа предусматривала несколько этапов: испытания самого чистого металла, сварных соединений, высокопрочных болтов и выносливости. И если на все эти моменты мы отвечаем "да", то даем добро, — заявил заместитель генерального директора по научной работе АО "ЦНИИТС" Юрий Новак. — Хочу сразу сказать, что все образцы прошли испытания с честью, замечаний нет, то есть дорога опытному строительству и проектированию открыта».
В общей сложности специалисты ЦНИИТС испытали 600 образцов, используя листы толщиной 16, 32 и 40 мм. При этом выявилась зависимость: чем толще лист, тем выше его свойства. Не обошли стороной и технологический процесс контролируемой прокатки. Надо отметить, что это материал не новый и попытки применения его в мостах осуществлялись, хотя и не были использованы. При этом такая сталь находит широкое применение в зарубежных практиках мостостроения и промышленно-гражданском строительстве.
Впрочем, металлургические заводы пока не спешат запускать массовое производство новых видов стали для мостостроения. По словам Юрия Новака, этого следует ожидать после того, как результаты исследований утвердят специалисты Минтранса России и дадут старт следующему этапу опытного внедрения в строительстве и проектировании.
В ответ на это представители «Уральской Стали» предложили продолжить испытания и бессрочно продлить действие массово применяемого в Российской Федерации ГОСТа Р 55374-2012. «Результаты испытаний не позволяют с уверенностью гарантировать надежность и долговечность мостовых металлоконструкций, изготовленных из проката по новому ГОСТу. В связи с этим необходимо провести углубленные металловедческие исследования проката в термомеханически обработанном состоянии с привлечением профильных научно-исследовательских институтов, полноценную работу по разработке технологии производства, сварки и изготовления мостовых металлоконструкций из новых толщин от 51 до 110 мм во всех состояниях поставки, а также расширенные испытания сварных соединений из стали марки 14ХГНДЦ с углеродным эквивалентом 54%», — отметил специалист технической дирекции ООО УК «Уральская Сталь» Дмитрий Нижельский.
К обсуждениям подключились и специалисты АО «Объединенная металлургическая компания» (ОМК), которые также предоставили для исследований нового ГОСТа 1022 образца общей массой 20 тонн. Главный специалист ОМК Артем Кравченко предложил в новом стандарте уточнить требования к листовому прокату из стали 10ХСНД при любом состоянии поставки (нормализация, закалка с отпуском, контролируемая прокатка с ускоренным охлаждением) в части химического состава по содержанию серы, ниобия, ванадия, молибдена и бора, а также предельных показателей испытаний на растяжение, ударный изгиб, неметаллические включения, ультразвуковой контроль и твердость по Бринеллю, которая на данный момент не оговорена.
Пока дискуссии и исследования продолжаются, в России по-прежнему действует старый ГОСТ Р 55374-2012, восстановленный в действии до 1 января 2024 года. Именно его металлурги, заводы по производству стальных конструкций и проектировщики используют для возведения новых искусственных сооружений.
Экология битума
Битум - уникальный строительный материал, встречается в открытых месторождениях, расположенных в Канаде и островах Карибского бассейна. В нашей стране природный битум в небольших количествах добывают из подземных источников в Коми и Татарстане.
Природный битум, подобно глине и камню, сопровождает жизнь человека с древних времен. Уже десятки тысяч лет назад люди оценили высокие адгезионные и гидроизоляционные свойства природного битума (или «земляной (горной) смолы»). Природный битум использовали при строительстве жилья, гидроизоляции лодок, устройстве подземных хранилищ для воды.
В эпоху ранних царств Междуречья и Египта природный битум использовался для создания настоящих шедевров прикладного искусства и архитектуры. До наших дней дошли Урский штандарт, мозаичное панно из Аль-Убейда. Известна легенда о седьмом чуде света – каскадных садах Семирамиды, гидроизоляция этого сооружения была сделана из природного битума.
В первой половине 19 века первые асфальтобетонные дороги были построены в США на основе смеси природного битума и песка. Однако, готового битума в природе мало, поэтому с развитием технологий тяжелые остатки нефтепереработки, в первую очередь - гудрон стал сырьем для изготовления искусственного битума в промышленных масштабах.
Сегодня битум производят преимущественно путем окисления гудрона-тяжелого остатка вакуумной перегонки нефти. Гудрон нагревают до +250 С и продувают через него воздух в специальных колоннах- конверторах. Этот процесс называется окислением, так как кислород воздуха является инициатором изменений свойств гудрона (повышении вязкости и жесткости).
Другой способ получения битума - отгонка лёгких фракций из тяжелых остатков нефти. Так получают Остаточный битум.
Компаундированный битум получают путем смешивания тяжелых остатков нефти.
В стройиндустрии кровельный битум – универсальное сырье для создания уникального ассортимента материалов гидроизоляции: праймеров, мастик, герметиков, рулонной гидроизоляции, «жидкой резины», гибкой черепицы, фасадной плитки.
С целью улучшения эксплуатационных свойств битумов часто используют различные добавки: полимеры, масла, дегти, легкие нефтяные фракции.
В России на кровлях и фундаментах ежегодно монтируется около 480 млн квадратных метров рулонных битумных и полимерно-битумных материалов (по данным открытых источников). Сотни тысяч тонн мастик, герметиков и праймеров применяют при устройстве гидроизоляции внутренних помещений, подземных конструкций, стен и кровель.
Но возникает вопрос – насколько экологически безопасны битумные материалы? И не только сами материалы, но и их производство?
За прошедшие 100 с лишним лет битумы были хорошо изучены с точки зрения воздействия на окружающую среду и организм человека. В соответствии с ГОСТ 9548-74 нефтяные битумы являются малоопасными веществами и по степени воздействия на организм человека относятся к 4-му, самому низкому классу опасности.
Важно отметить – во всех современных гидроизоляционных материалах применяют битум, модифицированный полимерами на основе СБС-стирол-бутадиен-стирольного термоэластопласта, либо альфа-полиолефинов. За счет модификации битум становится высокоэластичным материалом, увеличивается его теплостойкость, долговечность, износостойкость, улучшаются низкотемпературные характеристики. Например, в рулонных полимерно-битумных материалах ТЕХНОНИКОЛЬ премиальных и бизнес марок: ТЕХНОЭЛАСТ и УНИФЛЕКС битум модифицирован СБС полимером.
Благодаря модификации материалы ТЕХНОЭЛАСТ сохраняют гибкость при температуре окружающего воздуха до -25 С, и обладают теплостойкостью до +100 С. Гибкость марки УНИФЛЕКС составляет – 20 С, теплостойкость +100 С. Теплостойкость отдельных битумно-полимерных материалов ТЕХНОНИКОЛЬ составляет до +140 С. Таким образом, материалы могут эксплуатироваться во всех климатических зонах Евразии: от крайнего Севера, до районов с засушливым и тропическим климатом.
Рулонные материалы гидроизоляции ТЕХНОНИКОЛЬ производятся на прочной основе (полиэфир, стеклоткань или стеклохолст), которая повышает сопротивляемость материала к механическим нагрузкам и снижает риск его повреждения. На поверхность материалов верхнего слоя (марки К) нанесена минеральная посыпка для защиты от ультрафиолета.
Срок эксплуатации битумно-полимерных материалов Корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ составляет 40 лет и более (материалы бизнес- класса) при условии правильного монтажа, эксплуатации и обслуживания.
Корпорация ТЕХНОНИКОЛЬ сегодня экспортирует из России более 50 млн м2 рулонных битумно-полимерных мембран в различные страны мира, в том числе, в государства с очень жесткими экологическими требованиями (Скандинавия, Западная Европа, США). При этом материалы для внешнего и внутреннего рынка РФ часто отличаются лишь маркировкой - принципиальной разницы в составе большинства продукции нет.
Еще один показатель экологичности стройматериалов – возможность их эффективной утилизации и вторичной переработки. Отработавшие свой срок битумно-полимерные материалы успешно перерабатываются на специальных установках и в последующем используются как добавки при изготовлении различных стройматериалов с битумным вяжущим.
Однако в современном мире недостаточно произвести экологически безопасный продукт. Само производство также должно быть максимально безопасным и эффективным с точки зрения потребления ресурсов и защиты окружающей среды.
Каких результатов удалось достичь предприятиям направления «Битумные материалы и гранулы» ТЕХНОНИКОЛЬ за прошедшие несколько лет?
Все заводы данного направления в 2020 году сократили выбросы СО2 (углекислого газа) на 17%, снизили потребление электроэнергии на 6%, водопотребление почти на 9%. В целом за 5 лет водопотребление сократилось на 42%. И в прошедшем году отмечен самый низкий за пять лет объем потребления воды.
За счет замены воздушных компрессоров на более эффективные (с инверторной технологией) и установки частотных преобразователей на электродвигатели с 2016 по 2020 годы удалось сократить потребление электроэнергии на 10%.
В этом году на предприятиях компании ТЕХНОНИКОЛЬ реализуются проекты по сокращению выбросов пыли. Система пылеподавления состоит из генераторов водяного тумана, которые создают в разгрузочных зонах плотную водяную завесу из мельчайших капель. В результате система позволяет снизить уровень запыленности на 80%.
Отдельно стоит отметить успехи предприятия «ТехноНИКОЛЬ-Выборг», которое ежегодно перерабатывает до 5000 тонн в год вторичных полимерных модификаторов. Также «ТН-Выборг» стало первым предприятием ТЕХНОНИКОЛЬ, которое внедрило плазмокаталитическую установку очистки газов «PLAZKAT» российского производства.
Специалисты компании поработали и над снижением уровня шума работающего оборудования – для этого агрегаты завода в Выборге были покрыты специальным шумоизолирующим составом.
Компания методично двигается к цели – стать мировым лидером в производстве не только экологически безопасных материалов, но и обеспечить максимальную чистоту самого производства.
Стальные конструкции: основные тренды 2021 года
Сегодня состояние рынка стальных конструкций волнует не только непосредственных участников отрасли, но и потребителей. Выросшие цены на металл повлияли на состояние всей строительной отрасли, коснулось это и частных лиц. Поэтому состояние рынка стальных конструкций волнует все мировое сообщество. Ассоциация развития стального строительства продолжает знакомить вас с перспективами развития отрасли и возможностями применения металлоконструкций.
"Сегодня стальное строительство - одно из самых перспективных направлений строительной отрасли. Потенциал использования металла огромен. Это особенно актуально в условиях мирового кризиса, поскольку сталь имеет ряд преимуществ перед другими конструкциями. Потребность в строительстве общественных зданий, школьных и дошкольных учреждений, объектов культуры и спорта, коммерческих зданий и сооружений, складских и сельхоз помещений различного назначения, объектов жилого строительства и медицинских учреждений остается на прежнем уровне несмотря на экономические спады. Поэтому главный тренд 2021 года, который, мы уверены, сохранится и в последующие годы - это массовое расширение и углубление применения металлоконструкций по всем направлениям", - говорит глава АРСС Александр Данилов.
С руководителем Ассоциации согласны и другие эксперты отрасли. Рост потребления стали в строительстве имеет широкие перспективы. По оценке директора ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко Ивана Ведякова, росту применения металлоконструкций во многом будет способствовать реализация масштабных государственных инфраструктурных проектов. "Одним из ведущих трендов 2021 года я бы назвал рост цен на металл. Это сопровождалось увеличением спроса на него. В России сейчас строится много домов из монолитного железобетона, что сопряжено с повышенным расходом арматуры, которая за последние несколько месяцев подорожала в два раза. Еще сильнее возросли цены на балку, что стало серьезной проблемой для производителей металлоконструкций. Новые своды правил, утвержденные в 2020-2021 гг., способствуют расширению использования металла в строительстве. После принятия СП
«Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения» проектировщики начали перестраховываться, закладывая в проекты больше металла", - отметил Иван Ведяков. Еще одной проблемой эксперт назвал проект нового ГОСТа по строительной стали, из которого металлурги хотят убрать некоторые требования к прокату. Если он будет утвержден в таком виде, строителям самим придется подтверждать перед Главгосэкспертизой характеристики стальной продукции, что потребует дополнительных затрат.
Еще одним общемировым трендом, за которым следует и Россия, можно назвать высотное строительство. В условиях дорожающих цен на землю девелоперам выгоднее строить многоэтажные здания и небоскребы. Возведение таких объектов чаще всего используется с применением стальных конструкций.
"Накопленный опыт позволяет говорить об эффективности использования сталей повышенной прочности. Современные производители стали, в том числе в РФ, способны обеспечить строительство конструкций с пределами текучести до 900 МПа. А современные нормы РФ позволяют делать расчеты конструкций с самыми высокими пределами текучести. запроектировать без применения сталежелезобетонных конструкций. Комбинирование высокопрочных сталей и бетонов позволяет сооружать уникальные здания со сравнительно компактными поперечными сечениями. Применение сталежелезобетонных конструкций вместо «традиционных» (в которых стальная и железобетонная часть работают раздельно) позволяет снизить металлоемкость конструкций перекрытий на 14-26% в зависимости от пролета. То есть в полной массе здания – экономия может составить 8,8-16,4% веса конструкций. Кроме того, мировые тренды использования комбинированных конструкций показывают, что потребление стали для колонн, перекрытий многоэтажных зданий будут только расти. Поэтому важно совершенствовать нормативные документы в этом направлении, проводить экспериментальные исследования новых форм конструкций", - пояснят к.т.н., заведующий лабораторией высотных зданий и сооружений ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко Денис Конин.
Также, по прогнозам участников рынка, сталь будет шире применяться не только в уже освоенных инфраструктурном и нежилом строительстве, но и в относительно новом сегменте жилого строительства.
"Жилая недвижимость сейчас строится в основном с применением арматуры, но на примере других стран мы видим потенциал для металлоконструкций. В России есть запрос на скорость, экологичность и качество строительства, которые не всегда может гарантировать монолит. С другой стороны, согласно нацпроекту «Жильё и городская среда» к 2030 г. в сегменте массового жилого строительства должно возводиться 80 млн м² ежегодно (сейчас менее 50 млн м² в год). При сегодняшних технологиях монолитного и панельного домостроения, равно как и имеющихся производственных мощностях, — достижение цели кажется затруднительным. В свою очередь, современные технологии и решения в области стального строительства, а также накопленный профессиональный опыт, позволят обеспечить достижение заявленных целей", - говорит начальник управления по развитию стального строительства «Северстали» Роман Сенаторов.
В сфере индивидуального жилого строительства уверенно растёт количество проектов по технологии лёгких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК). Этот сегмент будет развиваться и дальше, особенно благодаря расширенной в 2021 г. программе льготного ипотечного кредитования.