Строительство дорог: новые материалы, технологии, решения
Первую четверть XXI века можно без преувеличения назвать эпохой бурного развития технологий и создания новых материалов. В ногу со временем идет и дорожно-строительная отрасль. О разработке инновационной продукции, реализации новых технологий и внедрении в свою практику передовых технических решений рассказывают эксперты отраслевых компаний, специализирующихся на проектировании и строительстве дорог, а также производстве материалов для дорожного покрытия.
Первый вопрос на повестке дня
Очевидно, что хорошая дорога начинается с грамотного проекта, а сегодня в области разработки проектной документации одним из первых на повестке дня стоит вопрос внедрения и применения технологий информационного моделирования (ТИМ).
Информационное моделирование позволяет получать модели в едином формате и создавать проектную и рабочую документацию более высокого качества, — констатирует директор по проектированию и инновациям холдинга «Автобан» Олег Лесюта. — Информационная модель объекта позволяет удобно связать проектные решения по всем разделам и проверить их на возможные коллизии и несоответствия. Благодаря ТИМ дорожники исключают риск получить несогласованные проектные решения, которые могут негативно сказаться на сроках и качестве строительства.
Татьяна Помельникова, руководитель группы отдела технологий информационного проектирования АО «Институт ”Стройпроект”». — Хотя есть успешный опыт в промышленном и гражданском строительстве, условия внедрения здесь другие.
Татьяна Помельникова обозначила основные факторы, влияющие на процесс внедрения информационного моделирования.
Первое — развитие ТИМ в строительной отрасли приводит к появлению новых нормативных документов. Некоторые из них полезны, другие — наоборот. При этом часть документов устаревает, становится сложно их применять, особенно в транспортном проектировании.
Второе — переход с зарубежного программного обеспечения на российское особенно повлиял на проектирование мостов, для которых нет идеально подходящей ТИМ-программы. С одной стороны, это усложняет работу, с другой — позволяет развивать отечественные продукты под нужды отрасли.
Третье — ТИМ требует участия всех сторон проекта. Заказчики и подрядчики не всегда видят все преимущества ТИМ, а это замедляет внедрение.
— Когда имеется высокоточная модель, основанная на топографической съемке и принятых технических решениях, качество выполняемой работы выходит на принципиально иной уровень, — убежден Олег Лесюта. — Геодезическая служба имеет возможность ежедневно контролировать ход строительно-монтажных работ с минимально допустимой погрешностью, применяя в том числе технологии лазерного сканирования и аэрофотосъемки. На этапе эксплуатации на искусственных сооружениях можно применять высокочувствительные системы мониторинга, датчики которых определяют деформацию, вибрации и малейшие отклонения от нормативных показателей.
По его словам, у холдинга «Автобан» накоплен хороший опыт разработки информационных моделей по крупным транспортным объектам, и компания не останавливается на достигнутом — ведет собственные разработки совместно с партнерами. В качестве примера Олег Лесюта привел проект «Цифровая экосистема для автомобильных дорог на базе цифрового двойника», который представляет собой виртуальную модель, наполненную необходимой атрибутивной информацией: документами, файлами, чертежами и спецификациями.
В ответ на запросы рынка
Каждый инженер отдает себе отчет в том, что проектирование и производство новых материалов базируется на достижениях науки, и сегодня возрастает роль научных центров, в том числе организованных на базе производственных компаний. Рассказывает эксперт Научно-исследовательского центра компании «Газпромнефть — Битумные материалы» Илья Кудряшов:
— Ассортимент продукции нашей компании насчитывает больше 300 наименований современных битумных материалов, в том числе уникальные разработки для строительства и текущего содержания дорог. Например жидкая стыковочная лента — специальный битумно-полимерный состав для герметизации шва, образующегося при укладке асфальтобетонной смеси. В отличие от привычной «твердой» ленты ее уже не нужно вручную разматывать и фиксировать на кромке покрытия. Для более эффективного нанесения применяется специальный автоматизированный модуль для асфальтоукладчика. Технология позволяет существенно улучшить качество холодных стыков и защитить их от попадания воды, которая при замерзании может вызвать появление трещин. В результате возрастает срок службы покрытия и межремонтный период. Еще одно решение — специализированные гранулы на основе битумного вяжущего и вторичной целлюлозы. Эта добавка надежно скрепляет компоненты асфальтобетонной смеси и предотвращает образование колеи.
Постоянно совершенствует рецептуры битумно-полимерных герметиков «ТЕХНОНИКОЛЬ», где также создан свой научный центр. По словам Антона Федькаева, руководителя направления «Горячие битумные материалы» ТН-Инжиниринг ТЕХНОНИКОЛЬ, компания выпускает более 30 модификаций дорожных герметиков, которые применяются во всех климатических зонах страны.
— Считаем важным достижением тот факт, что для обеспечения сырьем нам удалось добиться полного импортозамещения, — подчеркивает он.
Эксперт рассказал об одной из ключевых новинок компании в области дорожного строительства — битумно-полимерном герметике ТЕХНОНИКОЛЬ СОТА. Он способен глубоко проникать в трещины и швы и сегодня активно используется в дорожном ремонте для герметизации усталостных и отраженных трещин в асфальтобетонном покрытии.
— Независимо от причины происхождения любая трещина может привести к локальному разрушению дорожного полотна, — поясняет Антон Федькаев. — Рынку был нужен продукт, способный санировать небольшие повреждения на ранних стадиях. Раньше эта проблема решалась путем заполнения трещин битумом. Однако эффекта от такого способа хватало максимум на два года. Отвечая на запрос рынка, мы разработали продукт с выносливостью в 30 000 циклов, то есть столько раз он может выдержать переход через ноль градусов — от положительных температур к отрицательным и обратно.
Коротким путем
Пожалуй, важнейшей стадией жизненного цикла любого инновационного решения становится реализация его на практике. В строительстве, в том числе дорожном, многое зависит от успешного сотрудничества ученых, проектировщиков, производственников и подрядчиков. Однако различные организации не всегда взаимодействуют так быстро и эффективно, как хотелось бы и разработчикам новой техники и технологий, и отрасли в целом.
Одним из путей по преодолению препятствий на пути внедрения инноваций стала диверсификация бизнеса компаний-производителей, которые основывают собственные строительные подразделения. Так действует, например, ГК «АБЗ-1», работающая в дорожно-строительной отрасли уже более 90 лет.
Мы одними из первых пришли к пониманию того, что для сохранения лидерских позиций в конкурентной среде необходима диверсификация бизнеса и освоение новых сегментов, — рассказывает Леонид Гиндин, генеральный директор АО «АБЗ-Дорстрой», которая входит в ГК «АБЗ-1». — Сегодня компания уверенно развивает свои компетенции не только в производстве дорожных материалов, внедряя инновационные продукты по самым высоким стандартам, но и в строительстве дорог и мостов, укрепляя свое присутствие в новых регионах.
По его словам, «АБЗ-1» за текущий год проделала огромный объем работ в этом направлении. На финальной стадии идет реконструкция улицы Крисанова в Перми, включая строительство четырехполосной развязки. Компания продолжает активное строительство путепровода в Кудрове и реализует проект трамвайной линии «Славянка», который включает в себя возведение семи современных искусственных сооружений. Сейчас возводится крупнейший путепровод ферменной металлической конструкции длиной более 1200 м, который уже прошел над Московским шоссе и скоро преодолеет третьим уровнем петербургскую КАД. Такое решение значительно сократит путь трамвая.
Источник: пресс-служба АО «АБЗ-Дорстрой»
Как снизить ущерб от коррозии металла и сократить затраты на обслуживание трубопроводов на 10%?
Каждая шестая домна в России сегодня работает «впустую» по одной причине: коррозия съедает около 10% всего производимого металла[1]. Проблема коррозии под изоляцией обостряется с каждым годом, так как эксплуатируемые металлические изделия стареют, а количество разрушающих факторов увеличивается. В результате коррозия становится причиной колоссального экологического и экономического ущерба. Совсем избежать самопроизвольного разрушения металлов невозможно, но есть способы замедлить процесс. О том, как это сделать, рассказали в компании ROCKWOOL Россия. Эксперты компании с 2015 года прицельно исследуют проблематику возникновения коррозии под изоляцией.
Чем опасна коррозия металла?
Негативные последствия коррозии связаны с существенным увеличением затрат на эксплуатацию промышленного оборудования и устранение последствий разрушения металлов, а также с серьезными рисками для экологии и безопасности людей.
Так, если говорить об экономической стороне проблемы, то ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют 3-4% ВВП в США и Германии, а в России — более 5%. Из-за коррозии трубопроводов и оборудования под изоляцией сокращается потенциальный срок службы промышленных объектов, а вынужденные приостановки на ремонт снижают эффективность и увеличивают потери бизнеса. Так, час простоя может стоить до 20 тысяч долларов.
Эксперты ROCKWOOL добавляют, что 60% аварийных ситуаций с трубопроводами происходят вследствие коррозии металла. При этом стоимость ремонта может составлять до 300 тысяч рублей на один метр трубы. В среднем на ремонт повреждений от коррозии под изоляцией уходит около 10% от общего бюджета на обслуживание трубопроводов.
С точки зрения экологической безопасности и рисков для населения серьезные опасения вызывают возможные последствия из-за производственных аварий по причине коррозии. По данным Росприроднадзора, основная причина утечек из резервуаров и трубопроводов — это коррозионные повреждения. Так, в 2020 году из-за коррозии на трубопроводе Оха-Комсомольск-на-Амуре произошел разлив нефтесодержащей жидкости на площади 0,4 га.
К сожалению, коррозия металла приводит не только к экологическим катастрофам, но и к гибели людей. Один из самых резонансных случаев произошел в 2020 году в Перми: в результате прорыва теплотрассы погибли пять человек. Как сообщили в Ростехнадзоре, причиной аварии стал локальный коррозионный износ участка трубопровода вследствие старения антикоррозионного изоляционного покрытия.
Почему возникает коррозия?
В появлении коррозии всегда так или иначе виновата влага, однако ее влияние может быть разным, например:
- общая и точечная коррозия углеродистой стали возникает при контакте влажной среды и углеродистой стали;
- коррозионное растрескивание под действием внешних напряжений нержавеющей стали происходит из-за воздействия водорастворимых хлоридов из воды.
По оценкам ученых, в последние годы появились дополнительные факторы, которые провоцируют новые ЧП из-за самопроизвольного разрушения металлов. В частности, это интенсивное развитие трубопроводной сферы, нефтяной, химической и нефтехимической промышленности, а также устаревание существующего оборудования и несвоевременный ремонт. Кроме того, по словам академика РАН Евгения Каблова, к таким факторам можно отнести и появление новых видов бактерий.
«Воздействие отдельных бактерий привело к тому, что интенсивность коррозии увеличилась на 20–30%. Даже нержавеющие материалы, которые никогда не корродировали, эти бактерии прожигают, как лазер. Они передвигаются по металлической поверхности, и продукты их жизнедеятельности разрушают нержавейку», — рассказывает Евгений Каблов.
Не последнюю роль в возникновении коррозии играет и промышленная изоляция. Сегодня абсолютное большинство трубопроводов изолируются, чтобы снизить теплопотери. И именно под слоем изоляции зачастую и начинается разрушение металла.
Как снизить риски коррозии под изоляцией
Коррозия под изоляцией — это наружная коррозия трубопроводов или оборудования, которая появляется под внешней обшивкой изделия из-за проникновения влаги. Это одна из самых опасных и коварных разновидностей разрушения металла. Дело в том, что очаги коррозии в таких ситуациях скрыты изоляцией и их нелегко вовремя обнаружить. В лучшем случае проблема вскрывается при снятии изоляции во время очередной проверки, в худшем — уже при аварии. Наиболее высокий риск возникновения коррозии возникает на трубопроводах, работающих в циклическом режиме (нагрев-остывание).
О предотвращении коррозии нужно задумываться еще на этапе проектирования. Есть четыре ключевых правила:
- Трубопроводы и оборудование должны проектироваться так, чтобы положение опор, фитингов и прочего максимально способствовало отведению воды.
- На трубопроводы и оборудование необходимо наносить подходящее антикоррозионное покрытие и регулярно проверять его состояние в рамках плана техобслуживания.
- Необходимо выбрать подходящий изоляционный слой, который будет соответствовать назначению и не станет источником дополнительной коррозии.
- Следует подобрать оптимальную систему защиты от атмосферных воздействий. Она должна соответствовать назначению, сочетаться с установленной под ней изоляцией и регулярно проверяться.
Как выбрать подходящую изоляцию?
Обычно при выборе изоляции для трубопроводов и другого оборудования подрядчики уделяют внимание ее теплопроводности и максимальной температуре эксплуатации. Однако для снижения рисков коррозии под изоляцией этого недостаточно, важно учесть причины ее появления. Их всего три: материал впитывает влагу, плохо выводит влагу или же не соответствует по химическому составу. Таким образом, правильная изоляция не должна влиять на стальную конструкцию, поглощать воду и задерживать пар.
«Есть три параметра, которые непосредственно влияют на саморазрушение металла под изоляцией. Во-первых, это химическая инертность: коррозия стали ускоряется, если из изоляционного материала можно выделить кислотные соединения. Поэтому водная вытяжка из изоляционного материала должна быть слегка щелочной. Во-вторых, это содержание хлоридов. Они могут выщелачиваться и приводить к растрескиванию под внешним напряжением. Уровень содержания подверженных водному выщелачиванию хлоридов в изоляционном материале должен быть выше 10 мг/кг. В-третьих, это водоотталкивающее свойство: водопоглощение должно быть не более 1 кг/м2», — рассказывает Роман Бочков, менеджер по развитию направления Техническая изоляция и Огнезащита компании ROCKWOOL Россия.
Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов (NACE) провела ряд испытаний, чтобы проверить, какие именно изоляционные материалы соответствуют перечисленным свойствам. Оказалось, что самый оптимальный вариант для промышленного применения — это каменная вата. Во время испытаний этот материал показал самую низкую площадь повреждения поверхности: всего 32%, в то время как у изоляции из стекловаты этот показатель составил 42%, у пеностекла — 70%, а у ПИР — все 100%. Максимальная глубина повреждения металла при изоляции каменной ватой тоже оказалась самой низкой (всего 40 мкм), а максимальная скорость коррозии — самой медленной из всех (0,5 мм в год)[2].
Аналогичные испытания провела и лаборатория МГУ: каменную вату с содержанием водорастворимых хлоридов менее 10 мг/кг сравнили с каменной ватой с высоким содержанием хлоридов, а также со стеклянной ватой, синтетическим каучуком, пеностеклом и пенополиуретаном. Среди всех перечисленных материалов для промышленной изоляции лучшие результаты продемонстрировал первый образец: скорость коррозии при использовании каменной ваты с низким содержанием водорастворимых хлоридов составила всего 0,23 мм в год. Для сравнения: под изоляцией из каучука коррозия развивается со скоростью 0,52 мм в год, а под пенополиуретаном — 0,75 мм в год.
«Мы регулярно проводим собственные исследования проблематики возникновения коррозии под изоляцией, ориентируясь, в том числе и на рекомендации NACE. Результатом этой работы стала специализированная линейка прошивных матов и навивных цилиндров из каменной ваты ProRox с низким содержанием водорастворимых хлоридов (меньше 10 мг/кг). Испытания показали, что применение такой изоляции увеличивает ресурс трубопроводов от 11 до 17 % по сравнению с изоляцией из каменной ваты с высоким содержанием водорастворимых хлоридов», — добавляет Роман Бочков.
Прошивные маты и цилиндры ProRox гидрофобизированы, что обеспечивает эффективную защиту от проникновения влаги по всей толщине её слоя. Кроме того, она не препятствует проходу пара, что снижает риск образования конденсата. Такая изоляция доказывает свою эффективность даже на предприятии в условиях Крайнего Севера.
Коррозия металла — неизбежный процесс, однако это не повод оставить попытки и прекратить бороться с ней. Современные разработки предлагают эффективные методы защиты технических сооружений от подобных повреждений и позволяют существенно снизить скорость саморазрушения металлов. А значит — избежать колоссального ущерба.
[1] По данным Института физической химии РАН, https://tribune-scientists.ru/articles/357
[2] ASTM – G189-07 Standard Guide for Laboratory Simulation of Corrosion Under Insulation. Испытания NACE
Преимущества и недостатки стеклофибробетона
Стеклофибробетон (СФБ) – экологически чистый, не горючий, антивандальный материал, легкий, но прочный и не требующий ухода, с эксплуатацией не менее 50 лет.
Преимущества
СФБ состоит на 99% из природных компонентов: цемента, кварцевого песка, щелочестойкого стекловолокна и пластификаторов. Путем добавления в состав пигментов и фракций натурального камня, слюд, зеркальной и стеклянной крошки получаются различные фактуры: имитация натурального камня (мрамор, травертин, известняк и др), имитация дерева, гладкий, рельефный, объемный, перфорированный рисунок по чертежам заказчика, фактура с кавернами, "короед", интеграция СФБ с клинкером.
Имитация натурального камня на фасаде пользуется наибольшей популярностью так как позволяет уменьшить смету и время производства минимум в 5 раз, а также снизить риск брака при изготовлении сложных по форме фасадных изделий и их перевозке.
Благодаря армирующему щелочестойкому стекловолокну в составе, изделия имеют более высокую прочность и антивандальность например в сравнении с клинкером. При этом фибра не добавляет избыточного веса, что снижает нагрузку на подсистему и как следствие на фасад здания.
Похожие характеристики у фиброцементных плит, но в отличие от них СФБ не ограничен плоской геометрией, т.е лепнина, радиусные карнизы из фиброцемента не получатся. Также, срок эксплуатации у СФБ не 20, а минимум 50 лет. Объясняется это технологией изготовления фасадного декора. Методом пневмонабрызга позволяет равномерно распределять фибру по всей форме. В результате поверхность не царапается, не скалывается и не хрупкая при перевозке.
Стеклофибробетон не горюч и устойчив к резким перепадам температур, что очень актуально в нашей стране, особенно в районах севера и в Сибири. Даже если пожар все-таки случился СФБ не выделяет токсичных и ядовитых веществ как пенополистерол, полиуретан или полимербетон. Это подтверждено сертификатами и лабораторными испытаниями.
Своей антивандальностью и долговечностью СФБ востребован при строительстве гос объектов. Особенно привлекательно для заказчика что за ним не надо так тщательно ухаживать как за камнем, например.
Недостатки
Стеклофибробетон не самый легкий материал, что влияет на цену при монтаже и перевозке. Тут преимущество на стороне стеклопластика, или как его еще называют стеклокомпозит. Изделия из него тоньше и легче примерно в 3-5 раз. Но сам материал дороже и ограничен по фактурам в отличие от стеклофибробетона.