15.10.2015 00:46

Крепче стали, легче бетона

Композитные материалы набирают популярность
Текст: Александр Анисимов (начальник отдела диагностики мостов компании "Автодор-инжиниринг") , Андрей Чванов (начальник нормативно-технического отдела "Автодор-инжиниринг")
В дорожном хозяйстве все большее применение находят композиционные материалы.

В программных документах, действующих в отрасли, они определяются как искусственно созданные сплошные материалы, состоящие из двух или более компонентов, среди которых выделяются армирующие элементы, обеспечивающие их механические характеристики, и матрица (связующее), обеспечивающая совместную работу армирующих элементов.

Использование композитов при строительстве, ремонте и реконструкции автодорог обусловлено преимуществами этих материалов, среди которых в первую очередь можно выделить высокие прочностные характеристики при небольшом весе, высокую сопротивляемость химическим агрессивным средам и коррозионную стойкость. И в то же время справедливости ради отметим, что достаточно высокая стоимость материалов (например, углеродного волокна), низкий модуль упругости (стекловолокно), а также неполнота нормативной базы несколько ограничивают применение композитов.

Сейчас композиционные материалы применяются в основном при изготовлении столбов освещения и дорожных знаков, водоотводных конструкций (лотки, трубы), гораздо реже - балок пешеходных мостов, шпунтов, и т.п. Композитные ленты и ламинаты служат для усиления опор и железобетонных пролетных строений мостов. Армирующие элементы в виде композитных волокон разной длины используются для улучшения свойств асфальтобетонов и цементобетонов. Геокомпозиты в виде геотекстильного рулонного материала с высокими механическими свойствами применяют в насыпях земляного полотна и подпорных стен для равномерного распределения напряжений между слоями земляного полотна, предотвращения их смешивания. При использовании этих материалов в насыпях с подпорными стенами давление грунта на последние уменьшается. Это позволяет делать стены и их фундаменты легкими и компактными в плане, что приводит к снижению затрат уже на стадии строительства конструкций до 25 процентов.

Изделия из композитных материалов долговечны и не нуждаются в поддерживающем ремонте

Рулонные геокомпозиты дренажного назначения, представляющие собой по существу прослойку воздуха, создаваемую в дорожной конструкции, имеют более высокую водопропускную способность по сравнению с традиционными минеральными дренирующими материалами.

В некоторых случаях при применении композитных материалов первоначальные затраты на строительство могут быть выше на 10-20 процентов по сравнению с традиционными материалами. Однако изделия из композитов более долговечны и не нуждаются в поддерживающем ремонте. Положительный экономический эффект от длительного срока службы и отсутствия затрат на стадии эксплуатации превосходит увеличенные затраты на начальном этапе.

Экономическую эффективность применения композитных материалов рассмотрим на примере конкретных изделий. Лотки из композиционных материалов долговечнее железобетонных, не требуют мелкого ремонта и позволяют повторно их использовать при капитальном ремонте, конечно, при соблюдении соответствующей культуры демонтажа. На дороге I категории дисконтированные затраты по устройству, ремонту и содержанию композитных лотков от сдачи трассы в эксплуатацию до первого капремонта могут быть снижены на 30-40 процентов.

Цифра: 780 миллионов рублей составил в 2014 году объем госзаказа на композитные материалы для дорожного хозяйства

Минтрансом России в 2013 году утверждена Программа внедрения композиционных материалов, конструкций и изделий из них в области транспорта. Программой инновационного развития Государственной компании "Автодор" на 2012-2019 годы также обозначен приоритет внедрения композиционных материалов и изделий из них. К числу уже применяемых на объектах госкомпании изделий и конструкций из композитных материалов относятся перильные ограждения на мостовых сооружениях, водоотводные лотки, столбы для размещения осветительных приборов и километровых указателей. Построено три надземных пешеходных перехода с пролетными строениями из композитных материалов: на 552-м и 929-м километрах дороги М-4 "Дон" и 250-м километре М-1 "Беларусь".

Интересным и перспективным представляется применение полимерно-композитной арматуры. Несмотря на очевидные преимущества, композитная арматура пока не получила широкого распространения. Ее использование ограничено отсутствием результатов исследований, опыта применения и нормативной документации. Следует отметить, что ведение проектных расчетов по аналогии с железобетонными конструкциями недопустимо, поскольку модуль упругости, ползучесть и другие ключевые параметры композитных материалов существенно отличаются от арматурной стали. За рубежом, прежде всего в Канаде и Германии, композитная арматура широко применяется в плитах проезжей части мостов. Перевод и непосредственное применение зарубежных нормативных документов невозможно из-за отличий в методиках расчета, нормирования и наличия множества ссылочных документов, которые также необходимо учитывать при проектировании.

В завершение хотелось бы отметить существенный вклад в расширение применения композитов компаний-производителей. Производители разрабатывают собственные стандарты организаций (СТО), превосходящие по уровню требований действующие нормативные и методические документы (ГОСТ и ОДМ), после чего в добровольном порядке согласовывают свои СТО с Росавтодором и ГК "Автодор". Это является одним из механизмов внедрения инновационных материалов, применение которых осуществляется на основе результатов оценки их эффективности за период жизненного цикла.