Перспективы развития новых видов бетона в РФ.
С самого начала изобретения бетон становится одним из основных строительных материалов, используемых в строительстве. Эжен Фрисинне, изобретя его, дал толчок развитию науки бетоноведения, которая развивается и по сей день. Являясь по истине главным строительным материалом XX века, бетон, а тем более его разновидность железобетон, благодаря уникальным свойствам занимает лидирующую позицию на строительном рынке и постоянно расширяет свое присутствие в различных видах строительных конструкций. Благодаря своим свойствам он в состоянии заменить во многих конструкциях собой не только дорогой металл, но также и другие материалы.
Например, для производства одной тонны стали необходимо переработать 20 тонн первичных ресурсов, из них 19 тонн в виде отходов возвращается в окружающую среду. В свою очередь производство бетона может быть полностью безотходным, а в большинстве случаев служить способом утилизации отходов других отраслей. При этом исследования показали, что некоторые экологически опасные промышленные отходы в бетоне нейтрализуются, что является немаловажным обстоятельством [2.
Во всем мире именно наука о бетоне переживает инновационный импульс. Изначально бетон представлял собой пятикомпонентную систему. Постепенно она превратилась в 6-компонентную: цемент, наполнители (песок и щебень), вода, добавки и воздух. Нам требуется контролировать все параметры, а особенно две стихии: воздух и воду. За каждым из вышеперечисленных компонентов стоят целые отрасли. Являясь композитом, бетон вобрал и вбирает из каждой из этих отраслей что-то новое и инновационное по мере их развития. Понятно, если отрасли не развиваются, то проигрывает и конечный продукт бетон.
В настоящее время на строительных площадках мира используется порядка 5 млрд куб. м как товарного бетона, так и железобетона, и данные объемы растут постоянно. В данный момент времени рынок испытывает некоторую стагнацию. Прежде всего это связано с экономическим кризисом. Тем не менее бетон остается лидером использования, и это связано с его доступностью как материала и наличием целого ряда факторов: - хорошие физико-механические свойства, которые удовлетворяют как конструкционный материал при строительстве самых разнообразных зданий и сооружений от гражданского назначения до плотин и гидротехнических сооружений; - неограниченные архитектурные возможности, особенно в последнее время, с появлением самоуплотняющихся бетонов и бетонов с новыми видами армирования; - в качестве сырья для приготовления бетонов могут использоваться материалы вторичного происхождения и рециклинга, также могут использоваться материалы местного, локального производства; - достаточно низкая энергоемкость исходных материалов, что касается как новой технологии производства цемента, так и общей технологии производства в целом; - высокие эколого-экономические показатели производства и применения бетона и железобетона (по сравнению с другими взаимозаменяемыми материалами.
Благодаря всем перечисленным преимуществам именно бетон, с точки зрения долговечности и эксплуатационной надежности, должен заменить нам природный камень, дерево и сталь.
Для этого нужны не только благоприятные условия эксплуатации, но также и правильное использование определенных видов бетонов в соответствующих конструкциях, и тогда бетон будет служить нам вечно.
Вышесказанное доказывает и то, что в прошлом, ХХ веке, только в России было использовано более 21 млрд куб. м бетона и железобетона. На его производство ушло более 70% всего выпущенного цемента и 30% нерудных строительных материалов.
В стоимостном выражении на бетон и железобетон приходится около 60% от стоимости всех применяемых в строительстве материалов. В этой отрасли занято примерно 400 тыс. работников, а доля продукции составляет 2% от общего валового продукта Российской Федерации (вся промышленность стройматериалов 3%).Таким образом, эффективность функционирования отрасли производства бетона и железобетона в значительной мере определяет уровень всей промышленности стройматериалов [1.
В сегодняшней ситуации налицо отставание данной отрасли, как и страны в целом, от развитых стран на 30 лет. Российское бетоноведение в настоящее время находится на низком, слабом уровне. Только за счет старых данных, знаний наших корифеев и энтузиастов мы имеем многие решения и изобретения. К сожалению, к вопросам производства и изготовления бетона пытаются прикоснуться и некомпетентные люди, действия которых вызывают определенные сомнения, но, тем не менее, даже у них можно найти здравое зерно, способное послужить прогрессу.
Тем не менее, в нашей стране по уровню технических и экономических показателей в ближайшее время именно бетон и железобетон по-прежнему останутся основными конструкционными материалами, занимая приоритетные места в общей структуре мирового производства строительной продукции. Дальнейшее использование бетона и железобетона позволит возводить долговечные, грандиозные и уникальные объекты и сооружения. По мнению специалистов, железобетон сохранит свою лидирующую роль в строительстве и в текущем столетии.
К сожалению, именно к качеству бетона у нас и возникает ряд многочисленных вопросов. По моему субъективному мнению, надо наладить просто правильное производство товарного бетона. В так называемые жирные , углеводородные годы, у нас расплодилось множество бетонных заводов. Качество их продукции можно было постоянно подвергать сомнению, в производимом ими бетоне было трудно найти то щебень, то цемент Именно в девяностые годы, когда наша цементная промышленность перешла на рыночные условия, должны были бы упасть цены, ужесточиться конкуренция, вырасти качество, однако все это стало иметь обратный эффект. В некоторых регионах произошла узурпация рынка, а качество отечественных цементов сильно уступает качеству цементов, производимых в Германии и Финляндии, так сказать, технологически развитых странах.
Принципиально все параметры срока службы и долговечности бетонов закладываются на первом технологическом этапе изготовления. Как подобран состав, соблюдены ли все нормы подготовки и хранения инертных материалов и цемента все это, в конечном счете, окажет влияние на конечный продукт.
Громкие заявления некоторых собственников о перевооружении оказались фарсом, тут и кризис подоспел. Не хочу сказать, что вообще ничего не делается, но, может, ощущается нехватка инвестиций, может, идут долгие согласования, но мы действительно сильно отстали в данной отрасли. Но некоторые предприниматели верят в светлое будущее и продолжают инвестиции в строительство новых заводов, несмотря на сложную экономическую ситуацию.
В настоящее время в России преобладает энергоемкий мокрый способ производства, доля которого в выпуске цементного клинкера составляет 87%, а в производстве цемента 85,6%. Данный вид производства не позволяет нам производить именно тот новый сегмент бетонов, который будет отвечать всем современным требованиям как высотного, так и простого строительства.
В цементной промышленности США доля мокрого производства составляет около 40%, а в Германии, Испании, Италии, Японии и других странах с развитой цементной промышленностью производство осуществляется исключительно энергосберегающим сухим способом, при котором удельный расход топлива составляет 100 115 кг у. т. на тонну клинкера, в то время как использование мокрого способа на российских предприятиях требует 218,7 кг у. т. на тонну клинкера. Согласитесь, в условиях роста цен на энергоносители и в преддверии вхождения России в ВТО это достаточно актуально.
Ранее цементные предприятия испытывали большие трудности в связи со значительными сезонными колебаниями в объеме поставок цемента потребителям. Благодаря смягчению климата и глобальному потеплению, а также применению современных технологий производства сбыт цемента в осенне-зимний период фактически не сокращается, а, наоборот, в некоторых регионах даже увеличивается, хотя в прежние годы наблюдалось сезонное сокращение потребления в 2 3 раза.
Многие российские производства действительно сильно устарели, из-за постоянного спроса даже они не могут своевременно производить профилактические работы по своевременному ремонту, не говоря о тотальной модернизации.
Ярким примером может служить остановка на профилактические работы завода в г. Пикалево Ленинградской области в летний период (в 2006 г.). Производители бетона фактически задохнулись от нехватки цемента. Крупнейшие предприятия строительной отрасли Петербурга стали отпускать бетон в час по чайной ложке , объемы резко упали, цены поползли вверх. Активизировались мелкие производители бетонов. Благо, в последнее время рынок стал насыщаться новыми растворными узлами. Но, простите, качество производимых ими бетонов иногда просто не соответствовало не то что визуальному контролю, а просто не входило ни в какие рамки. И возникает вопрос: насколько будут долговечны возведенные конструкции из такого бетона.
Решение этой проблемы требует государственной поддержки. Перспективное развитие цементной промышленности должно планироваться по таким основным направлениям, как: - техническое перевооружение и реконструкция заводов с целью обновления основных фондов, доведение доли сухого способа производства цемента до 80 85%; - разработка и внедрение высокоэффективных энергосберегающих технологий, удовлетворение потребностей строительного комплекса в ассортименте и строительно-технических свойствах цемента; - широкое вовлечение в хозяйственный оборот отходов производства смежных отраслей промышленности; - подготовка и повышение квалификации производственных и научных кадров; - уменьшение вредных выбросов в атмосферу и улучшение условий труда; - укрепление экспортного потенциала; - подготовка предприятий к переходу на использование в качестве топлива угля и содержащих топливо отходов промышленности; - переоснащение машиностроительной базы страны и организация массового выпуска цементного оборудования нового поколения; - совершенствование размещения производства цемента по субъектам РФ.
Возвращаясь к вопросу развития строительной науки и бетоноведения в частности, хочется сказать о том, что недостаток инвестиций несопоставим, к сожалению, с достижениями в других областях науки и техники. Основным барьером инноваций в строительстве являются слишком высокие риски вложений в строительную науку и технологии. Данная проблема актуальна не только для России. По некоторым данным (Ф. Ятымович, США), среднемировые расходы на исследования и разработки составляют (в процентах от продаж в этих областях.
Данные таблицы подтверждают закономерность заметного отставания достижений в строительстве от разительных, буквально, революционных достижений во многих других областях, например, биотехнологии, нанотехнологии, информационной технологии и т. д. Эти данные являются усредненными, и развитие западной науки, конечно, находится на другом уровне. Но не может вызывать удивление и тот факт, что современное сверхвысокое и сверхдорогое здание или мост с невиданным доселе пролетом, от нормального функционирования которых зачастую зависит жизнь огромного количества людей, в ходе строительства и эксплуатации управляются сравнительно примитивными единичными системами контроля и мониторинга, стоимость которых несопоставимо мала по сравнению со стоимостью контролируемых ими объектов и жизней людей, а современный автомобиль, который обеспечивает комфортную и безопасную жизнь всего одного или нескольких человек, напичкан управляющими системами, стоимость которых сопоставима со стоимостью самого автомобиля.
Поэтому, несомненно, говоря о сроке службы конструкций из железобетона, нельзя не упомянуть о сложности и многогранности проблемы, которая, по мнению некоторых известных зарубежных специалистов, зачастую решается не совсем корректно. В данном материале я сконцентрировался на проблеме производства цементного вяжущего. Но многие западные ученые (такие, как С. Ростам из Дани) полагают, что поиск путей по продлению срока службы железобетона только исследованием и усовершенствованием свойств бетона и арматурной стали мало продуктивен, хотя и представляет определенный интерес. Проблему следует решать комплексно. Усовершенствование свойств обоих материалов и их оптимизация должны осуществляться с учетом их свойств в динамике и с учетом существа происходящих в конструкции процессов под воздействием окружающей среды.
Многие научные центры России в настоящее время занимаются вопросами бетоноведения. В Санкт-Петербурге ГАСУ и ПГУПС, в последнее время к ним подключился СПб ГПУ. Выпускники данных вузов с успехом работают на многих предприятиях отрасли, в тесном контакте осваивая новые разновидности бетонов.
В нашей стране одной из таких перспективных разработок можно назвать СУБ (самоуплотняющийся бетон) или High Perfomance Concrete, хотя на Западе за последние 15 20 лет специалисты-бетоноведы посвятили ему большой объем работ. Обратиться к развитию этой тематики пришлось прежде всего из-за вопросов высотного строительства, так называемых бетонов высокой технологии (High Perfomance Concrete), отличающихся высокой плотностью и низкой проницаемостью. Их применение принесло заметный эффект в повышении долговечности бетона, однако в плане защиты от коррозии у таких бетонов выявился другой недостаток уменьшение количества гидроокислов кальция, которые связываются пуццолановыми добавками.
Применение современных, самоуплотняющихся бетонов, которые помимо своей основной роли защиты арматуры от коррозии играют и определенную экологическую роль защиты работающего персонала и окружающих от вибрации, а окружающей среды от шума и пыли. Благодаря своим свойствам исключается применение на строительной площадке глубинных вибраторов и опалубочных виброблоков.
Однако в обоих случаях рецептура бетонов существенно усложняется, и для изготовления долговечных конструкций без изъянов требуются более совершенная техника и квалифицированные кадры. Но при этом возрастает вероятность технологических ошибок с непредсказуемыми последствиями. И в этом случае роль качества цемента играет не последнюю роль.
Кроме того, одним из основных предназначений бетона является защита арматуры от коррозии, поэтому непроницаемый и долговечный бетон целесообразно применять, с технической и экономической точек зрения, только в защитном слое бетона. Подытоживая все вышесказанное, в общем случае проектные концепции по долговечности могут быть предписывающего и эксплуатационного характера. Первые основаны на спецификациях материалов (технических условиях), вторые на количественных прогнозах по долговечности, полученных из натурных испытаний и измеренных фактических характеристик материалов.
В Европе действующий стандарт на бетон EN 206 и переработанный на его основе немецкий стандарт DIN 1045-1 имеют предписывающий характер. Проектирование на долговечность заключается в правильном определении класса или области применения и правильном подборе материалов, соответствующих этим требованиям (толщина защитного слоя и обработка бетона). В редких случаях для индивидуальных проектов, требуется доказательство морозостойкости бетона в присутствии солей-антиобледенителей, иногда подтверждения его водо- или газонепроницаемости. Рядом европейских стран разработаны свои эксплуатационные характеристики, используемые в дополнение к требованиям, изложенным в EN 206.
У нас и во многих странах для повышения долговечности железобетонных конструкций применяют некоторые дополнительные меры, в том числе вторичную защиту бетона, ингибиторы коррозии, катодную защиту, коррозионно-стойкие и нержавеющие стали, неметаллическую арматуру и т. д.
В РФ в качестве первоочередных мер требуется наладить выпуск обыкновенного, но качественного товарного бетона. Вилка, в которой действуют производители, должна быть сужена до уровня стандартов. Именно обыкновенный товарный бетон будет основным строительным материалом, и его доля в общей массе производства будет составлять 70 80.
В качестве перспективного направления и, наверное, как обязательного для увеличения долговечности бетонов следует применять волокна (фибру). Именно за счет применения волокон можно увеличить трещиностойкость и надежность бетонных конструкций. Данные волокна могут быть как из базальта, полипропилена, хлопка, так и из других материалов. Несомненно, в качестве конструкционной в бетоне будет применяться стальная стержневая арматура, но с определенной долей вероятности в разного рода плоскостных конструкциях. В частности, в полах, дорогах и перекрытиях вместе или без арматуры может быть использована стальная фибра.
Последние исследования и ряд работ убедительно подтвердили эту теорию практикой. В дальнейшем и в этом направлении должны вестись разработки. Благо, база уже подготовлена. Выпущен ряд РТМ для каждого из производителей на территории РФ: это ВСН 56-97, РТМ-17-01-2002, РТМ-17-02-2003, РТМ-17-03-2005, ВНП-001-01 Банка России. Данная нормативная база позволяет проектировать и применять строительные конструкции из сталефибробетона и стеклофибробетона. Также выпущен и Свод правил (СП). Но на фибру других видов, выпускаемую по другим техническим условиям, СП 52-104-2006 не распространяется. Это относится и к зарубежной фибре, и аналогам из ближнего зарубежья. Дальнейшим расширением нормативной базы применения сталефибробетона явятся разрабатываемые НИИЖБ временные нормы и правила проектирования многофункциональных зданий и зданий-комплексов в Москве (МГСН 4.19) и временные рекомендации по технологии и организации строительства многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в Москве (МДС 12-23.
Указанные временные нормы впервые содержат положения о применении сталефибробетона в элементах и узлах конструкций каркаса и ограждения зданий.
Нормы МДС 12-23 (по технологии) содержат конкретные указания по оптимальной технологии заводского изготовления и применения сталефибробетона (в том числе по составам, режимам укладки и уплотнения, и проч.
Не отстают и дорожники, и мостовики. Ведь они в числе основных заказчиков бетона. На сегодняшний день они применяют также много и сталефибробетона как в плитах покрытий мостов, так и в других конструкциях.
Совершенно не разработанным полем является приготовление составов для торкрет-бетонов. Их использование в нашей стране сведено к минимому.
Также перспективным является и развитие технологии литых бетонов.
Именно СУБы и литые бетоны будут серийно использоваться в ближайшее время и станут превалировать на строительных площадках РФ.
Литература 1. Звездов А. И. Железобетон в современном строительстве . 2. Звездов А. И. Основной строительный материал настоящего и будущего . 3. Войлоков И. А. Фибробетон история вопроса. Нормативная база, проблемы и решения .// Алитинформ , №2/2009. 4. Войлоков И. А. Долговечность бетонных и железобетонных конструкций: пути решения проблем цементной отрасли ; экспозиция 5/Б (71), 2008 г.
Автор: И. А. Войлоков Дата: 23.03.2010 Журнал Стройпрофиль 2-10 Рубрика: бетоны и жби: технологии, оборудование.