Мегапроект Saudi Aramco: станут ли композитные материалы востребованными в строительстве

Авторы не питают на этот счет иллюзий. В индустрии композитов изменения происходят долго, но эффект от их внедрения чаще всего оправдывает ожидания. Внедрять новые решения в консервативные отрасли — это всегда повышенная ответственность людей-инноваторов, инженеров, руководителей, принимающих решения и достаточно сильных, чтобы взять риск на себя. Но без этих людей мы бы никогда не взлетели в небо и не отправились бы в космос. Надеемся, что ознакомившись с успешными историями внедрения композиционных материалов в строительство, наши коллеги захотят сделать нечто новое и внести свое имя в историю.

Производители композиционных материалов и конструкций всегда смотрели на строительство и инфраструктуру как на Грааль, обещающий экспоненциальный рост рынка. Простота применения, прочность, долговечность и коррозионная стойкость композитов делают их практически идеальным решением для ремонта мостов, армирования бетона, защиты морских сооружений, строительства железнодорожных платформ, инженерных опор, систем водоснабжения и многого другого. На самом деле, трудно взглянуть на монтажные, механические и экологические требования к материалам инфраструктуры и не удивиться тому, что композитные материалы так мало продвинулись на этом конечном рынке.

Почему же экспоненциального роста рынка так и не произошло? За годы мы слышали несколько возражений. Во-первых, инженерам-строителям в целом катастрофически не хватает знаний о материалах за пределами бетона и стали. Редко бывает, чтобы инженерное образование включало бы в себя нечто большее, чем мимолетное упоминание о передовых материалах, таких как композиты, поэтому трудно ожидать, что инженеры будут использовать композиционные материалы и брать на себя ответственность за их использование.

Второе возражение связано с первым и касается действующих правил стандартов. Поскольку композитные материалы настолько чужды инженерам-строителям, стандарты редко разрабатываются для руководства инженерами по использованию композитных материалов в инфраструктурных проектах. За последнее время в России вышел всего один свод правил по применению композиционных материалов для внешнего армирования. И Россия не является исключением — такая ситуация со стандартами и кодексами присутствует во всем мире. Есть исключения, которые только подтверждают правило. Например, в США Департамент транспорта Флориды славится своим использованием композитных материалов, особенно на водных путях или вблизи них, которых во Флориде много.

Третье возражение ожидаемо связано с затратами. В течение многих лет относительно высокая «первоначальная стоимость» композитов, по сравнению со сталью и бетоном, была причиной отметать использование композитов на стадии первоначального обсуждения. Заказчики не желали платить больше авансом за усовершенствованный материал, даже если он обеспечивал лучшие механические характеристики, делал готовое изделие более долговечным и сокращал общее техническое обслуживание. 

Все больший акцент в государственных учреждениях и крупных компаниях делается на экологичность и результаты жизненного цикла, что все-таки склоняет аргументы в пользу материалов-композитов. Также помогает то, что в последние годы было выполнено несколько громких инфраструктурных проектов, в которых в значительной степени использовались композитные материалы. Один из самых известных — канал для смягчения последствий наводнений в Джизане, в котором использовалось 11 000 километров арматуры из стекловолокна для укрепления бетонного канала длиной 23 километра и шириной 800 метров. Композитная арматура должна обеспечить срок службы сооружения не менее 100 лет. Увеличение срока службы, по сравнению со стальной арматурой, достигается за счет отсутствия коррозии арматуры.

Джизан расположен в юго-западной части Саудовской Аравии, к северу от границы с Йеменом. Катастрофические внезапные наводнения происходят во время периодических сильных дождей из-за стока с близлежащих гор. А 23-километровый железобетонный дренажный канал ливневой канализации был построен специально для защиты крупной промышленной зоны, включающей нефтеперерабатывающий завод Saudi Aramco.

Saudi Aramco занимается всем бизнесом Королевства в области нефти и производных продуктов, также на ее долю приходится 10% всего строительства в Саудовской Аравии. По информации одного из поставщиков композитной арматуры, Saudi Aramco начала искать альтернативные технологии, когда обнаружила, что на замену бетонных конструкций тратится значительная часть годового бюджета. Высокая соленость песка в регионе и большой перепад температур днем и ночью вызывают более быстрое растрескивание и разрушение бетона, что приводит в том числе к быстрой коррозии арматуры. После исследования причин проблемы Saudi Aramco санкционировала использование арматуры из стекловолокна в средах с высокой степенью коррозии.

После поставки арматура была установлена подрядчиком проекта Al Yamama Group (Саудовская Аравия). Тогда стало ясно, что устанавливать композитную арматуру намного быстрее, чем стальную. Масса, что на 25% меньше, чем у стальной арматуры, позволяет работать с более длинными участками с меньшим количеством людей. Кроме того, композитную арматуру легче перемещать и позиционировать.

Важно, что арматура из стекловолокна не является прямой заменой стальной. Она обладает свойствами, отличными от свойств стальной арматуры, что должно быть учтено при проектировании. Например, арматура из стекловолокна имеет более высокую прочность на растяжение, чем сталь, но более низкий модуль упругости. В конструкции из стали количество арматуры обычно определяется прочностью на растяжение. Однако для стекловолокна модуль обычно является фактором, определяющим необходимое количество арматуры. Выполнение этого требования приводит к созданию конструкции, которая обеспечит желаемый запас прочности.

Очевидно, что композитам есть что рассказать инженерам-строителям. Однако они должны быть не только восприимчивы к историям, но и обладать инструментами для воплощения этих историй в жизнь. Нам еще предстоит проделать большую работу для популяризации использования композитов в строительстве и создании инженерных объектов. Крупные компании и государственные заказчики имеют все ресурсы, чтобы использовать самые эффективные решения на текущий момент, прямо получая выгоду от эксплуатации объекта на протяжении всего жизненного цикла, который благодаря композитам будет значительно длиннее.

Материал подготовлен совместно с ООО «ИТЕКМА"

Автор: Вадим Микрин