КЕРАМЗИТОБЕТОН ДЛЯ ОСВОЕНИЯ СЕВЕРА И СОХРАНЕНИЯ ЭКОЛОГИИ

В.М. ГОРИН, канд. техн. наук, генеральный директор АО «НИИКерамзит» (Самара)
Р.Ф. Саммасов, генеральный директор ООО «Винзилинский завод керамзитового гравия» (Тюменская обл., п. Винзили)

КЕРАМЗИТОБЕТОН ДЛЯ ОСВОЕНИЯ СЕВЕРА И СОХРАНЕНИЯ ЭКОЛОГИИ

Большие природные запасы, которыми обладает наша страна, сосредоточены в его северных регионах, занимающих значительные площади. Поэтому так важно освоение северных регионов, арктической зоны и нахождение эффективных путей для решения этих задач.

Человек и результаты его деятельности оказывают огромное влияние на экосистему нашей планеты. Как правило, это воздействие носит негативный характер, а иногда может приводить к экологическим катастрофам. Внимание к данному вопросу со временем все увеличивается, что приводит к появлению и развитию целенаправленных проектов по уменьшению этого негативного воздействия. Однако, до сих пор средства, которые тратятся на развитие природоохранных и природозащитных мероприятий и программ, несравнимы с ущербом, который наносится экосистеме нашей планеты. Особенно это касается районов крайнего севера с вечной мерзлотой.

Наука до сих пор в полной мере не способна спрогнозировать последствия, которые могут возникнуть вследствие таяния вечномерзлых грунтов. Примером может служить авария на ТЭЦ-3 в г. Норильске, где, в результате разгерметизации резервуара, около 21 тыс. тонн дизельного топлива разлилось далеко за пределы промзоны, из них, по предварительной оценке, 6 тыс. тонн попали в грунт, и 15 тыс. тонн – в реки Амбарная и Далдыкан. По предварительным данным, причиной аварии стало таяния вечно мерзлого грунта, что привело к просадке фундамента с опорами под цистерной с дизельным топливом и отрыву днища цистерны. На устранение последствий данной аварии будет затрачено примерно 10 млрд. руб., при этом ущерб, нанесенный окружающей среде, останется невосполнимым.

В этой связи абсолютно оправданными являются решения президента Российской федерации В.В. Путина по ужесточению закона об охране окружающей среды и проведению внеплановых проверок всех объектов, эксплуатируемых в условиях Крайнего севера.

Очевидно, что для защиты вечной мерзлоты от таяния целесообразно все строительные конструкции изготавливать из материалов с низкой теплопроводностью и минимальным давлением на грунты. Тяжелый бетон на щебне или гравии из плотных горных пород не отвечает этим требованиям. Дополнительная защита конструкций теплоизоляционными материалами типа минеральной ваты или пенополистирола не целесообразна вследствие их низкой долговечности. Оптимальным решением в подобной ситуации является применение керамзитобетона.

Свойства керамзитового гравия могут целенаправленно варьироваться в широком диапазоне, в зависимости от поставленных целей его применения. Так, например, из керамзитового гравия низкой плотности можно получать керамзитобетон с коэффициентом теплопроводности до 0,32 Вт/м°С для ограждающих конструкций. При этом, благодаря более низкой плотности, конструкции из керамзитобетона будут оказывать меньшие нагрузки на грунты.

Более чем полувековой опыт эксплуатации разнообразных строительных конструкций из керамзитобетона в нашей стране (а в США и Канаде он превышает 90-100 лет) доказал их эксплуатационную надежность при высокой экологической безопасности. Это обусловлено сохранением исходных теплозащитных свойств керамзитобетона на всем протяжении эксплуатации зданий без каких-либо ремонтно-восстановительных работ, его высокой морозостойкостью, низкой эксплуатационной влажностью и огнестойкостью. Последний показатель важен, в первую очередь для безопасности жизни и здоровья людей, а также с точки зрения экономической оценки последствий пожара и затрат на его ликвидацию. Керамзит не горюч, не выделяет токсичных газов при пожаре и в процессе долговременной эксплуатации. Пожаростойкость (неразрушаемость) керамзитобетона выше, чем у тяжелых бетонов и легких бетонов с органическими заполнителями. Эти факторы дают серьезные преимущества керамзитобетону перед пенобетоном и многослойными конструкциями наружных стен с теплоизоляцией из полимерных материалов.

Неоспоримые преимущества дает использование керамзита и керамзитобетона при строительстве объектов жилищного, гражданского и промышленного назначения на слабых и вечномерзлотных грунтах. За счет керамзитобетона может быть обеспечена необходимыми материалами и изделиями каркасное, монолитное и крупнопанельное строительство. При этом ограждающие конструкции имеют высокие теплозащитные свойства и низкую массу, что снижает нагрузку на грунты.

Применение несущих конструкций из керамзитобетона классов В35-В40-В60 (колонны, ригели, перекрытия, фундаментные блоки и др.) дает снижение нагрузки за счет уменьшения массы на 30% и более, расход стали уменьшается на 15-20%, а затраты на фундаменты более чем на 30%. Повышается морозостойкость и трещиностойкость конструкций, снижаются теплопотери за счет отсутствия мостиков холода, что имеет место в несущих конструкциях из тяжелых бетонов.

Пористые заполнители имеют преимущество перед плотными, заключающиеся в том, что за счет их более высокого водопоглощения цементное молоко проникает в поверхность пористого заполнителя, образуя достаточно прочный контактный слой между растворной частью и заполнителем. Это позволяет получать керамзитобетон не только с низкой теплопроводностью, но и с высокой прочностью. Большая прочность при относительно малой объемной массе – свойство, предопределяющее исключительно высокую конструктивную эффективность этого материала.

Уже на данный момент предприятие ООО «Винзилинский завод керамзитового гравия» производит керамзитобетон марок по прочности М300 и М400. Дополнительные резервы по увеличению прочности керамзитобетона есть в направлении производства керамзитового гравия неправильной формы, так называемого керамзитового щебня. ООО «Винзилинский завод керамзитового гравия» это единственное в России предприятие, которое выпускает керамзитовый щебень. Данная продукция специально разработана для проекта Арктик СПГ-2 и позволяет получать сверхпрочные керамзитобетоны марки по прочности до М700. За счет неправильной формы зерен керамзита и его демпфирующих свойств, достигается также высокая трещиностойкость керамзитобетона, что дает преимущества при использовании его при производстве свай, увеличивая их проникающую способность до 0,5 м.

В условиях низких отрицательных температур эксплуатации особое значение имеет долговечность бетона, определяемая его морозостойкостью. Вода, замерзая, увеличивается в объеме, что сопровождается возникновением внутренних растягивающих напряжений, разрушающих структуру тяжелого бетона, снижающих его прочность. За счет внутренней развитой поровой структуры зерен керамзита, вода, замерзая, отжимается в свободные полости, не оказывая давление на бетон изнутри. Поэтому, если сравнивать керамзитобетон и тяжелый бетон одинаковых марок, то керамзитобетон выигрывает и по морозостойкости.

Практика доказала высокую коррозионную стойкость керамзитобетона, надежность и долговечность в жестких условиях эксплуатации в гидротехнических сооружениях: опоры мостов в районах морских побережий, морские нефтяные платформы и плавучие сухие доки для хранения нефти, в том числе в северных морях.

Еще одним направлением применения керамзита, актуальным для северных регионов, где активно разрабатываются новые месторождения нефти и газа, является дорожное строительство. Казалось бы, где керамзит мог бы быть применен в дорожном строительстве? Разработки АО «НИИКерамзит» совместно с рядом других организаций, в том числе СИБАДИ, Автодор и др., уже успешно апробированы в различных направлениях дорожного строительства – это и минеральная часть асфальтобетона и цементобетона верхних слоев дорожного покрытия и основание дорожных одежд как в виде слоя, укрепленного малыми дозами цемента, так и в не укрепленном виде.

Высокопрочный керамзит и керамдор (его модификация специально предназначена для строительства дорог) являются эффективными заполнителями для дорожных цементобетонов, которые обеспечивают максимальную долговечность современных дорог с высокой пропускной способностью, увеличение сроков службы и межремонтных пробегов. Улучшение эксплуатационных характеристик достигается благодаря:

-         повышению трещино- и морозостойкости;

-         повышению устойчивости к ударным нагрузкам и безопасности в условиях жесткого водно-мерзлотного режима;

-         снижению опасности мерзлотного пучения.

Таким образом, керамзит открывает широкие возможности применения в составе различных слоев дорожных одежд и для устройства оснований, является компонентом морозозащитных слоев, а это значимый момент для дорожного строительства на Севере. Теплоизоляционная защита вечномерзлотного основания дорог обеспечивает их неразрушаемость, удлиняет сроки службы, снимает угрозу аварий.

Указанные улучшения эксплуатационных характеристик в полной мере относятся и к аэродромному строительству.

Норильская катастрофа в мае 2020 г. показала, насколько уязвима экосистема северных регионов, какого бережного и внимательного отношения она требует и какие серьезные угрозы несет ее разрушение. С учетом этого керамзит и керамзитобетон выступают как «защитники вечной мерзлоты» и при этом позволяют широко развернуть строительство дорог, жилья, промышленных объектов и гидротехнических сооружений для скорейшего освоения Севера и его природных богатств.