Использование композитной арматуры в транспортном строительстве Николаев Евгений Валерьевич Коммерческий директор Гален, Чебоксары

О компании 2 ООО «Гален» – отечественный производитель современных композитных материалов методом пултрузии на основе базальтопластика Лидер на рынке России по базальтопластиковым строительным материалам; более 50% рынка композитных связей России и СНГ (Инфомайн, 2009 г.) Экспортно-ориентированный семейный бизнес: гибкие связи и арматура - Великобритания, Казахстан, Египет Производитель средств производства – пултрузионных линий; технология отмечена III местом на Международном конкурсе «Пултрудер Года» в мае 2009 года, Балтимор, США Сотрудничаем с Роснано на предмет масштабирования производства Строится мост в Ирландии, внесены в проект Лондоской RailLink, Промышленные полы в Египте Патенты 10 патентов на изобретения и полезные модели Получены приоритеты на патенты «Наномодифицированный арматурный стержень» и «Нанокомпозитный материал»

Композитная арматура Rockbar Рис.1. Композитные стержни базальтопластиковые Композитная арматура представляет собой стеклопластиковые или базальтопластиковые стержни диаметром от 2,5 до 32 мм, длиной до 12 метров (или скрученные в бухты) с различным финишным покрытием. Существующие аналоги:арматура из углеродистой стали арматура из нержавеющей стали композитная арматура арматура из черного металла с эпоксидным покрытием оцинкованная арматура из черного металла сетка из углепластика, черного, оцинкованного и нержавеющего металла лента из углепластика 3 Отличительные характеристики: абсолютная коррозионная стойкость (более высокая долговечность), наилучше соотношение веса и усилия на разрыв (более легкие прочные конструкции), эффективно решаются проблемы энергоэффективности, экологичности и безопасности

Рис.2. Сетка из композиционного материала Могут использоваться в различных слоях дорожной конструкции: по земляному полотну для повышения его несущей способности, особенно при повышенной влажности и сезонных изменениях водно-теплового режима, под слоем основания из крупнофракционных материалов (щебня, гравия), ячеистая структура сеток обеспечивает блокировку с крупнофракционным материалом, ограничивает их вертикальные и горизонтальные перемещения, распределяет нагрузку по площади, на основаниях дорог из крупнофракционных материалов или цементобетона в качестве трещинопрерывающей прослойки, между слоями асфальтобетона в покрытиях для повышения долговечности и эксплуатационной надежности. Сетка из композитной арматуры RockMesh Сетка из композитной арматуры представляет собой сетку, изготовленную из стеклопластиковых или базальтопластиковых стержней с различным финишным покрытием. Является двухосно ориентированной, т.е. имеет одинаковые механические свойства в продольном и поперечном направлениях. 4

Рис.3. Строительство моста, Канада Области применения композитной арматуры и сетки жилищно-гражданское и промышленное строительство, дорожное строительство, при непрерывном армировании мостостроение, настилы и ограждения мостов, армированные бетонные емкости и хранилища очистных сооружений и химических производств, элементы инфраструктуры химических производств, канализация, мелиорация и водоотведение, укреплении дорожного полотна, береговой линии, морские и припортовые сооружения, опоры контактной сети. Рис.6. Барьер моста, Канада Рис.5. Туннельная железная дорога под рекой Темза, Лондон Рис.4. Реставрация на реке Facia, Сухой док #4, Перл-Харбор, Гаваи 5

Наименование Показателей Базальтоплас- тиковая арматура производства «Rockbar» Стеклопластико-вая арматура «Shöck combar» производства компании «Shöck», Германия Арматура из обычной углеродистой стали класса А500 Арматура из нержавеющей стали производ-ства компании «Ancon», Великобритания Уровен про- дукции, сравнение с аналогами Прочность при растяжении, МПа Соответствует Прочность при изгибе, МПа 1000 (1140)* Соответствует Плотность, г/см 3 2,1 7,87 8,4-8,7в 4 раза легче Усилие вырыва из бетона, Отличная Хорошая Соответствует Теплопроводность, Вт/м * К Менее 0, в 50 раз Термостойкость, 0 С До 300 (повышенная)* До 150 До 600 Ниже Огнестойкость, 0 С Кратковремен- но до 400 (повышенная)* Кратковременно до 400 До 600 Ниже Стойкость к агрессивным средам Высокая Хорошая Низкая ВысокаяВыше Модуль упругости 51 (60)* ниже Сравнительная характеристика композитной арматуры и представленных на рынке аналогов 6 * Показатели для наномодифицированной композитной арматуры Rockbar

7 КОНКУРЕНТНОЕ ПРЕИМУЩЕСТВО: СРАВНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА. Рис.8. Литье металла Традиционная технология производства стальной продукции проигрывает пултрузии по следующим параметрам: энергоэффективность производства, энергоемкость, чистота производства, экологичность ПродукцияТехнология производства Количество переделов* Затраты энергии Черный металл шахтная крепь традиционная арматура арматура с эпоксидным покрытием арматура оцинкованная трубы сырье: железная руда, коксующийся уголь, металлолом переплавка металлолома литье металла 4 «горячих» передела 5,0-6,0 кВтч на 1 кг Композиционные материалы композитная арматура шахтная крепь сырье: базальтовый/стеклянный ровинг, смола, отвердитель, наночастицы или дисперсии горячефильерная пултрузия технология открытой фильеры 1 «горячий» передел 0,5 кВтч на 1 кг * этапы технологической обработки материала при температуре более 1000ºС

Рис.7. Коррозия стальной арматуры на примере опоры и балки автомобильный моста Коррозия стальной арматуры является одной из главных причин разрушения железнобетонных конструкций. Ежегодные потери, по отчету Федерального дорожного агентства (США), вследствие коррозии в США в таких областях как портовые сооружения, очистные сооружения, водоснабжение, мосты и т.д составляет 57 миллиардов долларов ( Рис.8. Обрушение фасада много- этажного жилого дома вследствие коррозии стальных гибких связей Проблемы строительной отрасли: Коррозия 8

Жизненный цикл объектов инфраструктуры (1 из 2) Классический подход к проектированию и калькуляции затрат для жизненного цикла объекта (Life cycle engineering and costing) сочетает в себе теорию и практику инженерного проектирования, экономическую теорию и практику, а также теорию и практику принятия решений. Источник: «An Introduction to Life Cycle Engineering & Costing for Innovative Infrastructure», A Canadian Network of Centres of Excellence, Рис.9. Схема «Опасный айсберг» проектирования Первоначальные затраты управление Обучение Тестовые испытания Ремонт Обслуживание Оборудование Эксплуатация Согласование Конец эксплуатации, ликвидация Транспортировка, погрузка/ разгрузка Персонал Модернизация Простои

Описание проведенного расчета экономической эффективности Рассмотрены 2 варианта конструкции моста: 1). Со стальной арматурой и 2). с композитной арматурой Кейс разработан для моста в г. Виннипег, Канада. Требования, предъявляемые к конструкциям соответствуют реальным эксплуатационным характеристикам моста. Расходы включают в себя начальные вложения, содержание и ремонт, ликвидационная стоимость, эксплуатационные и дополнительные технологические расходы. Бетонные конструкции армированные соответственно металлической арматурой Бетонные конструкции армированные композитной арматурой Жизненный цикл (лет):50Жизненный цикл (лет):75 Начальные вложения Проектирование ($):25,000Проектирование ($):35,000 Транспортные расходы ($):150,000Транспортные расходы($):150,000 Покрытие (м2):6,000Покрытие (м2):6,000 Прочие расходы ($/м2)350Прочие расходы ($/м2)414 Текущая стоимость начальных расходов на 1 конструкцию:$ 2,275,000 Текущая стоимость начальных расходов на 1 конструкцию:$ 2,669,000 Пересчет на 1 год:$ 144,336Пересчет на 1 год:$ 162,192 Содержание и ремонт Транспортные расходы ($):75,000Транспортные расходы ($):75,000 «Ямочный» ремонт ($):5,000,000 Транспортные расходы ($):2,500,000 Замена покрытия ($):150,000Замена покрытия ($):150,000 Количество лет:25Количество лет:25 Пересчет на 1 год:$ 96,602Пересчет на 1 год:$ 12,970 Ликвидационная стоимость ($):3,000,000Ликвидационная стоимость ($):3,000,000 Пересчет на 1 год:$ 10,333Пересчет на 1 год:$ 2,306 Полная стоимость (Пересчет на 1 год):$ 251,270Полная стоимость (Пересчет на 1 год):$ 177,468 Источник: «An Introduction to Life Cycle Engineering & Costing for Innovative Infrastructure», A Canadian Network of Centres of Excellence, ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ ПО СРАВНЕНИЮ СО СТАЛЬНОЙ. ПРИМЕР 10

Время Конец эксплуатации Стоимость Эксплуатация объекта Первоначальные затраты Жизненный цикл объектов инфраструктуры (2 из 2) Первоначальные затраты - это расходы, понесенные в период закупки материалов для строительства до момента ввода объекта в эксплуатацию. Эксплуатационные расходы – это расходы, понесенные в течение срока эксплуатации объекта. Расходы, понесенные в окончании эксплуатации объекта связаны с ликвидацией, разрушением или заменой сооружения. Источник: «An Introduction to Life Cycle Engineering & Costing for Innovative Infrastructure», A Canadian Network of Centres of Excellence, Рис.10. График распределения стоимости во времени для стальной арматуры Время Конец эксплуатации Стоимость Эксплуатация объекта Первоначальные затраты Первоначальные затраты для объектов, где применяется композитная арматура, выше по сравнению с традиционной стальной, но снижение эксплуатационных расходов в дальнейшем доказывает преимущество композитной арматуры. Рис.11. График распределения стоимости во времени для композитной арматуры

Отечественный материал мирового уровня – базальтопластик Абсолютно коррозионностойкий прочнее в 2 раза и легче в 4 раза стали класса АV Необходимо определить как использовать в современном российском дорожном строительстве, где базальтопластик экономически целесообразно применять: Через сотрудничество с отраслевыми институтами Адаптировать международный опыт применения Демонстрационные объекты в России Сертификация Итоги 12