Керамзитобетон для освоения Севера и сохранения вечной мерзлоты

Нефтяные и газовые месторождения в нашей стране расположены, как правило, в северных районах с суровыми климатическими условиями. При разработке и обустройстве месторождений и их эксплуатации необходимо не только учитывать надежность и долговечность всех возводимых строительных конструкций, но и учитывать их влияние на окружающую среду.

Фото на обложке предоставлено ВЗКГ, 25-этажное здание Gazoil Plaza из керамзитобетона

Уже давно в зарубежных странах: США, Норвегии, Дании, Японии и т. д. – плавучие нефтедобывающие платформы изготавливают из керамзитобетона, поскольку он обладает огромными преимуществами перед тяжелым бетоном, такими как меньший вес, низкая теплопроводность, а при одинаковом классе по прочности керамзитобетон обладает более высокой морозостойкостью, водонепроницаемостью и коррозионной стойкостью [1]. Это подтверждается не только исследованиями зарубежных ученых, но и исследованиями ведущих ученых нашей страны, проводимыми на базе НИИ строительной физики РААСН [2], НИИЖБ им. А. А. Гвоздева и АО «ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева».

Если в других странах нефтедобывающие платформы из керамзитобетона строились еще с 60-х годов прошлого века и успешно эксплуатируются до сих пор, то в нашей стране применение высокопрочного керамзитобетона для особо ответственных конструкций нефтяных и газовых месторождений только начинают внедрять. Так, в уникальном проекте компании «НОВАТЭК» по производству сжиженного природного газа «Арктик СПГ-2» основания гравитационного типа (ОГТ) были запроектированы из высокопрочного керамзитобетона. Всего предполагается строительство трех ОГТ, два из которых уже изготовлены, а одно даже доставлено морским путем к месту монтажа и эксплуатации на полуостров Гыдан. Основным поставщиком высокопрочного керамзитового гравия для изготовления ОГТ в проекте «Арктик СПГ-2» являлось ООО «Винзилинский завод керамзитового гравия».

Особо актуально применение высокопрочного керамзитобетона взамен тяжелого во всех конструкциях, эксплуатируемых в условиях низких отрицательных температур и на вечномерзлых грунтах, что обусловлено следующим:

1. снижением нагрузки на слабые грунты на 25–30%;
2. уменьшением теплопереноса к вечномерзлым грунтам от вышележащих конструкций и окружающего воздуха в 3 раза;
3. более высокой морозостойкостью легкого бетона.
4. меньшей чувствительностью бетона к последствиям раннего замораживания при бетонировании конструкций [3].

Прочность любого вида бетона складывается из прочности растворной части, прочности крупного заполнителя и прочности контактной зоны между крупным заполнителем и растворной частью. Если говорить о тяжелом бетоне, то как раз контактная зона между щебнем и растворной частью является слабым звеном, по которому в первую очередь происходит разрушение бетона при замораживании-оттаивании. В свежеуложенной бетонной смеси вода как самый легкий компонент отжимается в верхние слои конструкции, встречая на своем пути плотный крупный заполнитель с низким водопоглощением, образует на его поверхности пленки воды и даже достаточно крупные линзы. Вода, попадая в данные полости и при замерзании увеличиваясь в объеме, нарушает сцепление между заполнителем и растворной частью, что и приводит к разрушению бетона. В керамзитобетоне – за счет пористой структуры и высокого водопоглещения керамзитового заполнителя – во-первых, образуется более прочная контактная зона между заполнителем и цементным камнем, без полостей в которых могла бы впоследствии скапливаться вода; во-вторых, при замерзании есть резервная пористость, куда может отжиматься вода при увеличении объема. С этим же связано то, что при раннем замораживании свежеуложенной керамзитобетонной смеси после ее оттаивания бетон способен к восстановлению твердения и полному набору проектной прочности.

Высокая надежность конструкций из керамзитобетона подтверждается и строительством из него жилых и общественных многоэтажных зданий. Так, например, административно-управленческое 25-этажное здание Gazoil Plaza на ул. Наметкина, вл. 14 в Москве построено из высокопрочного керамзитобетона классов по прочности В45-В50, включая несущие конструкции стен, колонн и перекрытий пролетом 8 м. Еще одно 30-этажное жилое здание из высокопрочного керамзитобетона запроектировано в г. Воронеже специалистами лаборатории № 1 НИИЖБ.

Сравнительные расчеты специалистов лаборатории № 1 НИИЖБ подтверждают не только высокую техническую эффективность и целесообразность применения высокопрочного керамзитобетона для несущих конструкций зданий по сравнению с тяжелым бетоном, но и экономическую целесообразность. За счет снижения веса конструкций здания снижаются нагрузки на несущие элементы, что позволяет уменьшить их сечение и расход арматуры.

Для конструкций с расчетным требуемым классом по прочности бетона В20–В30 применение керамзитобетона еще более обосновано, поскольку при такой прочности обеспечивается еще меньший вес и коэффициент теплопроводности конструкции, что позволяет защитить вечномерзлые грунты от таяния и деформаций.

Идеальным решением для возведения фундаментов зданий и инженерных сооружений в условиях Арктики и Крайнего Севера является керамзитобетон классов по прочности В20–В30.

Литература:

1) К нормированию физико-механических характеристик высокопрочных легких бетонов и методам расчета конструкций из них / Карпенко Н. И., Ярмаковский В. Н. // Жилищное строительство. 2016. № 7. С. 25–28.

2) Конструкционные легкие бетоны для нефтедобывающих платформ в северных приливных морях и морях Дальнего Востока / Н. И. Карпенко, В. Н. Ярмаковский // Строительные технологии. Вестник инженерной школы ДВФУ. 2015 № 2 (23)

3) ООО «Винзилинский завод керамзитового гравия» (Тюменская область). Строительные материалы и изделия из керамзита и керамзитобетона для гражданского и промышленного строительства от фундамента до крыши / Саммасов Р. Ф., Панченко Ю. Ф. // Строительные материалы. 2022. № 5. С. 19–21.