Ремонтопригодность и повторное использование материалов, технологий и конструкций в строительстве

  Человечество в своей практической жизни использует сотни миллионов тонн различных видов материалов, а для их производства и добычи еще большее количество горных пород идет в отходы или резервации. Этот процесс, как правило, затратный и проблема состоит не только в поисках новых источников материалов, энергии, жидких и газовых сред, но также в экономном использовании существующих продуктов жизнедеятельности.
   Предлагая дискуссию по вопросам: “Материалы, технологии, конструкции, их ремонтопригодность и повторное использование”, автор считает необходимым возможно более длительное сохранение природных ресурсов, осторожное изыскание новых материалов и экономное использование энергетических ресурсов для создания рационального материалооборота в природе и экологической безопасности природопользования [1].

   Для начала следует рассмотреть основные виды строительных материалов: конструкционные и теплоизоляционные.
   Традиционно конструкционные материалы – это металлы и бетоны, а также керамика, дерево и другие. Тенденция их использования связана, как правило, с повышением качественных показателей материалов, методов их легирования и технологических способов обработки. Так, качественные показатели стали возросли по прочности и превышают Rст>400 МПа (предел прочности на растяжение). Прочностные свойства бетона Rб>50 МПа [2, 3].
   Но наряду с прочностью не менее значима их долговечность – сохранение несущей способности конструкций под влиянием динамических нагрузок, коррозии и других воздействий [4]. Конечно, в этом ряду коррозия относится к затратным процессам, т.к. часть материала теряется в виде окислов, солей железа и других составляющих, которые образуются при коррозии металлов и бетонов. Они переносятся в почву и воду.
   Вторым важным аспектом является возможность ремонта конструкций и его периодичность. Поэтому наиболее рациональные конструкции, как правило, многослойны, в них каждый слой выполняет несколько функций, но прежде всего – свою основную. Типичный пример -- железобетонные конструкции, в которых в растянутой зоне расположена арматура. Это рационально. Но, как правило, слоем, защищающим ее от коррозии, является обычный бетон. При этом свойства бетона одинаковы по всему сечению, но не все сечение выполняет одни и те же задачи. Например, в зоне, прилегающей к арматуре, рационально усилить защитные свойства бетона.
   Примеры слоистой структуры наиболее показательны в деревянных конструкциях, где наружный слой имеет наиболее выразительные эстетические характеристики. Для него также характерны повышенные защитные свойства. В связи с этим известны способы пропитки древесины с поверхности. Распространены способы упрочнения поверхности металлов.
   Тенденции эти известны. Однако при проектировании конструкций, как правило, не предусматривается периодичность и способы их ремонта [5].
   Нельзя не отметить достижения последних лет по использованию новых видов материалов – углеродных волокон и углеродных композитов. В таблице представлены основные технические свойства композитов.
   Как следует из таблицы, прочностные характеристики волокон в 3–5 раз превышают свойства высокопрочной стали. Композиционные материалы выпускаются в виде лент толщиной 1,2–1,4 мм, шириной 50–120 мм и длиной до 250 м.
   Вторым существенным достоинством является простота технологии упрочнения существующих конструкций. Для упрочнения конструкций снимается растрескавшийся слой бетона и лента наклеивается на подготовленную поверхность с помощью эпоксидного клея. Технологичность во много раз может сократить трудовые затраты, а главное, время ремонта и восстановления. При восстановительных работах это имеет высокую экономическую эффективность.
   В последние годы появилось большое количество работ по повышению прочностных свойств бетона, его плотности и коррозионной стойкости. В основном это добавки-пластификаторы, тонкодисперсные силикатные наполнители и многие другие [3]. Все увеличивающееся количество составляющих компонентов материалов, в том числе и бетонных смесей, привело к необходимости развития компьютерного материаловедения [6, 7].
   Разделяя справедливость тезиса об улучшении свойств материалов, автор считает, что эту тенденцию целесообразно дополнить. Конструкция, с точки зрения рационального использования материала, должна быть слоистой. В этом отношении поверхностное упрочнение бетона можно осуществлять добавками эпоксидных и даже полиуретановых смол. Возникает не только новый класс бетона, но, главное, обеспечивается повышение долговечности и прочности этого важнейшего материала.
   В этом случае появляется как бы дисперсно упрочненная система, когда нити полимеров кольматируют и упрочняют поры бетона и бетон в целом. Исследовательские работы в этом направлении предстоят, но опыт работы защитных слоев морских и других сооружений уже имеется.
   Конечно, материал и технология определяют конструктивные особенности сооружений [8, 9, 10]. Красота мостов, их изящество связано с материалом и технологией. Подчас они столь неразрывны, что трудно ответить на вопрос, что первично?
   Многие весьма эффективные конструкции по затратам материалов весьма трудно реализовать в технологии. Так почти “сошли со сцены” конструкции из железобетона для пролетов 18 м и, особенно, 24 м.
   Начали успешно развиваться мини-комплексы по производству мелкоштучных изделий с возможностями автоматизированных технологий, роботизацией и даже освоением роторных линий. Создание гибких производств возможно так же для производства большинства конструкций любых размеров [11], но эффективность таких линий конечно различна.
   Тезис о ремонтопригодности нужно дополнить и возможностью применения экологически чистых материалов, т. е. поддающихся полной утилизации [12]. Для бетонов такой комплекс начал разрабатываться в системе Главмоспромстройматериалов [13]. Работами НИИЖБ, МХТИ им. Д.И. Менделеева показано, что можно повторно использовать не только щебень, но и цемент. Работы продолжаются и займут достойное место в экологической цепочке по использованию природных ресурсов.
  
   Библиографический список
   1. Gusev B. Particularities of development of technologies of the XXI-st century. The International club of honorary doctors, Helsinki, 1999.
   2. Состояние и перспективы развития преднапряженных железобетонных конструкций // Материалы 7-ой конференции. М., НИИЖБ, 2000, 48 с.
   3. Новые строительные материалы и технологии. Московский государственный строительный университет. М., 1999, с. 74.
   4. Райзер В.Д. Теория надежности в строительном проектировании. М., 1998, с. 302.
   5. Гусев Б.В. Проблема сохранности основных фондов страны // Долговечность и защита конструкций от коррозии. Материалы международной конференции. С. 23–25.
   6. Оптимизация в материаловедении // Материалы к 38-му международному симпозиуму. Одесса, 1999, с. 161.
   7. Аскадский А.Д., Кондращенко В.И. Компьютерное материа-ловедение полимеров. М., Научный мир, 1999, с. 543.
   8. Передовые технологии на пороге XXI века // Международная конференция. Ч. I, II. М.: НИЦ Инженер, 1998.
   9. Symposium IABSE. Bridges: Interaction between Construction Technology and Design, Leningrad, International ASSOCIATION FOR Bridge and Structural Engineering, 1999, p. 579.
   10. Прогресс в технологии и опыт развития гибких производств за рубежом. Под ред. П. Н. Белянина. М.: НИАТ, 1987, с. 223.
   11. Гусев Б.В., Цыро В.В., Аксельрод Е.З., Тян В.А. Гибкая технология крупнопанельного домостроения. М., 1991, с. 187.
   12. Проблемы экологии. Тематический справочник Российской академии наук. М., 2000, с. 402.
   13. Гусев Б.В., Загурский В.А. Вторичное использование бетонов. М., с. 97.