Мороз не страшен

В I квартале 2019 года в Тюмени начнется строительство завода по производству пеностекольного щебня. Пеностекло и пеностеклокерамические материалы считаются прорывом в области дорожного и промышленно-гражданского строительства, кроме того, строительство завода и запуск производства пеностекольного щебня позволит решить вопрос утилизации твердых коммунальных отходов в Тюменской области. О передовых технологиях, которые позволяют строить долговечные и экономичные дороги в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов и сезонного промерзания, мы поговорили с Евгением Коротковым, техническим директором ООО «ПороГласс Групп».
 
 

1tmn.ru: Евгений, во время конференции ООО «ПороГласс Групп» выступило с проектом по производству пеностекольного щебня в Тюменской области. Расскажите, насколько сегодня распространено применение пеностекла в дорожном строительстве?

Евгений Коротков: Производство пеностекольных теплоизоляционных материалов не ново. Экономически развитые страны уже широко применяют пеностекло в промышленно-гражданском и дорожном строительстве. Пеностекольный щебень производится в мире уже много десятилетий, а особенную популярность он получил в Европе – там функционирует более 10 заводов по производству пеностекольного щебня, только в Германии их порядка четырех. А вот для России тема применения пеностекольного щебня в дорожном строительстве новая.

Но европейские климатические условия намного мягче, чем наши и, соответственно, сами дорожные конструкции проще – у них нет широкого распространения многолетнемерзлых грунтов и такого глубокого сезонного промерзания как у нас, присутствует только незначительное сезонное промерзание, с которым они и борются. Слой из пеностекольного щебня укладывается под дорожную одежду, чтобы снизить глубину промерзания. Поэтому можно с уверенностью говорить, что наша разработка и наши дорожные конструкции уникальны и адаптированы под суровые российские природно-климатические, гидрогеологические и геокриологические условия, которые кардинально отличаются от условий Европы.

Перспективные направления использования пеностекольного щебеня в дорожном строительстве в России – укладка теплоизоляционных слоев в дорожных конструкциях как в теле насыпи, так и на откосных частях насыпи в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов с целью предотвращения их растепления и деградации; укладка морозозащитных слоев в дорожных конструкциях в условиях сезонного промерзания с целью снижения глубины промерзания и исключения процессов морозного пучения в грунтах насыпи и естественного основания. Распространение многолетнемерзлых грунтов характерно для 65%, а глубокое сезонное промерзание для 90% территории нашей страны.

Мы подготовили серию патентов на разработанные дорожные конструкции и технологии дорожного строительства для различных условий со всей вариативностью использования пеностекольных и пеностеклокерамических материалов. Разработанные дорожные конструкции увеличат срок службы автомобильных и железных дорог, уменьшат себестоимость их строительства и позволят снизить эксплуатационные затраты за счет увеличения их долговечности.

Разработанные дорожные конструкции увеличат срок службы автомобильных и железных дорог, уменьшат себестоимость их строительства и позволят снизить эксплуатационные затраты за счет увеличения их долговечности

Откуда в Россию пришли технологии, о которых мы говорим? Или это собственные разработки российских специалистов?

Мы занимаемся этим проектом уже более 5 лет. Моя работа над проектом началась еще в аспирантуре института Криосферы Земли Сибирского отделения РАН с диссертации на тему влияния морозозащитного слоя из пеностекольных материалов на морозное пучение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. Морозозащитный слой позволяет исключить сезонное промерзание и предотвратить процессы морозного пучения. Сезонное промерзание в зимний период года влечет за собой замерзание воды в грунтах насыпи и естественного основания с образованием линз льда и морозным пучением, что приводит к поднятию дорожной одежды: образуются бугры пучения, горбы, сетка трещин. В летний период линзы льда, которые образовались при замерзании, «растепляются», в связи с чем теряется прочность переувлажненных грунтов насыпи и на дорожной одежде появляются просадки, впадины, проломы, колеи, выбоины и трещины. Устранить морозное пучение – это значит увеличить долговечность и ровность покрытия. Морозозащитный слой из пеностекольного щебня обладает низким коэффициентом теплопроводности от 0,062 до 0,085 Вт/(м*К) и позволяет эффективно бороться с морозным пучением за счет снижения глубины промерзания или полного его исключения. Для сравнения: у песка коэффициент теплопроводности от 1,51 Вт/(м*К), у щебня от 2,67 Вт/(м*К), у пенополистирола от 0,035 Вт/(м*К).

Диссертация подобного рода была защищена впервые не только в России, но и в мире. За время работы над проектом неоднократно были представлены научные разработки на семинарах и конференциях, проведен ряд лабораторных исследований материалов и дорожных конструкций, построен опытно-экспериментальный участок автомобильной дороги в Тюменской области с закладкой современной автоматизированной мониторинговой системы, опубликовано более 33 статей и получено семь патентов на технологии дорожного строительства и дорожные конструкции.

В 2016 году в Тюменской области был построен опытно-экспериментальный участок автомобильной дороги при поддержке правительства Тюменской области. Имеются официальные заключения от Управления автомобильных дорог Тюменской области о том, что при строительстве этого участка были использованы наши научные разработки и практические рекомендации. На этом экспериментальном участке была заложена мониторинговая система, которая позволила оперативно отслеживать глубину промерзания на протяжении нескольких лет.
 

Насколько эффективна ваша запатентованная технология? Какие результаты были получены в ходе исследования на опытно-экспериментальном участке?

По итогам исследования была подтверждена эффективность применения пеностекольных материалов в строительстве автомобильных дорог в условиях сезонного промерзания грунтов. Расскажу подробнее: опытно-экспериментальный участок автомобильной дороги был разделен на две секции: с устройством морозозащитного слоя из теплоизоляционного материала и без него – по традиционной конструкции, которая используется строителями в настоящее время. В обоих участках была заложена мониторинговая система, состоящая из 7 термокос глубиной 3,5 м и 177 датчиков температуры, контролирующих глубину промерзания. Все датчики были подключены к «логгеру» – это считывающее устройство, которое записывало информацию с датчиков температуры на протяжении нескольких лет. Мы видели всю картину промерзания дорожных конструкций: как и насколько она промерзает со стороны откосов, со стороны проезжей части, в разных конструкциях для сравнения. Мониторинг позволил сделать вывод о том, что морозозащитный слой из пеностекольных материалов работает отлично. На конец зимнего периода замеры глубины промерзания показали, что в конструкции без морозозащитного слоя глубина промерзания составила около двух метров, а в конструкции с морозозащитным слоем 0,3 метра. Это потрясающие результаты! Глубину промерзания можно полностью исключить незначительно увеличив толщину морозозащитного слоя.
 

Были ли раньше в России попытки применения пеностекольных материалов в строительстве дорог?

Попытки были, но на одном-двух объектах в Московской области, без научного сопровождения и без научно-инженерной подоплеки – не было заложено мониторинговых систем, не был произведен мониторинг дорожной конструкции. Пеностекольный щебень закладывали не как теплоизоляционный материал, а как замену традиционному щебню. Другими словами, не принималась во внимание та суть, для чего нужен этот материал в дорожных конструкциях. Важны его теплофизические характеристики. Нужен он для защиты от растепления многолетнемерзлых грунтов и снижения глубины промерзания, что актуально не в мягких климатических условиях Московской области, а в более восточных и северных широтах страны.

Пеностекольный щебень более совершенен по сравнению с гранулированной пеностеклокерамикой. Я получил опыт на реальном производстве: мне довелось работать на заводе ООО «АйСиЭм Гласс Калуга» в Москве, который был построен совместно с госкорпорацией «РОСНАНО» – это единственный завод по производству пеностекольного щебня в стране. После анализа опыта, полученного на протяжении многих лет при работе как в научной структуре, так и на реальном производстве, пришел к выводу, что дорожная конструкция с использованием пеностекольного щебня эффективней, чем дорожная конструкция с использованием гранулированной пеностеклокерамики или других теплоизоляционных материалов.

Межремонтные сроки эксплуатации автомобильных дорог федерального значения с усовершенствованным типом покрытия увеличены до 12 лет, по капитальному ремонту — до 24 лет

Пеностекольные теплоизоляционные материалы возможно применять в строительстве дорог уже сегодня? Для этого необходимы специальные дорожные конструкции?

Уже сейчас можно применять пеностекольный щебень, который позволяет заменять существующие на рынке теплоизоляционные материалы, обладающие более низкими физико-техническими характеристиками. Пеностекольный щебень сочетает в себе уникальные физико-технические характеристики: низкая теплопроводность, высокая прочность на сжатие при малом весе, долговечность, негорючесть, легкость монтажа, негигроскопичность, морозоустойчивость, экологичность. Мы предлагаем не только материал, но и дорожные конструкции на основе этого материала, которые разрабатывались и апробировались годами.

Сам пеностекольный теплоизоляционный материал присутствует на рынке, но мы единственные, кто разработал и запатентовал уникальные полезные дорожные конструкции.

Совместно с ПАО «Газпром нефть» мы ведем серьезную научно-инженерную работу и отрабатываем эти конструкции уже на протяжении 2,5 лет. Все предложенные нами конструкции можно применять уже сейчас. На первом этапе мы планируем работать с нефтегазовыми компаниями, проектными институтами, ОАО «РЖД» и федеральными дорожниками.
 

Каковы нормативы по срокам службы автомобильных дорог в холодных регионах России на сегодня?

Межремонтные сроки эксплуатации автомобильных дорог федерального значения с усовершенствованным типом покрытия увеличены до 12 лет, по капитальному ремонту – до 24 лет, согласно Постановлению от 30 мая 2017 года № 658.

Какой бы современной и высокотехнологичной не была дорожная одежда, она будет неизбежно разрушаться, если в грунтах тела насыпи и естественного основания будут происходить геокриологические процессы промерзания-оттаивания. Одного усиления конструкций дорожных одежд может оказаться недостаточным для перехода на новые межремонтные сроки.

Переход на новые сроки эксплуатации возможен при температурной стабилизации грунтов насыпи и основания, которой можно добиться укладкой морозозащитного слоя из пеностекольного щебня.

Грунты, переходя через циклы промерзания-оттаивания, находятся то в мерзлом состоянии, то в талом. В холодный период года грунты насыпи и основания подвержены морозному пучению с поднятием дорожной одежды, а в теплый период года разжижению с потерей несущей способности и просадкам дорожной одежды. При многократно повторяющихся циклах промерзания-оттаивания теряется проектный коэффициент уплотнения скелета грунта насыпи.

В период оттаивания при проезде автомобилей могут появляться проломы дорожной одежды, просадки, колейность, трещины, выбоины, вызванные снижением прочности переувлажненных грунтов. Внешними признаками пучинистых мест в зимний период являются неравномерное поднятие участков дорожной одежды, образование отдельных бугров или группы бугров на дорожной одежде.

Чтобы исключить негативные геокриологические процессы в грунтах, необходимо добиться в них температурной однородности и исключить сезонный и суточный переход через температуру замерзания-оттаивания – 0 градусов для незасоленных грунтов. Для условий сезонного промерзания необходимо добиться положительной температуры в грунтах насыпи и основания на весь срок эксплуатации.

Что касается промысловых автомобильных дорог нефтегазовых месторождений в условиях распространения многолетнемерзлых, то в настоящее время строительно-монтажные организации, которые строят дороги, дают максимум два года гарантии на дорогу. Потому что мерзлота начнет оттаивать, и уже через два года будут проявляться разрушения дорог. Благодаря нашим конструкциям мерзлота сохраняется на протяжении всего срока эксплуатации дорожного объекта, соответственно дорога становится более долговечной.

В ближайшее время в России будет построено 238 заводов по утилизации твердых коммунальных отходов, что обеспечит региональные производства готовой сырьевой базой

Строительство завода по производству пеностекольных теплоизоляционных материалов в Тюмени запланировано на I квартал 2019 года. Расскажите, что послужит сырьевой базой для производства пеностекольного щебня и откуда будет завозиться сырье?

Пеностекольный щебень производится из битого стекла, которого в настоящее время собирается достаточно много. В ближайшее время в России будет построено 238 заводов по утилизации твердых коммунальных отходов (ТКО), что обеспечит региональные производства готовой сырьевой базой. Порядка 7–10 % от массы отходов составляет стекло, которое является сырьевым материалом для производства пеностекольного щебня. Таким образом планируемый завод будет выполнять экологическую программу по переработке ТКО в полезный востребованный теплоизоляционный строительный материал.

В 2018 году в Тюмени состоялось открытие завода по сбору и утилизации ТКО, который уже начал сбор стекла в Тюмени – выполнение государственной экологической программы по утилизации и переработке ТКО, национально значимый проект. Мы пообщались с представителями этого завода о тех объемах, которые у них сейчас запланированы к реализации. На первую очередь нашего завода мощностью 100 000 м куб. этих объемов хватит с запасом. К тому же на последующих этапах планируется такой же сбор ТКО в Ишиме и в Тобольске – оттуда будет проводиться сбор, а сортировка будет осуществляться на Тюменском заводе ТКО, откуда мы и будем брать наш сырьевой материал.

В качестве сырьевого материала может быть использован не только стекольный бой, но и общераспространенные полезные ископаемые – пески, диатомиты, трепелы, опоки. Есть разведанные месторождения по всей России, ближайшие – в Свердловской и Курганской областях.
 

Можно ли ожидать, что применение технологий, разработанных ООО «ПороГласс Групп», будет преобладать в сфере дорожного строительства в холодных регионах в ближайшие 5–10 лет?

Сейчас судить сложно. Наша страна огромна и ее регионы различаются природно-климатическими, гидрогеологическими и геокриологическими условиями, что подразумевает различные инженерные решения. Что говорить о целых регионах, если даже на 1 км дороги могут встретиться различные условия строительства, различные инженерные решения.

Можно сказать, что технологии будут преобладать для территорий распространения многолетнемерзлых грунтов, а также для территорий глубокого сезонного промерзания, в которых отсутствуют непучинистые грунты для отсыпки насыпи.

В настоящее время проведены совещания с крупными нефтегазовыми компаниями ЯНАО, осуществляющими свою деятельность в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов, с Министерством транспорта и дорожниками Республики Саха (Якутия), с авто- и железнодорожниками Забайкальского края – они готовы применять материал в дорожном строительстве, так как в этих регионах существует большая проблема строительства дорог, необходимы теплоизоляционные слои для предохранения многолетнемерзлых грунтов от оттаивания.

Широкое применение материала в автодорожном и железнодорожном строительстве ограничивает только отсутствие локализированных производств в северных и восточных широтах страны. Этим вопросом наша команда сейчас и занимается.
 

Текст: Илья Серебрянников
Фото предоставлены пресс-службой компании