-
-
-
WhatsApp
(Крупнейший международный проект)
Самый масштабный в мире проект по укладке фибробетона с использованием стеклопластиковой арматуры
Применено 11 000 километров стекловолоконной арматуры
Экономический город Джизан, расположенный в одноимённом городе — административном центре провинции Джизан на юго-западе Саудовской Аравии, является одним из десяти приоритетных экономических городов, реализуемых по инициативе правительства страны. Город находится на побережье Красного моря и строится под полномочным управлением Saudi Aramco («Сауди Арамко»), которой королевское правительство поручило курировать весь проект.
В промышленной зоне экономического города «Сауди Арамко» построила крупнейший нефтеперерабатывающий завод мощностью 400 000 баррелей сырой нефти в сутки. Однако развитие объекта столкнулось с серьёзной проблемой: устаревшая и недостаточная система дренажа не справлялась с интенсивными сезонными ливнями и внезапными наводнениями, характерными для региона.
Помимо угрозы для промышленной инфраструктуры, затопления регулярно нарушали повседневную жизнь жителей города.
В целях обеспечения надёжной защиты нефтеперерабатывающего комплекса и улучшения условий проживания населения компания «Сауди Арамко» приняла решение о строительстве масштабной системы отвода паводковых вод — гигантского ливневого канала вокруг перерабатывающего завода.
Традиционные ливневые каналы, как правило, изготавливаются из железобетона. Однако в условиях Экономического города Джизан, расположенного непосредственно у морского побережья, такая конструкция оказывается уязвимой: при экстремальных ливнях и штормовом воздействии волн бетонное покрытие может растрескаться, что позволяет морской воде проникать внутрь и вызывать коррозию стальной арматуры, резко ускоряя разрушение всей конструкции.
С учётом этих рисков проектная группа приняла стратегическое решение — заменить стальную арматуру на композитную в качестве усиливающего элемента бетона.
Инженерные расчёты показали, что для строительства этого гигантского канала длиной 23 000 метров и шириной 80 метров потребуется около 11 000 километров стеклопластиковой арматуры (GFRP). Это сделало проект крупнейшим в мире случаем применения композитной арматуры в гражданском строительстве, а также знаменует собой исторический поворот: спустя более чем 40 лет с момента коммерческого внедрения, композитная арматура наконец получила статус основного материала для крупномасштабных инфраструктурных проектов.
Поставки стеклопластиковой арматуры осуществлялись тремя международными поставщиками. 50 % от общего объёма было произведено по технологии новозеландской компании Pultron Composites и выпущено на производственных мощностях американской компании Mateenbar. Процесс изготовления включал шесть ключевых этапов.
Этап 1: Загрузка стекловолокна и введение смолы
Стеклянные волокна подаются в закрытую форму (замкнутую пресс-форму), после чего в герметичных условиях осуществляется инжекция термореактивной смолы под давлением, обеспечивающая равномерную пропитку всего армирующего каркаса.
Этап 2: Формование методом пултрузии
С помощью технологии пултрузии (непрерывного вытягивания) из пропитанного стекловолокна формируются композитные стержни на основе винилэфирной смолы, армированные стекловолокном. Длина готовых изделий достигает 80 футов (примерно 22,4 метра), что соответствует требованиям крупных инфраструктурных проектов.
Этап 3: Нарезка рифлёной поверхности
На поверхности композитных стержней формируется продольно-поперечная рифлёная структура (аналогичная ребристой поверхности традиционной арматуры), что значительно улучшает сцепление (адгезию) с бетоном и обеспечивает эффективную передачу напряжений на границе раздела «арматура–бетон».
«Наша композитная арматура отличается стабильным качеством и высокой производительностью, при этом в процессе её изготовления полностью отсутствуют выбросы летучих органических соединений (ЛОС)», — заявил генеральный директор компании Mateenbar Ник Крофтс. — «Отклонение по геометрическим размерам составляет менее 1 %. В ходе всего производственного цикла ни капли смолы не попадает на пол, а в воздухе нет ни следа пыли.
Мы используем ECR-стекловолокно от компании Owens Corning и собственную разработку — эпоксидно-винилэфирную смолу, что позволяет достичь оптимального сочетания жёсткости, прочности и долговечности. По совокупным характеристикам наша продукция значительно превосходит аналоги на основе эпоксидно-полиэфирных смол».
После нанесения рифлёной поверхности арматура покрывается тонкой защитной плёнкой из смолы, дополнительно улучшающей её эксплуатационные свойства.
«Исходная длина наших пултрузионных стержней достигает 80 футов (примерно 22,4 м), — добавил Крофтс, — хотя большинство строительных проектов предпочитают использовать отрезки по 40 футов (около 11,2 м) для удобства монтажа и транспортировки».
Он также пояснил:
«Диаметр каждого прямого стержня составляет около 0,75 дюйма (примерно 1,9 см), а модуль упругости при растяжении — 8 700 ksi (60 ГПа). При этом само стекловолокно имеет модуль порядка 11 600 ksi (80 ГПа), что свидетельствует о чрезвычайно высоком содержании волокна — более 80 % по массе.
Такой состав делает материал практически не поддающимся изгибу. Тем не менее, благодаря нашей уникальной рецептуре смолы и запатентованной технологии производства нам удалось успешно выпускать изогнутые элементы из высокомодульной стеклопластиковой арматуры — решение, ранее считавшееся технически недостижимым».
Этап 4: Гибка и доставка на строительную площадку
Этап 5: Укладка в соответствии с проектной документацией
Арматурные стержни укладываются строго по утверждённой схеме армирования. Снизу они опираются на пластиковые или бетонные фиксаторы круглой формы («стульчики»), обеспечивающие требуемый защитный слой и точную высотную позицию в опалубке. Для надёжной фиксации элементов каркаса между собой используются нержавеющие проволочные стяжки, исключающие коррозию и гарантирующие устойчивость всей конструкции до и во время бетонирования.
Этап 6: Бетонирование сверху вниз
Бетонная смесь подаётся сверху вниз, равномерно заполняя всю опалубку. В процессе укладки бетон тщательно уплотняется с помощью глубинных вибраторов, что обеспечивает полное заполнение формы и эффективное удаление воздушных пузырьков, предотвращая образование пустот и гарантируя высокую плотность и долговечность конструкции.
После завершения производства композитная арматура была доставлена на строительную площадку и передана генеральному подрядчику — саудовской компании Al Yamama Group. Уже на этапе монтажа проявилось ещё одно ключевое преимущество композитной арматуры: простота установки.
«Поскольку её вес составляет всего 25 % от веса стальной арматуры, переноска и позиционирование стержней оказались значительно проще, а значит, потребовалось меньше рабочих рук», — отметили на месте.
Когда начался этап бетонирования, монтажники столкнулись с неожиданной ситуацией: темпы укладки арматуры намного опережали скорость подачи бетона, из-за чего пришлось временно приостановить работы и ждать.
«Это имело принципиальное значение, — пояснили инженеры, — ведь в случае внезапного ливня морские волны могли бы занести в канал огромное количество песка. Если бы его не убрали до бетонирования, это серьёзно нарушило бы пропускную способность дренажной системы».
После завершения заливки бетон тщательно уплотнили, чтобы вытеснить все воздушные пузырьки, а затем конструкцию оставили на несколько недель для постепенного набора прочности.
«На этих этапах — выдержки и твердения — композитная арматура ничем не отличается от стальной», — отметил Ник Крофтс. — «Мы поставили последнюю партию арматуры в январе 2020 года, после чего строительство ливневого канала было официально завершено».
(Завершённый ливневый канал из фибробетона с композитным армированием будет надёжно защищать основные дороги и промышленные объекты от наводнений.)
Проектирование, стоимость и перспективы
Несмотря на все преимущества, которые композитная арматура принесла проекту, Ник Крофтс подчеркивает: стеклопластиковая арматура не может напрямую заменить стальную — окончательный выбор всегда должен основываться на требованиях конкретного проектного решения.
Стеклопластиковая арматура в основном применяется в рамках стандарта ACI 440, тогда как для конструкций, спроектированных по ACI 318, безусловно предпочтительнее традиционное армирование стальной арматурой.
Крофтс поясняет: «По сравнению со сталью, стеклопластиковая арматура обладает большей упругостью и более высокой прочностью на растяжение, но при этом её модуль упругости несколько ниже. В стальных конструкциях требуемое количество арматуры определяется главным образом по прочности на растяжение. В случае же со стеклопластиковой арматурой расчёт ведётся по модулю упругости. Как следствие, к моменту, когда достигается необходимая жёсткость конструкции, её прочность уже значительно превышает проектные требования, а долговечность оказывается гарантированной с большим запасом».
Ещё один важный фактор при выборе материала — форма арматуры. По словам Крофтса, в проекте Джизана соотношение прямых и изогнутых элементов составило примерно 3:10. Если бы использовалась стальная арматура, гибку выполнили бы непосредственно на площадке. В то же время все изогнутые элементы Mateenbar производятся в заводских условиях с точным контролем параметров, а затем доставляются на объект в готовом виде.
«Учитывая, что проектные решения могут меняться в последний момент, такая модель поставок с точки зрения гибкости цепочки поставок не лишена рисков», — отмечает Крофтс. — «Именно поэтому наличие завода в непосредственной близости от строительной площадки имеет для нас критическое значение».
Что касается стоимости, то здесь важно правильно выбрать единицу измерения:
«Если сравнивать цены за килограмм, стеклопластиковая арматура действительно дороже стали в 3–4 раза — ведь её плотность составляет лишь четверть от плотности стали. Однако при сравнении за погонный метр преимущество композитной арматуры становится очевидным».
«Проект ливневого канала в Джизане стал первым крупномасштабным инфраструктурным объектом в мире, который сознательно отказался от стальной арматуры», — подчёркивает Крофтс. — «Инженеры выполнили исключительно тщательный расчёт конструкции, и расчётный срок службы канала превышает 100 лет».
Пока применение стеклопластиковой арматуры стремительно растёт на Ближнем Востоке, рынок Северной Америки также продолжает зреть. «Множество прибрежных дамб, защитных стен и мостов находятся под постоянной угрозой коррозии из-за воздействия морской воды», — поясняет Крофтс.
Одновременно с этим инжиниринговые консалтинговые компании и конечные заказчики всё яснее осознают коммерческий потенциал композитной арматуры. Сейчас они активно сотрудничают над разработкой единых стандартов качества и эксплуатационных характеристик, чтобы обеспечить надёжную и предсказуемую основу для её широкого внедрения в будущем.