Технологии ресайклинга и применения местных материалов могут стать предметом прикладного научно-технического сотрудничества в рамках ЕАЭС

Ю.В.Григорова,

У.Ш.Касымов,

С.Л.Мамулат

ФАУ «РосдорНИИ»,

ИИЦ Исполкома КТС СНГ

 

   В данной статье отражен российский опыт, проблемы и особенности внедрения «зеленых» технологий стабилизации оснований и укрепления грунтов с применением крупнотоннажных промышленных отходов. Этот опыт может стать предметом для развития межотраслевых и межрегиональных программ в рамках ЕАЭС.

   Анализ задач и планов мероприятий национальных проектов, реализуемых во исполнение Указа Президента Российской Федерации №204 от 7 мая 2018г., показывает, что в уже до 2021г. регионы РФ могут столкнуться с дефицитом ряда строительных материалов, в том числе - щебеночных материалов. Специалисты  Министерства экономики России и ФАУ «РОСДОРНИИ» пришли к выводу, что уже в ближайшем будущем производственно-логистические комплексы нашей страны перестанут справляться с обеспечением поставок инертных материалов  на строительные площадки целого ряда регионов РФ.

Федеральные округа РФ (и регионы с прогнозируемым  завозом щебеночных материалов в объеме более 3 млн.тонн в 2021г.)

Обший спрос на щебень и гравий в регионе

в 2017г.

ЖД поставки щебня и гравия

в регион (среднее за 2016-2017г.)

Баланс ЖД отгрузок регионов

(2017г.)

Прогноз спроса на щебень и гравий

в 2019

Прогноз спроса на щебень и гравий

в 2021

Прогноз баланса поставок регион

(в 2021г)
  тыс.т % тыс.т тыс.т* тыс.т тыс.т тыс.т
Российская Федерация в целом 185435 100% 129341 -11453 251554 276300 -76646
Центральный ФО 51218 30% 42462 -26023 67535 65968 -48500
Москва и Московская область 22123 13% 22313 -22313 27029 22082 -22000
Тверская обл. 2033 1% 2710 -2370 3183 3869 -4207
Рязанская обл. 2098 1% 1670 -1478 3069 7219 -6599
Владимирская обл. 1425 1% 1079 -723 1892 5439 -4737
Южный ФО 18451 11% 12910 407 23971 22867 -2797
Волгоградская обл. 2011 1% 3629 -3629 2858 2353 -3971
Приволжский ФО 35763 21% 27712 -11534 47798 58721 -38064
Татарстан 5329 3% 5048 -5048 7124 13932 -13651
Нижегородская обл. 3325 2% 1084 -1084 4696 8802 -6562
Чувашия 1615 1% 1180 -1180 2269 6659 -6223
Марий-Эл 639 0% 300 -300 658 4000 -3661
Самарская обл. 4074 2% 3852 -3852 5407 3317 -3095
Уральский ФО 16264 10% 17047 15767 22808 22768 9325
Тюменская обл. 3667 2% 8883 -8773 4867 3354 -8460
Ханты-мансийский Авт. округ 2302 1% 5238 -5238 3400 2820 -5756
Сибирский ФО 22374 13% 11661 -3025 31523 24648 -4649
Дальневосточный ФО 7514 4% 2381 221 11372 10765 -5649

*Среди основных причин ожидаемого дефицита инертных материалов стоит назвать значительное плечо доставки щебня в наиболее густонаселенные регионы (в среднем более 1000 км) при нехватке парка грузовых полувагонов. Эти же факторы, наряду с ужесточением нормативно-технических требований к дорожным материалам, являются основными «драйверами роста» цен, способного привести к необходимости пересмотра бюджетных планов крупнейших национальных проектов – «Безопасные и качественные автомобильные дороги» и «Комплексный план модернизации и расширения магистральной инфраструктуры до 2024 года».  

Следовательно, уже сейчас становится особенно актуальным расширенное внедрение ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих использование вторичных и местных материалов.

Наряду с применением регенерированных бетонных и асфальтобетонных материалов, в числе наиболее ресурсоэффективных, можно назвать технологии стабилизиции и укрепления грунтов с применением местных материалов и вторичных ресурсов, для которых имеется значительная сырьевая база.

 
ВИДЫ ОТХОДОВ, ПРИГОДНЫХ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОСТАВНЫХ ВЯЖУЩИХ И ГЕОПОЛИМЕРОВ
Виды отходов Среднегодовой баланс производства/ утилизации Накопленные «запасы» Регионы размещения производств Крупнейшие «владельцы» запасов
ЗОЛЫ И ШЛАКИ ТЭС 25 млн.т/ 3 млн.т 1500 млн.т ДВФО, СФО, СЗФО, ЦФО, УФО, ПФО Русгидро, ГЭХ, СГК, Интер-РАО
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ШЛАКИ 40 млн.т/ 25 млн.т 300 млн.т СЗФО, ЦФО, ЮФО, УФО, СФО, ЮФО НЛМК, Мечел, Северсталь, ЕВРАЗ,ОМК
ФОСФОГИПС 10 млн.т/ 2 млн.т 140 млн.т СЗФО, ЦФО, ЮФО, СФО Еврохим, Уралхим, Фосагро
НЕФЕЛИНОВЫЕ И БОКСИТОВЫЕ ШЛАМЫ, КЕКИ 10 млн.т/ 4 млн.т 150 млн.т СЗФО, СФО Фосагро, РУСАЛ, Сода
НЕФТЕСОДЕРЖАШИЕ ШЛАМЫ И ЛИГНИНЫ 6 млн.т/ 1,4 млн.т 50 млн.т СЗФО, ПФО, ДВФО Роснефть, ГП-нефть, ЛУКОЙЛ

   Именно рынок стабилизации оснований и укрепления грунтов становится основным сегментом потребления крупнотоннажных промышленных отходов. На сегодняшний день данные технологии применяются строителями во всем мире. Современные машины — ресайклеры и последние достижения в области химии почв делают процесс укрепления грунтов очень эффективным, по сравнению с традиционным способом устройства оснований - выемкой и заменой грунта на песчано-гравийную подушку.

   Как известно, стабилизация и укрепление грунтов – это их модификация физико-механическими и химическими методами с целью улучшения структурно-механических и других свойств, важных для применения в строительстве. В этой связи напомним, что основными производственными операциями, производящимся в ходе строительных работ с применением технологии стабилизации оснований являются дозированное распределение вяжущих и воды, смешение их с грунтовыми материалами в заводских условиях или «на месте» с последующим выравниванием и уплотнением укрепляемых слоев (см. фото1).

 

   Внедрение вышеупомянутых технологий позволяет не только снизить объем поставок дорогостоящих привозных материалов за счет увеличения доли эффективного применения местных грунтов и крупнотоннажных промышленных отходов, но и повысить устойчивость строящихся и реконструируемых дорог и транспортных сооружений к действию неблагоприятных гидрогеологических факторов (сезонное увлажнение грунтов) и возрастающих транспортных нагрузок.

Каковы имеющиеся  предпосылки для широкомасштабного применения технологии в РФ?

   Предпосылками для более масштабного внедрения технологий стабилизации оснований и укрепления грунтов в регионах являются возросшее количество впечатляющих положительных результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских и опытно-промышленных разработок, ускоренное формирование в регионах парка разнообразной специализированной дорожно-строительной техники и совершенствование соответствующего нормативно-технического обеспечения.

   Анализ результатов исследования свойств крупнотоннажных промышленных отходов ряда ГРЭС, металлургических и химических комбинатов (среди которых - Каширская и Черепетская ГРЭС, Новолипецкий и Череповецкий МК, ВМУ и др.), а также изучение опыта производства земляных работ с применением новых видов строительной техники в условиях действующих нормативно-технических документов позволяют говорить о возможностях эффективного применения (при надлежащем инженерном и научно-техническом сопровождении) золошлаковых песков, молотых доменных гранулированных шлаков (ДГШ), фосфогипса, нефелиновых и нефтесодержащих шламов при производстве щебеночно-песчано-гравийных смесей и выполнении работ по устройству закрепленных массивов  оснований и земляных сооружений.

Так, основываясь на результатах НИРиОКР по ранее выполненным контрактам в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы», в НИТУ «МИСиС» с применением зол уноса угольных ТЭС и доменных гранулированных шлаков (ДГШ) были разработаны составы композиционных вяжущих с активностью свыше 100 МПа, а также эффективные составы высокодисперсных инъекционных растворов:

Для устройства закрепленных массивов грунта в зависимости от их назначения и инженерно-геологических условий успешно используются:

  • оборудование для буросмесительного, инъекционного и виброинъекционного (jet grouting) способов закрепления
  • установки для смешения «на месте»
  • мобильные грунтосмесительные установки

Эффективность применения технологии стабилизации основания

   Эффективность методов стабилизации и укрепления грунтов определяется в ходе технико-экономических сравнений нескольких вариантов технологических решений, предлагаемых в каждом конкретном случае. Основной областью применения технологий стабилизации и укрепления грунтов является, конечно же, строительство линейных и площадных объектов (автомобильные и железные дороги, аэродромы, промышленные и грузовые площадки, и другие) для которых технология позволяет обеспечить необходимые физико-механические свойства конструкций при максимальном использовании местных материалов и грунтов.

   Целенаправленный и системный подход к обеспечению необходимых физико-механических свойств конструкций даёт возможность не только максимизировать применение местных материалов и грунтов, но и добиться повышенной надежности сохранения их свойств. Благодаря такому подходу,  существенно сокращаются стоимость и сроки строительства, а также объемы перевозок материалов.

   В качестве примера эффективности применения можно привести временные и внутризаводские дороги металлургического завода ЗАО «Северсталь - Сортовой завод Балаково», построенные по технологии стабилизации и укрепления грунта комплексным вяжущим на основе фосфогипса и золы уноса.

   Достигаемые стабилизацией и укреплением физико-механические параметры слоев дорожных одежд позволяют существенно упростить и удешевить в целом конструкцию дорожных одежд для дорог с низкой интенсивностью движения.

   СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87»;Накопленный опыт применения технологии получил соответствующее отражение в актуализированных нормативно-технических документах национального и ведомственного уровня:

  • СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83»;
  • ГОСТ 23558-94. «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия».
  • СП 78.13330.2012 «Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85»;
  • ГОСТ 25607-2009 «Смеси гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия»;
  • ГОСТ 3344-83 «Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия»»
  • ГОСТ 8269.0-97 «Щебень и гравий из плотных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний».

   В соответствии с требованиями нормативно-технической документации технологию стабилизации и укрепления грунтов в строительстве необходимо применять с научно-техническим сопровождением* реализуемых проектов.

*     При научно-техническом сопровождении специалистам следует руководствоваться документом, который содержит указания по проектированию оснований зданий и сооружений, в том числе подземных, возводимых в различных инженерно-геологических условиях, для различных видов строительства, а именно Сводом правил (СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83»), и, в частности, следующими его пунктами:

     «Научно-техническое сопровождение представляет собой комплекс работ научно-аналитического, методического, информационного, экспертно-контрольного и организационного характера, которые осуществляются в процессе изысканий, проектирования и строительства в целях обеспечения надежности сооружений с учетом применения нестандартных расчетных методов, конструктивных и технологических решений.    

     4.14. При проектировании оснований и фундаментов уникальных зданий и сооружений или их реконструкции, а также сооружений I уровня ответственности, в том числе реконструируемых, в условиях окружающей застройки необходимо предусматривать научно-техническое сопровождение строительства.

4.15. Состав работ по научно-техническому сопровождению инженерных изысканий, проектирования и строительства оснований, фундаментов и подземных частей сооружений должен определяться генеральным проектировщиком и согласовываться заказчиком строительства.»

     Основные стадии процесса предполагают:

·         Участие в научно-техническом сопровождении процесса рабочего  проектирования дорожных объектов.

·         Научно-техническое сопровождение создания опытных производств составных вяжущих на площадках строительства по контрактам с подрядчиками, привлеченными для земляных работ.

·         Участие в научно-техническом сопровождении строительства дорожных объектов.

·        Разработку нормативно-технической документации, а также образовательной и инжиниринговой инфраструктуры, необходимой для широкого промышленного внедрения разработанной технологии и материалов на других строящихся объектах региона.    

Состав проводимых при этом научно-технических работ включает:

  • оценку применимости добавок из крупнотоннажных отходов в качестве компонента комплексных вяжущих и минерального наполнителя на объектах транспортного строительства;
  • разработку программы опытно-промышленных испытаний комплексных вяжущих с использованием крупнотоннажных отходов в строительстве;
  • экспертизу программы инженерно-геологических изысканий и разработки рекомендаций для оценки применимости грунтов и вяжущих при строительстве оснований, земляных сооружений и фундаментов;
  • оценка применимости грунтов и вяжущих при строительстве оснований, земляных сооружений и фундаментов с учетом результатов инженерно-геологических изысканий и проектных требований к конструктивам;
  • лабораторные подборы составов укрепленных грунтов с применением составных вяжущих и щебеночно-песчано-гравийных смесей оптимальных и неоптимальных составов с применением шлакового песка из ДГШ и ЗШО при устройстве слоев оснований земляных сооружений и дорог;
  • проведение расчетов механических и эксплуатационных параметров различных вариантов конструкций оснований и земляных сооружений с смесей и вяжущих с выбором оптимальных вариантов с соответствующими технико-экономическими обоснованиями;
  • разработка регламентов и технологических карт для  ППР и ПОС земляных работ, а также соответствующих разделов рабочей документации;
  • обучение персонала заказчика и подрядчиков методам организации и проведения строительного контроля при производстве земляных работ;
  • обобщение и анализ результатов мониторинга с разработкой и согласованием стандартов организации и сметных нормативов на производство земляных работ с применением составных вяжущих и смесей с крупнотоннажными отходами производства.

   Применение научно-технического сопровождения позволяет обеспечить отработку и согласование всех технологических процессов при проектировании и строительстве транспортных сооружений и создание необходимого производственно-технологического и нормативно-технического задела для широкомасштабного применения технологии в регионе. В частности, прошедшие апробацию, мониторинг и технико-экономическую экспертизу материалы могут быть включены в «Реестр новых и наилучших технологий, материалов и технологических решений повторного применения в дорожной отрасли», разрабатываемый ФАУ «РОСДОРНИИ» в рамках национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги».

   Следует добавить, что, наряду с ФАУ «РОСДОРНИИ», целый ряд  специализированных организаций  (РУТ «МИИТ», НИТУ «МИСиС», НИУ «МГСУ», СГТУ, СИБАДИ и др.) может обеспечить научно-техническое сопровождение на различных этапах реализации проектов:

  • На этапе оценки применимости крупнотоннажных отходов для производства комплексных вяжущих с определением основных видов и перспективных областей их применения.
  • На этапе опытного применения составных вяжущих на основе крупнотоннажных отходов при проектировании и строительстве транспортных объектов и сооружений.
  • На этапе широкомасштабного внедрения и разработки проектной, рабочей и нормативно-технической документации.