Учёные СПбГАСУ работают над повышением долговечности железобетонных конструкций в условиях Крайнего Севера

Учёные СПбГАСУ изучают долговечность железобетонных конструкций в условиях Крайнего Севера. О результатах исследований рассказал доцент кафедры железобетонных и каменных конструкций, к. т. н. Владимир Попов.

– Россия – северная страна. Около 50 процентов наших территорий относятся к районам Крайнего Севера или приравненным к ним. Несмотря на малонаселённость данных территорий, большой объём поступлений в бюджет приходится именно на них. Там добывают газ, нефть, алмазы и многое другое, поэтому освоение Арктики очень актуально. Я родился и бо́льшую часть жизни прожил в Якутии – самом холодном регионе России. Наверное, этим обусловлен мой интерес к данной тематике, – отметил он.

– Владимир Мирович, расскажите, пожалуйста, о своих исследованиях.

– Я изучаю долговечность железобетонных конструкций в условиях Крайнего Севера достаточно давно. Статьи, написанные в соавторстве с моими коллегами, опубликованы в журналах «Вестник гражданских инженеров», «Промышленное и гражданское строительство» и других. Мы работаем вместе с заведующим кафедрой железобетонных и каменных конструкций СПбГАСУ, членом-корреспондентом РААСН, доктором технических наук, профессором Валерием Ивановичем Морозовым, который делится своими рекомендациями и замечаниями, а также с аспирантами Александром Кондратюком и Михаилом Плюсниным. В работе принимают участие магистранты нашей кафедры Есения Батяева, Пётр Герасимов, Анна Гуж, Егор Чумляков.

Нельзя не отметить, что Ленинград всегда славился исследованиями Крайнего Севера. В Ленинградском зональном научно-исследовательском институте экспериментального проектирования (ЛенЗНИИЭП) было запроектировано большое количество объектов для строительства на Крайнем Севере: на БАМе, в Якутске, Магадане, Нерюнгри и других городах, разработано много типовых проектов.

– Каковы особенности эксплуатации железобетонных конструкций в условиях Крайнего Севера?

– Попеременное замораживание и оттаивание железобетонных конструкций в процессе эксплуатации в условиях Крайнего Севера приводит к деградации как прочностных, так и деформационных свойств бетона. А снижение прочности бетона уменьшает несущую способность железобетонных конструкций.

– Как можно решить эту проблему?

– Обычно применяют более морозостойкие бетоны, которые лучше сопротивляются попеременному замораживанию и оттаиванию; мы же подошли к вопросу с другой стороны: долговечность железобетонных конструкций в экстремальных условиях можно повысить не только за счёт свойств самого материала, но и путём выполнения специальных требований по конструированию. Причём это распространяется и на морозостойкость бетона, и на другие виды его коррозии.

– Как вы пришли к такому выводу?

– На долговечность железобетонных конструкций влияет коэффициент армирования. Чем больше продольной арматуры в растянутой зоне изгибаемых элементов, тем ниже их долговечность. А в сжатых элементах всё с точностью до наоборот – чем больше арматуры, тем выше долговечность. При этом обнаружилось, что при небольшом проценте армирования прочность бетона не настолько сильно влияет на долговечность железобетонных конструкций.

Выяснилась и другая любопытная подробность: летом вероятность разрушения в результате попеременного замораживания и таяния выше, чем зимой. При низких отрицательных температурах прочность бетона возрастает, что приводит к повышению несущей способности железобетонных конструкций. Таким образом, можно констатировать наличие скрытой периодичности отказов железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в естественных условиях Крайнего Севера.

На мой взгляд, это очень важный вывод: ведь социальные и экономические последствия возможных аварий железобетонных конструкций на Крайнем Севере зимой и летом различны. В зимнее время для устранения аварий на объектах жизнеобеспечения требуются многократно бо́льшие трудовые и финансовые затраты.

Следует заметить, что наши выводы базируются на экспериментальных исследованиях образцов бетона, с одной стороны, и на численном моделировании работы железобетонных конструкций, с другой. Безусловно, необходимы дополнительные экспериментальные исследования работы элементов железобетонных конструкций, подвергнутых попеременному замораживанию и оттаиванию как при положительных, так и при отрицательных температурах.

– Какие требования к конструктивным решениям вы сформулировали на основе своих исследований?

– Мы пришли к выводу, что армирование должно быть рациональным, то есть разным для сжатых и для изгибаемых элементов. Правильно выполнив конструирование, мы можем повысить долговечность бетонов в условиях попеременного замораживания и оттаивания. Необходимо ограничивать процент армирования изгибаемых элементов железобетонных конструкций, а если это невозможно, то применять двойное армирование, то есть устанавливать продольную рабочую арматуру в сжатую зону. Применение двойного армирования существенно снижает негативное влияние уменьшения прочности бетона в результате попеременного замораживания и оттаивания.

– Расскажите, пожалуйста, о ваших дальнейших планах.

– Сейчас мы расширили исследования на фиброжелезобетонные конструкции. Сталефиброжелезобетон обладает повышенной морозостойкостью. Однако морозостойкость сталефиброжелезобетонных конструкций с комбинированным армированием изучена недостаточно. Планируем исследовать морозостойкость полиармированного фибробетона, а также влияние низкомодульной фибры на долговечность фибробетона в условиях попеременного замораживания и оттаивания, влияние циклов замораживания и оттаивания на прочность и предельные деформации фибробетона при сжатии и растяжении при различных процентах армирования фиброй, изменение полных диаграмм деформирования при сжатии и растяжении после замораживания и оттаивания при испытании в условиях положительных и низких отрицательных температур, влияние процента армирования продольной арматурой на долговечность конструкций из фибробетона.