Тот еще КВЭСТ

Повышение темпов строительства гидротехнических сооружений без потери качества новых объектов — приоритетная задача для всех. Именно на ее решение направлена Комплексная высокоэффективная скоростная технология (КВЭСТ), разработанная специалистами ВНИИГ. Руководит проектом кандидат технических наук, заведующий лабораторией технологии бетонных работ и специальных исследований в строительстве Николай Тютюнщиков. «Технологии скоростного возведения бетонных сооружений уже доказали свою эффективность в различных отраслях, — отмечает Николай. — Наша ключевая задача — адаптировать и развить этот подход для гидротехнического строительства, где требования к надежности, водонепроницаемости и долговечности сооружений особенно высоки».

Секрет КВЭСТа — в использовании крупноразмерных блоков высотой до 12 м и объемом до 4500 м., а также высокотехнологичных бетонных смесей. Благодаря специальным добавкам ученые повышают эксплуатационные свойства бетона и снижают тепловыделение при его твердении. Все это позволяет получить долговечные и надежные монолитные конструкции с минимальным количеством швов. А ведь именно швы в гидротехнических сооружениях становятся очагами фильтрации воды и последующего разрушения бетона.

КВЭСТ одновременно сокращает сроки строительства на 10–20%, снижает трудозатраты и общую стоимость бетонных работ, повышает качество и срок эксплуатации возводимых сооружений. Эта технология с высоким потенциалом для решения многих производственных задач, кроме того, она адаптируется под любые климатические условия, будь то районы Крайнего Севера или регионы с жарким и сухим климатом. Пилотным объектом для внедрения станет планируемая к возведению Нижне-Зейская ГЭС.

Специалисты ВНИИГ уже приступили к разработке инновационных решений и составов бетона для возведения водосбросной и бетонной плотины, здания Нижне-Зейской ГЭС и сопрягающих устоев. Работают наши ученые и над способами бетонирования конструкций со сложной конфигурацией и густым армированием, например, для спиральной камеры и отсасывающих труб. КВЭСТ адаптируется для всего спектра задач при проектировании и строительстве конструкций гидроузла: от скоростного бетонирования массивов до создания сложнейших инженерных форм.

Битва за дренаж

Известно, что любые грунтовые воды содержат множество микроэлементов. Например, в зоне расположения Воткинского гидроузла высокое содержание соединений железа и марганца. Дренажная система станции работает в условиях постоянного химического заиления и требует обязательного мониторинга, работ по очистке, ремонту и замене поврежденных элементов.

Решить эту проблему позволит разработка и внедрение новой конструкции дренажа, незаиляемого железистыми и марганцевыми отложениями. Это и есть тема научно-исследовательской работы, которой сейчас занимается ведущий инженер ВНИИГ Павел Белоусов. Он уже более 15 лет сопровождает эксплуатацию Воткинской ГЭС: сначала в качестве исполнителя, теперь — ответственного за научно-исследовательскую разработку.

Новую конструкцию планируют апробировать на опытно-производственном участке нижнего бьефа одной из грунтовых плотин Воткинской ГЭС. Результаты учтут при дальнейшей реконструкции дренажа, а также при проектировании новых и модернизации действующих гидротехнических сооружений. Работа важна для территорий с высоким содержанием железа и марганца в грунтовых водах, например, для ГЭС Волжско-Камского каскада. «Воткинская ГЭС уже выделила участок под полигон, где в скором времени установят опытные образцы дренажных элементов. Наша задача — повысить надежность работы сооружений и при этом снизить затраты на их ремонт», — поясняет Павел.

Олег Петров докладывает о результатах своей работы на научно-технической конференции.

Камень не подточишь

Как защитить сооружения в нижнем бьефе ГЭС, знает старший научный сотрудник ВНИИГ кандидат технических наук Олег Петров. Он изучает процессы деградации элементов крепления в этой части гидроэлектростанции.

«Представьте, что мощный поток воды с большой скоростью проходит через водосбросные сооружения ГЭС. Его избыточную энергию принимают на себя сооружения в нижнем бьефе. За годы работы станции в результате такого воздействия здесь могут образовываться ямы, вода подмывает плиты крепления отводящих каналов и берегов, и это нарушает нормальную эксплуатацию гидротехнических сооружений, — поясняет Олег актуальность своей работы. — Я исследую существующие дефекты и даю заключение, как обеспечить безопасность конструкций».

Изучение и анализ массива проектной и эксплуатационной документации легли в основу методических рекомендаций, посвященных обследованию и оценке состояния нижнего бьефа, а также защите и восстановлению креплений и других элементов в процессе их длительной эксплуатации.

Для проверки предложенных решений специалисты ВНИИГ провели эксперименты на физических моделях двух пилотных объектов — Гоцатлинской и Жигулевской ГЭС, что позволило усовершенствовать разработанные рекомендации.

В результате их применения не только повысится безопасность гидротехнических сооружений, но и снизятся эксплуатационные издержки при выполнении ремонтных и укрепительных работ в нижнем бьефе гидроузлов.

Илья Говорущенко в лаборатории технологии строительства и ремонта железобетонных сооружений ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева.

От золы ТЭЦ к новым материалам

Ведущий инженер ВНИИГ Илья Говорущенко занимается созданием технологий глубокой переработки и утилизации золы с угольных ТЭЦ РусГидро. «Ежегодно на предприятиях энергетического комплекса образуется большой объем золошлаковых отходов (ЗШО), — поясняет Илья. — Их хранение требует финансовых затрат, а актуальность вторичного использования подтверждена отечественными и международными экспертами».

Сегодня проводятся исследования по извлечению из ЗШО ценных элементов в сверхкритических флюидных средах. Эти процессы происходят, когда при воздействии определенных температур и давления исчезает различие между жидким и газовым состоянием вещества. Еще одна задача проекта — создание экспериментальной установки комплексной переработки ЗШО.

Результатом внедрения новых технологий станет уменьшение объема складирования отходов на объектах тепловой генерации и, как следствие, снижение негативного воздействия на окружающую среду. Главным ожидаемым итогом станет переход ЗШО из категории отходов в статус вторичного сырья, а в глобальном смысле — к циркулярным производственным циклам с высокой ресурсной эффективностью.

Катерина Чугунова на международной конференции по технологиям бетонов.

Вторая жизнь бетона

Старший научный сотрудник ВНИИГ Катерина Чугунова исследует возможность вторичного использования материалов в строительстве. В частности — применение продуктов переработки отслужившего бетона и разобранных железобетонных конструкций в качестве сырья для производства нового строительного материала.

Бетон состоит из цемента, воды, песка и заполнителей в виде щебня или гравия. Запасы перечисленных нерудных материалов ограниченны и распределены по территории нашей страны неравномерно. Именно поэтому актуальна задача их замены в составе бетона. Потенциальным заместителем могут стать строительные отходы, образующиеся при демонтаже устаревших конструкций. Это в основном бетонный лом, требующий утилизации.

Устойчивость сооружений начинается с точных расчетов.

Вторичный бетон — достойный кандидат на роль заполнителя, но его использование ограничено из-за нестабильности его физико-механических характеристик. Специалисты разрабатывают технологию повышения качества вторичного щебня при его последующем использовании.

Основная идея заключается в обработке вторичного материала специальным составом на основе ультрадисперсного аморфного кремнезема, который благодаря мельчайшему размеру частиц и аморфной структуре обладает высокой реакционной способностью. Это свойство позволяет кремнезему эффективно заполнять и упрочнять пористую структуру вторичного щебня. А еще такая обработка укрепляет новый бетон в зоне контакта между переработанным заполнителем и цементным раствором.

В перспективе область исследований расширится: специалисты планируют разработать технологию модификации вторичного щебня с применением золы-уноса с угольных ТЭЦ. Это повысит качество вторичного бетона и снизит экологическую нагрузку.

Результаты научно-исследовательской работы могут быть использованы при подборе состава бетона в гидротехническом, дорожном и гражданском строительстве.