РОСАТОМ
Композиты - в строительство!
Скачать статью из журнала
В периметр советской, а потом уже российской атомной отрасли исторически входили предприятия по производству композитных сырьевых материалов и готовых изделий на их основе, так как углеволокно использовалось и продолжает применяться в производстве газовых центрифуг для предприятий по фабрикации топлива. Учитывая высокий мировой спрос на композитные материалы, на базе предприятий Росатома была создана полная цепочка их производства. За прошедшие пять лет отечественная композитная отрасль шагнула вперёд – российский рынок углеволокна увеличен более чем в три раза, а 80 % импортных углекомпозитов в 2017 году замещены на 100 % отечественных в 2022 году. Дивизион «Перспективные материалы и технологии» (Композитный дивизион Росатома) разработал и внедрил технологии производства углеродных волокон классов Т700 и Т800, а также высокомодульных углеродных волокон, соответствующих лучшим мировым стандартам, – компетенциями по изготовлению таких волокон обладают только три компании в мире.
Производственная цепочка создания композитов на основе углеволокна состоит из нескольких этапов. Процесс начинается с производства сырья, необходимого для создания углеволокна, а именно полиакрилонитрильного (ПАН) волокна, от качества которого будет зависеть характеристика конечного продукта. Углеволокно производится путём термической обработки химических или природных органических волокон, когда в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600–3000 °C. В результате этого количество углерода в волокне доводится до 99 %. Однако углеволокно не является конечным продуктом, так как оно в свою очередь выступает сырьём для создания тканей и препрегов. Существуют различные виды углеродных тканей, каждый из которых обладает собственными характеристиками и приспособлен к определённым типам нагрузки. На заключительном этапе производства углеволокно, углеродные ткани и препреги применяются для создания готовой продукции.
Наличие подобной цепочки поставок позволило Композитному дивизиону выйти в своей производственной деятельности далеко за пределы атомной промышленности – предложить современные решения для авиации (композитные материалы для МС-21 в крыле, агрегатах механизации, хвостовом оперении; тормозные диски и детали интерьера самолетов; оборудование для малой авиации и БПЛА), судостроения (углеродные ткани для яхт на экспорт; углеродные и стеклянные ткани для российских судостроительных предприятий), ракетостроения (участие в проектах ракетоносителей семейства «Ангара», Союз-5 (на этапе опытно-конструкторских работ), спутника ЭкзоМарс), производства спортивных товаров (композитные обтекатели для спортивных мотоциклов; первый полностью российский карбоновый сапборд для спортсменов; клюшки, штурмовые лестницы, вёсла и бросковые зоны) и баллонов высокого давления для газомоторного транспорта и систем стационарного хранения газа.
Наконец, современную строительную отрасль невозможно представить без композитов. Композитный дивизион Росатома предлагает передовые композитные решения для строительства и инфраструктуры. Например, под брендом FibArm (ФибАрм) выпускается широкая номенклатура композитов для строительства, включающая углеродные ленты, ткани, сетки, ламели, жгуты.
Система внешнего армирования композитными материалами на основе углеродного волокна позволяет уменьшить сечение и собственную массу несущих конструкций, исправить ошибки проектирования и строительства, укрепить здания и сооружения при реконструкции (включая сейсмически активные зоны), восстановить несущую способность после аварий. Использование композитных материалов во внешнем армировании гарантирует сокращение трудовых затрат до 60 % благодаря минимальным требованиям к пространству, отсутствию сварочных работ, необходимости заготавливать материалы, минимальным толщине (до 5 мм) и весу материалов, что сокращает временные затраты на осуществление работ
Другой пример – это полимерно-композитные шпунтовые сваи, которые применяются для создания подпорных стенок, берегоукрепления, противофильтрационных завес, например, при выполнении рекультивации различных полигонов и хвостохранилищ для препятствования распространению загрязнений в грунтовые воды, окружающие объект. Преимущества полимерно-композитных шпунтовых свай – экономия до 20 % в проектном решении, снижение затрат на логистику, длительный срок службы (более 50 лет) благодаря высоким прочностным характеристикам и стойкости к коррозии и агрессивным средам.
Опыт показывает, что наименее требовательной технологией при создании противофильтрационных завес является именно шпунт композитный полимерный, так как его использование не уступает остальным подходам либо превосходит их как по производительности работ за счёт меньшего объёма технологических операций, так и по экономической составляющей (например, в связи с малой плотностью стеклопластика завеса с композитным шпунтом будет иметь наименьшую стоимость доставки необходимых материалов при одинаковой дальности транспортировки).
Шпунт уже успешно зарекомендовал себя на проектах ФГУП ФЭО в рамках объекта «Ликвидация выведенного из эксплуатации цеха ртутного электролиза в г. Усолье-Сибирское» и строительства зарубежной АЭС в качестве противофильтрационной завесы, а также включён в состав проекта по рекультивации полигона токсичных отходов «Красный Бор».
Широкое применение получили полимерные модульные наплавные сооружения для строительства переправ и прочих временных сооружений на воде. Конструкция полимерного модульного наплавного сооружения состоит из модульных полимерных сегментов на основе полиэтилена высокой плотности, соединённых между собой монтажными шрифтами, и связанных с ними модульных дорожных покрытий из различных материалов. Срок службы изделия составляет более 50 лет. Полимерно-композитный понтон не требует спецтехники для монтажа, проявляет стойкость к агрессивным средам, не корродирует, держит открытый огонь, сохраняет эксплуатационные характеристики при температурах от минус 50 °C до плюс 60 °C. Экономический эффект при использовании композитных понтонов доходит до 51 % при сопоставлении общей сметы производства и монтажа понтонной системы (более подробно о технологиях создания наплавных сооружений на базе понтонов из полимер-композитных модулей читайте на стр. 62).
Композитный дивизион осуществляет комплексную поставку элементов водоохладительного устройства башенных и вентиляторных градирен: ходовых мостков и лестниц из пултрузионных профилей, опорных конструкций оросителя; полимерных оросителей и водоуловителей, композитных трубопроводов систем водораспределения, несущих и ограждающих конструкций вентиляторных градирен.
Ороситель – основной элемент градирни, отвечающий за её охлаждающую способность. Композитный дивизион Росатома предлагает линейку высокоэффективных решётчатых и плёночных оросителей. В качестве опорных балок для блоков оросителей широко используются пултрузионные профили прямоугольного сечения. На сегодня опорная конструкция оросителя на Ростовской АЭС и Нововоронежской АЭС-2 выполнена из профиля 160 х 60 х 3,5, на Белорусской АЭС и Ленинградской АЭС-2 из профиля 180 х 60 х 6. Опорные балки блоков оросителей будут поставляться на Курскую АЭС-2 в этом году.
Применение композитных материалов при возведении градирен гарантирует долговечность конструкций в условиях постоянного воздействия оборотной воды, низкие сроки и стоимость монтажа, манёвренность в эксплуатации и возможность типизации решений для различных площадок.
Композитные материалы в строительстве постепенно увеличивают свои присутствие и область применения не только в России, но и за рубежом. Для примера: в таких странах СНГ, как Казахстан и Республика Беларусь, потребление композитных материалов с каждым годом стремительно растёт. Там с применением систем внешнего армирования успешно ремонтируются крупные мосты и путепроводы, усиливаются крупнейшие промышленные предприятия и инфраструктурные объекты.
Композитные решения в строительстве пользуются высоким спросом, что влечёт за собой не только рост объёма продаж, но и увеличение ресурсов для защиты товарных знаков.