Строительство за полярным кругом

Примерно пятая часть территории России расположена в Заполярье. Здесь постоянно проживает примерно 1,5 миллиона человек и расположено около 30 крупных и средних городов. Например, население Мурманска составляет 300 тысяч человек, а Норильска — 177 тысяч. Не менее значимым фактором является концентрация на территориях севернее 67-й параллели большого числа освоенных и перспективных месторождений полезных ископаемых. В их числе — нефть, природный газ, каменный уголь, никель, золото и алмазы. В этой связи развитие технологий строительства в условиях экстремально низких природных температур и вечной мерзлоты представляется одним из приоритетных направлений для отечественной стройиндустрии.

Фундамент на вечной мерзлоте

Территория, занятая вечномёрзлыми грунтами, раскинулась далеко за пределами Заполярья и составляет примерно 40%. Часто эти земли называют «стратегической кладовой», на них возводятся производственные предприятия, работают шахты и карьеры, строятся города и дороги. И хотя в целом строительство на вечных льдах ведётся теми же способами, что и на обычном грунте, определённые отличия всё же есть. В первую очередь они касаются закладки фундамента.

«Рыхлые грунты — песчаники, галечники и глины — в условиях вечной мерзлоты ведут себя самым непредсказуемым образом. Возведённые на них сооружения нагревают грунт, он теряет монолитность, начинает подтаивать и смещаться. Поэтому при закладке фундаментов зданий на мерзлоте необходимо принимать специальные меры для поддержания постоянной температуры грунта», — объясняет доктор технических наук, профессор, советник Российской академии архитектуры и строительных наук и преподаватель кафедры архитектуры гражданских и промышленных зданий Юрий Гончаров.

Например, на вечной мерзлоте находят широкое применение различные типы свайных фундаментов, в том числе с использованием буронабивных свай. В России эта технология была тщательно проработана и усовершенствована. Встречаются также и классические фундаменты, но с усиленной теплоизоляцией, надёжно предохраняющей грунт от нагрева. Кроме того, используются бетоны со специальными присадками, которые не успевают замёрзнуть в процессе заливки.

Так, если при температуре +20°С бетон набирает полную прочность в среднем за 28 суток, то при снижении температуры до +5°С этот процесс замедляется в 3-4 раза, а при 0°С практически останавливается, поскольку присутствующая в смеси свободная вода замерзает, а её недостаток останавливает реакцию с вяжущими компонентами обычного бетона и прочность его заметно снижается. Кроме того, при замерзании вода расширяется на 9-10% и разрушает бетон.

Решением может стать, например, изменение пороговой температуры отвердевания бетона путём добавления в смесь специальных химических аддитивов-модификаторов (формината натрия или разработанного в НИИ ЖБ состава «Лигнопан Б-4»), которые также являются пластификаторами, дающими бетону возможность быстро набрать прочность. Некоторые из подобных аддитивов (например, на основе антифризов) способны сделать возможным затвердевание бетона даже при температуре -25°С.

Лёгкие здания

Не менее важен и выбор технологии строительства. К примеру, при возведении зданий из лёгких металлоконструкций (ЛМК) просто не существует проблем с закладкой глубокого фундамента и большим объёмом работ с мёрзлым грунтом, снижается и доля фундаментных работ в общей смете. Технология имеет и ряд других преимуществ, в числе которых — возможность использования для возведения ограждающих конструкций сэндвич-панелей, обладающих актуальными в климатических условиях Севера повышенными теплоизоляционными характеристиками и малым весом.

«Трёхслойные сэндвич-панели (ТСП) Airpanel^® с сердечником из пенополиуретана (ППУ) и пенополиизоцианурата (ППИ) появились в России относительно недавно, поскольку требуют точного соблюдения технологического процесса при производстве, которое могут обеспечить только автоматические линии последнего поколения, — комментирует Андрей Некрашевич, руководитель департамента фасадных систем и ограждающих конструкций Компании Металл Профиль. — Для производства материала с определёнными и предсказуемыми теплотехническими характеристиками крайне важно равномерное нанесение жидкого утеплителя внутри пресса. Далеко не все производственные линии справляются с подобной задачей».

Так, технология производства ТСП Airpanel^® позволяет формировать наполнитель таким образом, что вместо воздуха замкнутые ячейки его микроструктуры заполняет пентан — газ, теплопроводность которого в нормальных условиях приблизительно в 2 раза ниже, чем теплопроводность воздуха. За счёт своей структуры такой утеплитель не склонен впитывать влагу, даже если из-за повреждения слоя металла будет непосредственно с ней контактировать. При этом ППИ относится к классу огнестойкости Г1, что достигается введением антипиренов — добавок, увеличивающих огнестойкость утеплителя.

Поскольку вспененный сердечник имеет меньшую плотность, нежели минеральная вата, при той же толщине Airpanel^® будет значительно легче «обычной» трёхслойной сендвич-панели. Учитывая лучшие теплотехнические характеристики, выигрыш в весе можно сделать ещё больше, применяя на тех же объектах более тонкие варианты панелей (согласно теплотехническому расчёту). «На данный момент Airpanel^® производятся с толщиной сердечника от 30 до 220 мм», — добавляет Андрей Некрашевич.

Панели на основе ППУ и ППИ уже успели хорошо показать себя на строительстве объектов в самых разных отраслях. Но одной из наиболее актуальных сфер их применения остаётся строительство в районах Крайнего Севера.

Вахтовые посёлки

Одним из характерных примеров использования технологии сэндвич-панелей является строительство вахтовых посёлков при месторождениях полезных ископаемых. Главная проблема, с которой приходится сталкиваться их проектировщикам, — суровый климат, а значит, гораздо более жёсткие требования к теплоизоляции ограждающих конструкций возводимых объектов. «При возведении вахтовых посёлков важно не просто буквальное соблюдение требований СНиП. Любые нарушения, к примеру, в теплоизоляции защитных конструкций зимой неизбежно приведут к снижению комфорта жизни рабочих при одновременном возрастании и так не маленьких затрат на отопление. В результате повысится себестоимость добываемых ресурсов», — говорит Андрей Куценко, конструктор компании «Сургутмебель», производителя быстровозводимых зданий для нужд добывающей промышленности (в частности, компании «Сургутнефтегаз»).

При этом каждый лишний элемент теплоизоляции — это дополнительные (и весьма ощутимые) финансовые затраты при транспортировке, ведь зачастую доставить стройматериалы на стройку можно либо зимой (по зимникам), либо с помощью авиации. Как первый, так и второй варианты доставки существенно ограничивают объём и вес материала, который можно перевезти за один раз.

Проектировщики вахтовых посёлков уже довольно давно обратили своё внимание на быстровозводимые здания на основе ТСП. Панели 100%-ной заводской готовности позволяют минимизировать сроки строительства, давая при этом экономию за счёт применения минимального количества строительной техники и рабочих рук. Например, практика показывает, что на 1000 м² помещений в зданиях, построенных из трёхслойных сэндвич-панелей, применение Airpanel^® позволяет сэкономить до 15-25 тонн веса, а это несколько рейсов при доставке материала. Кроме того, уменьшение общего веса конструкции, как уже было отмечено выше, снижает требования к фундаменту.

Тот факт, что применяемый утеплитель не впитывает влагу, позволяет забыть о такой проблеме вахтовых посёлков, как замораживание утеплителя из-за большого перепада температур внутри и снаружи здания. А для обеспечения наилучших характеристик по устойчивости к воздействиям сурового климата (в частности, повышенной влажности в прибрежных регионах) рекомендуется применять сэндвич-панели типа Industrium^® с сердечником из ППУ или ППИ.

На карте Заполярье выглядит как царство вечных льдов и белых медведей, однако в реальности жизнь севернее 67-й параллели кипит даже интенсивней, чем в европейской части страны. Поэтому северным строителям необходимы современные технологии, обеспечивающие надёжность и качество строительства при соблюдении требований, накладываемых непростыми природными условиями.