Важная часть Программы комплексной модернизации ГЭС РусГидро – реконструкция гидротехнических сооружений. Работы эти масштабные, длительные и весьма дорогостоящие. Можно ли сократить сроки и снизить стоимость таких проектов? Специалисты НИИЭС нашли решение – современное и экономичное.

ОТЛИЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Сегодня отечественная и зарубежная промышленность предлагает множество инновационных материалов для строительной индустрии. Внимание ученых привлекли композиты, обладающие весьма интересными характеристиками. К примеру, прочность углеродного волокна на разрыв в пять раз выше, чем у стальной арматуры. Плюс небольшой вес, устойчивость к коррозии. 

Опыт использования композитных материалов в промышленном и гражданском строительстве в России и за рубежом накоплен немалый. Чаще всего их применяют в качестве внешнего армирования для усиления железобетонных конструкций при ремонте и реконструкции. А вот примеров использования композитов для гидротехнических сооружений в отечественной практике нет. Могут ли они столь же эффективно применяться для ремонта ГТС, решили выяснить ученые НИИЭС.

ЖЕСТКИЙ ЗАМЕН

В институте создали специальный полигон для испытаний композитных материалов и разработки технических решений, позволяющих обосновать возможность использования композитов при усилении, ремонте и реконструкции железобетонных конструкций гидросооружений станций ­РусГидро. Его оснастили силовыми стендами, а в зону экспериментального исследования попали наиболее характерные типы железобетонных конструкций ГТС, испытывающих широкий спектр нагрузок и температурных воздействий. 

Для эксперимента было изготовлено более 50 крупномасштабных железобетонных моделей четырех типов и примерно 200 бетонных образцов в виде кубиков и призм. Опытные модели усилили углеродными лентами FibArmTape и углеродными ламелями FibArmLame. Причем усиление части железобетонных моделей производилось под нагрузкой в стадии начального напряженно-­деформированного состояния, что соответствует работе конструкции в реальных условиях. А чтобы сравнить полученные результаты, треть образцов выполнили без усиления.

Железобетонные конструкции испытывались на силовых стендах при помощи гидродомкратов, способных создавать усилия до 100 тонн. Модели, исследуемые на растяжение и сжатие, подвергли воздействию силовой разрывной машины – пресса с нагрузкой до 200 тонн. В ходе экспериментов специалисты определяли приращение величин разрушающих нагрузок, уменьшение прогибов и ширины раскрытия трещин в результате применения систем внешнего армирования.

– Исследования проходили под руководством опытных специалистов в области экспериментальных и расчетных исследований гидротехнического и атомно-­энергетического железобетона, – рассказывает заместитель генерального директора по технической политике НИИЭС Олег Рубин. – Но в них активно участвовали и молодые сотрудники, в том числе аспиранты нашего института, уже имеющие определенные навыки экспериментальных исследований и натурных обследований строящихся и эксплуатируемых гидросооружений РусГидро. Эта работа серьезно повысила их научно-технический уровень. 

ПОЗИТИВНЫЕ ИТОГИ

Как пояснили сотрудники отделения строящихся и реконструируемых объектов НИИЭС, полученные данные весьма оптимистичны. Усиление конструкций внешним армированием повышает прочность, снижает величину прогибов и раскрытие трещин в 1,5–2 раза, причем этот эффект не снижается при воздействии воды или холода. А значит, технология весьма перспективна при реконструкции ГТС. Анализ результатов исследования доказывает, что армирование конструкций композитными материалами сокращает сроки ремонтов и уменьшает трудозатраты почти вдвое по сравнению с традиционными способами восстановления гидросооружений. В ряде случаев такие ремонты можно проводить вообще без остановки производственного процесса.