Внедрение технологий строительства автомобильных дорог с цементобетонными покрытиями в России

05.07.2021
В России доля автомобильных дорог с цементобетонными покрытиями в их общей протяженности сегодня меньше 0,1 %. Важное преимущество автодорог с такими покрытиями — более низкие затраты на эксплуатацию, чем для асфальтобетонных (при сопоставимых затратах на строительство) и, как следствие, значительно меньшая стоимость жизненного цикла в долгосрочной перспективе. Кроме того, для этих покрытий не нужны нефтяные битумы, прогнозируемых объемов выпуска которых уже в ближайшие годы будет недостаточно для удовлетворения потребностей дорожного строительства. Указанные преимущества определяют целесообразность ускоренного расширения строительства автодорог с цементобетонными покрытиями, однако для его развития необходимо устранить ряд сдерживающих факторов.

Автор: С.С. Хитров, руководитель, аналитическая группа «РБК Исследования рынков», Россия

/project/RBC_dorogi.pdf

Дорожная инфраструктура в России и мире

В рейтинге стран по протяженности автомобильных дорог лидерами по состоянию на 2018 год являются США — 6,8 млн, Индия — 5,9 млн и Китай — 4,8 млн км. Россия занимает пятое место с показателем 1,5 млн км. Однако столь высокое место имеет номинальный характер, если учесть, что Россия — самая большая страна по площади в мире.

С другой стороны, качество инфраструктуры государства также определяется наличием скоростных транспортный «артерий». По данному параметру лидерами являются Южная Корея и Финляндия. В этих странах доля дорог со статусом автомагистралей в общей протяженности дорог составляет около 3—4 %. Для США, Канады и большинства европейских стран характерен уровень этого показателя 1,5—2,5 %. В свою очередь, в России автомагистрали составляют чуть более 0,1 % общей протяженности дорог, что в целом говорит о низком уровне развития дорожной инфраструктуры в стране. Слабая дорожная инфраструктура современной России обусловлена, в первую очередь, сложным периодом 1990-х годов, когда какие-либо существенные инвестиционные вливания в отрасль практически отсутствовали.

Однако сегодня очевидно, что государство осознает масштаб накопившихся проблем и принимает активное участие в развитии дорожного строительства в России. Так, с 2010 года было построено и реконструировано более 15 600 км дорожного полотна. Преимущественно в этот период велось строительство региональных и местных дорог в проблемных транспортных узлах по всей территории России. Тем не менее придерживаться темпов дорожного строительства, запланированных еще в транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года, пока не удается, особенно при строительстве и реконструкции дорог федерального значения, а также скоростных магистралей. Причинами подобных итогов являются недостаток финансирования в кризисные годы, а также высокая сложность строительства многих запланированных дорожных участков. 

Тем не менее, учитывая запланированные объемы, ожидается значительное ускорение темпов дорожного строительства в период после окончания пандемии COVID‑19 до конца 2025 года и далее. «РБК Исследования рынков», основываясь на планах дорожного строительства согласно «Комплексному плану модернизации и расширения магистральной инфраструктуры», национальному проекту «Безопасные качественные дороги», концепции «Транспортной стратегии», а также с учетом опыта выполнения планов прошлых лет, прогноза экономических показателей и трендов развития российской экономики от Минэкономразвития РФ, прогнозирует строительство и реконструкцию в стране за 7-летний период 2019—2025 годов 31 170 км дорог федерального, регионального и местного значения, а также скоростных автомагистралей . 

Данный показатель более чем в 2 раза выше объема строительства и реконструкции за 9 лет — с 2010 по 2018 годы.

Перспективы строительства автомобильных дорог с цементобетонным покрытием в России. Преимущества технологии

Технология строительства цементобетонных покрытий активно применяется в Китае, США и ряде европейских стран, однако в России пока остается редкостью. Вместе с тем эксперты отмечают ряд приведенных далее преимуществ, которые выгодно отличают цементобетонное покрытие от асфальтобетонного.

Прочность. 

Цементобетон является жестким материалом и не деформируется при воздействии тяжелогруженого транспорта. Соответственно, данные технологии эффективны при строительстве крупных магистралей, опорной сети дорог и прочих элементов дорожной инфраструктуры с высокой интенсивностью трафика, а также на участках с повышенной загруженностью — дорожных развязках, перекрестках с круговым движением, остановках общественного транспорта.

Долговечность. 

Дорога из цементобетона сможет прослужить до первой серьезной реконструкции примерно в 3 раза дольше асфальта. По данным зарубежных специалистов, возможен срок эксплуатации подобных дорог до 50 лет. Применение цементобетона требует тщательного соблюдения технологии на всех этапах (подбора смеси, укладки и ухода за уложенным покрытием). В этом случае дорога может потребовать текущего ремонта 1 раз в 12 лет, а полная смена покрытия будет необходима только через 30 лет. В от- личие от бетона, асфальт нуждается в регулярном обслуживании. 

Более низкие затраты на эксплуатацию в течение всего жизненного цикла дороги при сравнимых затратах на строительство.

Хотя затраты на укладку бетонной смеси выше, в долгосрочной перспективе обслуживание такого покрытия будет дешевле. Помимо прочности самого покрытия экономии средств могут способствовать:

• высокая светоотражающая способность цементобетона, которая позволит сократить затраты на освещение в ночное время до 30 %;

• относительно стабильная стоимость бетона и предсказуемая динамика цен на него в будущем, тогда как стоимость битума, используемого для изготовления асфальтобетонов, сильно зависит от мировых цен на нефть, высоких налоговых и акцизных платежей, нестабильности мирового спроса на нефтепродукты и соответственно может расти быстрее инфляции и слабо поддаваться прогнозированию.

Устойчивость к перепадам, а также крайне высоким и низким показателям температуры, безопасность для участников движения. 

Дороги с цементобетонным покрытием за счет большей прочности лучшепереносят высокие температуры, не плавятся и не продавливаются под колесами автомобиля, благодаря этому не образуя колею, а также поглощают меньше влаги во время оттепелей, чем более пористый асфальтобетон. Таким образом, с точки зрения сцепления колес с дорогой цементобетон оказывается более стабильным покрытием. В некоторых европейских странах дороги в тоннелях имеют исключительно бетонное покрытие, поскольку бетон не горит и не выделяет токсичных газов. Исследования британской ассоциации дорожных покрытий BritPave показали, что устройство на автомагистралях в качестве системы безопасности разделительного ограждения из монолитного бетона имеет следующие преимущества:

• отсутствие аварий, связанных с выездом на встречную полосу;

• 50-летний срок службы с низкими расходами на содержание;

• уменьшение заторов на дорогах;

• снижение уровня аварий на 1 км дороги на 70 %;

• отсутствие смертельных случаев.

Меньшее влияние на окружающую среду:

• более эффективное расходование топлива за счет прочности бетона и отсутствия эффекта «прогиба» дорожной одежды под колесами автомобилей. Согласно исследованию группы экспертов, проведенному в 1982 году для Федеральной администрации по автотрассам США, при движении по цементобетонной дороге экономится порядка 3 % топлива;

• снижение негативного влияния городского «острова тепла», которое заключается в более высокой температуре в городе по сравнению с окрестностями. Так как бетонное покрытие заметно светлее асфальтобетона, оно отражает больше солнечного света и слабее нагревается, понижая общую температуру в городе.

Сравнение двух технологий дорожного строительства (асфальто- и цементобетонной) показывает, что внедрение последней позволяет полностью отказаться от использования дефицитного битума. Расходы щебня и песка при применении разных технологий в целом достаточно близки друг к другу.

Стоимость строительства дорожных одежд с применением асфальтобетонных и цементобетонных технологий на сегодняшний день примерно равна. По данным автора этой статьи, разница в стоимости по сравнению с цементобетонной технологией несущественна (около 3,4 %). 

Однако при переходе к жизненному циклу дорожного покрытия за эксплуатационный период в 30 лет ситуация кардинальным образом изменяется. Так, стоимость строительства, эксплуатации и ремонта 1 м2 асфальтобетонных дорог в течение 30-летнего жизненного цикла составляет 14,5 тыс. руб. (в ценах 2019 года), что на 82 % больше аналогичного параметра для цементобетонной дорожной одежды. Приведенные показатели достигаются за счет изменения периодичности проведения текущих ремонтных работ при переходе к цементобетону с 3 до 12 лет, а капитального ремонта дорожного покрытия — с 12 до 30 лет. Несмотря на то, что, согласно постановлению Правительства РФ от 30 мая 2017 года № 658 [1], межремонтные сроки эксплуатации дорог федерального значения с усовершенствованным типом покрытия увеличены до 12 лет, достичь таких показателей, согласно выводам экспертов МАДИ, в случае применения асфальтобетонных технологий не представляется возможным. 

Таким образом, если продолжится применение только асфальтобетонной технологии при строительстве дорог, прежде всего федерального значения, то в этом случае будет трудно решить задачи, поставленные в национальном проекте «Безопасные и качественные автомобильные дороги», и невозможно выполнить постановление [1] и распоряжение Правительства РФ от 10 мая 2016 года № 868- р [2], а также вырастут затраты на содержание и ремонт дорожного покрытия и объемы потребления дефицитного битума.

Очевидно, что на сегодняшний день технологии цементобетонных дорог достигли уровня, позволяющего строить их в разных климатических условиях. Широко применяется наиболее современная технология двуслойной бетоноукладки покрытий путем сращивания двух слоев по методу «свежий по свежему», прежде всего в таких странах как Германия, Австрия, Бельгия, Нидерланды и Великобритания. Укладка может проводиться как комплексом из двух раздельных машин, так и одним бетоноукладчиком. Результатом применения современных технологий строительства является монолитное цементобетонное покрытие, состоящее из верхнего слоя высокомарочного бетона с мелким высококачественным заполнителем с высокой стойкостью к истиранию и высоким содержанием цемента и располагающийся поверх свежеуложенного слоя из бетона более низкой марки с крупным заполнителем. Средний расчетный срок службы таких дорожных одежд составляет 30 лет, но на практике они служат значительно дольше — около 40—50 лет. 

Также в ЕС повсеместно применяется технология «бетон с открытым заполнителем» («мытый бетон», Waschbeton или exposed aggregate concrete), когда после необходимого набора прочности мелкий заполнитель выметается жесткой щеткой с использованием средств механизации, открывая более крупный. Такая обработка позволяет придавать поверхности более шероховатую текстуру. 

Важным технологическим процессом при строительстве цементобетонных покрытий является армирование поперечных и продольных швов. Армировать покрытия можно, предварительно устанавливая армирующие элементы (дюбели и анкеры) на специальные поддержки заранее перед проходом бетоноукладчика. В другом варианте бетоноукладчик с помощью установленного на нем специализированного оборудования может сам вибропогружать армирующие элементы в места будущих швов.

Европейская и американская политика в строительстве дорог активно поддерживает развитие применения цементобетонных дорожных покрытий. Технология получает развитие за счет требований, исходящих от технологических и экологических норм строительства. Так, в целях повышения уровня безопасности на автомагистралях широко применяется устройство разделительного ограждения из монолитного бетона в скользящей опалубке. Одна из экологических директив регулирует уровень допустимого шума от цементобетонного дорожного покрытия. Дальнейший этап развития бетонных автотрасс в Европе заключается в разработке и внедрении бетонного покрытия с низким уровнем шума. Для достижения данной цели выделяются следующие задачи: внедрение открытого заполнителя бетона с мелкими камнями на поверхности, применение алмазного шлифования, а также бетонных поверхностей нового поколения (Next Generation Concrete Surface, NGCS). 

Таким образом, на сегодняшний день нет проблем с доступом к современным технологиям в области строительства автодорог с применением цементобетона. Кроме того, в ходе внедрения подобных технологий в России открывается путь для создания собственных машин и оборудования для цементобетонных работ во время дорожного строительства в рамках государственной программы импортозамещения.

Сдерживающие факторы

Несмотря на опыт других стран, пока в России существует ряд факторов, сдерживающих строительство автомобильных дорог с цементобетонным покрытием:

• существующие российские ГОСТы не отражают современных мировых норм, а лишь ссылаются на имеющиеся уже устаревшие документы. Сегодня использовать советские ведомственные строительные нормы (ВСН) по строительству автомобильных дорог с цементобетонным покрытием нецелесообразно, они не подвергались изменениям с 1980 года. ГОСТ 10181 «Смеси бетонные. Методы испытаний» обновлен, но при этом по-прежнему отсутствует ГОСТ на методы устройства цементобетонных покрытий и их испытаний;

• в классификаторе строительных ресурсов отсутствуют современные машины. Этот фактор, в свою очередь, затрудняет формирование актуальных сметных рас- ценок в Федеральной государственной информационной системе ценообразования в строительстве (ФГИС ЦС). Данный фактор ограничивает работу проектировщиков, которые по причине отсутствия описания современной техники не могут закладывать в проект современные решения, иначе он будет отклонен на стадии прохождения государственной экспертизы;

• при осуществлении масштабных проектов может возникнуть потребность в дополнительных комплектах специальной техники, предназначенной для строительства дорог с цементобетонным покрытием. На сегодняшний день в стране имеется до 70 комплектов такой техники, которые задействуются при строительстве взлетно-посадочных полос и некоторых участков автомобильных дорог. Этого количества недостаточно для реализации полномасштабных проектов дорожного строительства;

• бытует некорректное представление о дороговизне бетона в сравнении с асфальтом. Как указано выше, оно достоверно лишь для этапа строительства дороги, но для дорог с длинным сроком жизненного цикла ситуация изменяется. 

Для устранения факторов, сдерживающих строительство дорог с цементобетонным покрытием в России, необходимо:

• проанализировать выполнение распоряжения Правительства РФ от 10 мая

2016 года № 868-р [2] и плана мероприятий по реализации стратегии развития промышленности строительных материалов на период до 2020 года и дальнейшую перспективу до 2030 года, утвержденного распоряжением Правительства РФ от 6 апреля 2017 года № 630-р [3], в части, касающейся строительства автомобильных дорог с цементобетонным покрытием;

• создать базы нормативных документов — разработать отечественный ГОСТ по строительству автомобильных дорог с цементобетонным покрытием с учетом современных технологий и климатических особенностей страны, а также усовершенствовать реестры и классификаторы: доработать реестр новых и наилучших технологий, материалов и технологических решений повторного применения и обновить классификатор строительных ресурсов в соответствии с требованиями техники, необходимой для применения современных строительных технологий;

• стимулировать подрядные и проектные организации — необходимо на уровне правительства страны подготовить распоряжение об обязательном предоставлении проектными организациями в Главгосэкспертизу экономического сравнения вариантов конструкций жестких и нежестких дорожных одежд при проектировании автомобильных трасс, городских улиц и дорог с учетом эксплуатационных затрат в рамках жизненного цикла объекта, что позволит выбирать более эффективные конструкции;

• для снижения зависимости от дефицита нефтяных дорожных битумов предусмотреть планомерное повышение доли строительства автомобильных дорог с цементо- бетонными покрытиями с достижением к 2024 году до 40 % общего объема нового строительства;

• предавать широкой огласке информацию о преимуществах инновационной технологии — разъяснять на тематических конференциях и семинарах, организуемых совместно с Росавтодором / Минтрансом, ошибочность мнений о высокой стоимости строительства, содержания и низкой ремонтопригодности дорог с цементобетонным покрытием, а также проводить информационные кампании на базе ведущих средств массовой информации России;

• развивать в высшем образовании отдельное направление «цементобетонные покрытия». Например, для выполнения амбициозного проекта «Комплексный план модернизации и расширения магистральной инфраструктуры на период до 2024 года» потребуется большое число специалистов разной квалификации. Подготовка специалистов занимает минимум 4 года, что говорит об острой необходимости повысить приоритет данной проблемы среди прочих. В связи с этим необходимо сотрудничество с техническими вузами страны для разработки новой образовательной программы подготовки специалистов, уровень которых позволит избегать технологических ошибок при строительстве дорог с цементобетонными покрытиями;

• разработать программу импортозамещения с целью создания отечественных комплектов машин по строительству цементобетонных покрытий. 

Эффект от использования технологий строительства автомобильных дорог с цементобетонным покрытием в России 

Поскольку ключевым преимуществом дорог с цементобетонными покрытиями являются более низкие затраты на эксплуатацию при сопоставимых затратах на строительство, в долгосрочной перспективе стоимость жизненного цикла дорог с цементобетонным покрытием оказывается значительно ниже традиционных асфальтобетонных. 

Согласно аналитическим расчетам «РБК Исследования рынков», на период до 2030 года в России запланировано строительство почти 8 тыс. км дорог в рамках крупных проектов (новые скоростные магистрали и федеральные трассы, реконструкция участков федеральных трасс, обходы городов и крупные региональные проекты). Суммарные затраты на 30-летний цикл строительства, ремонта и эксплуатации 8 тыс. км дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием составят порядка 1991 млрд руб. в ценах 2019 года. Однако если запланированные дороги будут построены с применением цементобетонных покрытий, то аналогичный показатель стоимости составит 1092 млрд руб. (на 898,5 млрд руб. меньше).

Таким образом, применение цементобетонных технологий при дорожном строительстве обеспечит как минимум 38 %-ю экономию средств за 30-летний период строительства и эксплуатации. Кроме того, при строительстве цементобетонных покрытий, в отличие от асфальтобетонных, не используется дефицитный битум. На 30-летний цикл строительства, ремонта и эксплуатации 8 тыс. км дорог будет не- обходимо 5806,5 тыс. т битума (см. табл. 6), а в случае строительства дорог его не потребуется расходовать и можно будет направить освободившиеся объемы на интенсификацию текущего ремонта обширной сети асфальтобетонных дорог в России.

При сохранении прогнозируемых объемов строительства и реконструкции дорог уже к 2022 году ожидается дефицит производства нефтяных дорожных битумов. Данная проблема является критической, так как ставит под угрозу реализацию обширных планов дорожного строительства. Инновационным путем ее решения является расширение применения передовых цементобетонных технологий строитель- ства автотрасс. Однако нельзя перейти на них за 1—2 года, поэтому их внедрение должно происходить последовательно, с постепенным наращиванием темпов. Кроме того, учитывая международный опыт, начать применение этих технологий следует с крупных проектов скоростных автомагистралей с большим прогнозируемым трафиком движения.

Аналитики «РБК Исследования рынков» подготовили несколько сценариев внедрения цементобетонных технологий в России. Согласно первому, наиболее пессимистичному сценарию, доля дорог из цементобетона будет увеличиваться на 5 % каждые 2 года. В этом случае существенный дефицит битума будет ощущаться уже в 2022 году, а к 2025 году он достигнет 1409 тыс. т. Наиболее позитивные результаты прогнозируются в случае более быстрого активного внедрения цементобетонных технологий. Так, при увеличении доли построенных автомобильных дорог с цементобетонным покрытием на 10 % каждый год дефицит битума будет полностью нивелирован.

Наиболее рациональным представляется сценарий, при котором к 2025 году будет достигнута 45 %-я доля дорог с цементобетонным покрытием в общем объеме строительства и реконструкции дорожной сети.

Источник: https://jcement.ru/magazine/vypusk-1-2021/vnedrenie-tekhnologiy-stroitelstva-avtomobilnykh-dorog-s-t...

Все статьи