Применение железобетонных конструкций в нефтегазовом строительстве: основные аспекты

Компрессорные станции, установки переработки, терминалы СПГ, основания под технологическое оборудование, емкости для хранения, системы водоочистки, причалы нефтегазовых портов – все базируется на железобетонных конструкциях. В этой области ЖБ сооружения непрерывно подвергаются воздействию агрессивных веществ, испытывают значительные динамические нагрузки и вибрации от работающих механизмов. Тут предъявляются повышенные требования к износоустойчивости, стойкости к циклам замораживания-оттаивания, сопротивлению проникновению влаги, устойчивости к образованию трещин, коррозионной стойкости и сохранению эксплуатационных характеристик бетона в течение длительного времени. Поэтому применение специальных модифицирующих добавок, устройство защитных покрытий и соблюдение особых регламентов при производстве бетонных работ здесь абсолютно необходимо.

Возведение монолитных и сборных ЖБ конструкций для объектов нефтегазового сектора в РФ определяется положениями ряда нормативно-технических документов, в числе которых СП 43.13330.2012 «Сооружения промышленных предприятий», СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции», СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии». В мировой практике применяются стандарты API 650 «Welded Steel Tanks for Oil Storage», ISO 16903:2015 «Petroleum and natural gas industries», ACI 201.2R «Guide to Durable Concrete».

Требования железобетону в российских нормативах

СП 43.13330.2012 «Сооружения промышленных предприятий» регламентирует общие принципы проектирования, возведения и ввода в эксплуатацию строительных объектов для нефтегазовой отрасли. Касательно бетонных и железобетонных элементов:

• Класс бетона по прочности на сжатие для фундаментов не может быть ниже В25, для перекрытий – В30, для высоконагруженных опор – В35;
• Марка бетона по морозостойкости для открытых конструкций не может быть ниже F150, для закрытых – F50;
• Марка бетона по водонепроницаемости, в зависимости от зоны влажности, не может быть ниже W6;
• Защитный слой бетона для рабочей арматуры должен быть не менее 20 мм, для конструктивной – 15 мм;
• Ширина раскрытия трещин в несущих конструкциях не должна превышать 0,4 мм, в ограждающих – 0,5 мм;
• Цемент, заполнители и добавки для бетона должны обеспечивать требуемую коррозионную стойкость.

В СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»:

• Класс бетона по прочности на сжатие не может быть ниже В15;
• Допускается применять арматуру классов А240, А400, А500, А600, А800, А1000, а также композитную;
• Ширина непродолжительного и продолжительного раскрытия трещин не должна превышать 0,4 мм, 0,2 мм и 0,15 мм для 1, 2 и 3 категорий соответственно;
• Коэффициенты запаса прочности для нормальных и повышенных требований должны соответствовать указанным для предельных состояний I и II групп;
• Прогибы балок и плит пролетом 3-6 м не должны превышать 1/200 пролета, при пролете более 6 м – 1/250.

Согласно СП 28.13330.2017, поверхность подземных железобетонных конструкций, контактирующих с грунтом, не может быть без надлежащей гидроизоляции. Должны быть соблюдены стандарты по обмазочной, оклеечной, проникающей, инъекционной гидроизоляции. Открытые поверхности бетона необходимо защищать вторичной защитой — лакокрасочными покрытиями, полимерными, мастичными, шпатлевочными составами, пропитками.

На морских нефтегазовых платформах и причальных сооружениях в железобетонных конструкциях, погруженных в морскую воду, обязательно применение катодной защиты арматуры от коррозии. В фундаментах под технологическое оборудование, подверженных воздействию блуждающих токов, требуется протекторная защита арматуры.

Требования к составу бетона в зависимости от степени агрессивности среды:

• При слабой степени агрессивности используется портландцемент. Запрещено применять добавки ХК, ХЖ. Минимальный класс бетона по прочности – В15, максимальное водоцементное отношение – 0,60, минимальный расход цемента – 280 кг/м3.
• При средней степени агрессивности применяются сульфатостойкий и шлакопортландцемент. Запрещены все виды добавок. Минимальный класс бетона – В20, максимальное В/Ц – 0,50, минимальный расход цемента – 320 кг/м3.
• При сильной степени используется сульфатостойкий цемент. Все добавки под запретом. Бетон должен быть класса не ниже В25, с В/Ц не более 0,45 и расходом цемента от 360 кг/м3.

Международные стандарты

Стандарты для железобетона в нефтегазовой сфере в России несколько отличаются от мировой практики. Так, согласно API 650, срок службы бетона для фундаментов резервуаров должен составлять не менее 50 лет – в российских нормах это не регламентируется.

Согласно ACI 201.2R, марка бетона по водонепроницаемости для подземных конструкций резервуаров задается в единицах, эквивалентных давлению в МПа, в то время как в России она определяется по шкале от W2 до W20.

Стандарт ISO 16903:2015 определяет классы экспозиции бетона при контакте с нефтепродуктами (XO, XD, XS), которые комплексно учитывают характеристики агрессивной среды. В российских нормах классификация дана только по степени агрессивности: слабая, средняя, сильная.

Требования ACI 318 к толщине защитного слоя бетона зависят от класса конструкции и варьируются от 20 до 75 мм, а в СП 63.13330.2018 заданы только минимально допустимые значения в 15 и 20 мм для конструктивной и рабочей арматуры соответственно.

В Еврокодах EN 1992 и EN 206 дополнительно регламентированы классы прочности бетона на растяжение и модуль упругости бетона, необходимые для расчета конструкций в нефтегазовой отрасли. В российских стандартах эти параметры не нормируются.

Итоги

В России и мире качество железобетонных конструкций для нефтегазовой сферы строго регламентируется нормативными актами: СП 43.13330.2012, СП 63.13330.2018, СП 28.13330.2017, API 650, ACI 201.2R, ACI 318, ISO 16903:2015, EN 1992, EN 206.

В целом, стандарты устанавливают требования к проектированию состава бетона, выбору цемента, заполнителей и добавок, обеспечению коррозионной стойкости, классу прочности, марке по морозостойкости и водонепроницаемости, величине защитного слоя, категориям трещиностойкости и ширине раскрытия трещин, допускам по прогибам и перемещениям, первичной и вторичной защите поверхности.

Игнорирование указанных стандартов чревато разрушением бетона и коррозией арматуры из-за воздействия агрессивных сред, снижением несущей способности и потерей устойчивости конструкций, протечками через дефекты гидроизоляции, появлением недопустимых трещин, деформаций и колебаний, сокращением межремонтных сроков вплоть до необходимости замены конструкций, авариями и остановкой производства.