Строительство дорог, мостов и тоннелей в Арктике, Сибири и на Дальнем Востоке осложнено экстремальными морозами (до –50°C) и вечной мерзлотой. Главный враг бетонных и металлических конструкций — вода. Она просачивается в микротрещины, замерзает, расширяется и разрушает сооружения изнутри, вызывая коррозию арматуры. Существующие способы гидроизоляции имеют серьезные недостатки: рулонные битумные материалы трескаются на холоде и протекают на стыках, а высоконадежное бесшовное напыление полимочевиной требует громоздкого оборудования и плюсовой температуры, что сильно усложняет и удорожает доставку в труднодоступные районы. Чтобы решить эту проблему, ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из МАДИ впервые в России разработали технологию, объединяющую достоинства обоих методов: прочное и бесшовное покрытие из полимочевины, которое можно сворачивать в рулоны и перевозить как обычный стройматериал.
Строительство нелинейных объектов транспортного строительства (дорог, мостов, тоннелей) в Арктике, Сибири и на Дальнем Востоке — это всегда вызов. Когда грунт скован вечной мерзлотой, а столбик термометра зимой опускается до –50°C, каждый этап работ требует тщательной подготовки техники и специальных мер защиты людей. Особенно сложная задача — предупредить коррозию металлических и бетонных конструкций.
Вода — главный враг любого объекта: она просачивается в мельчайшие трещины бетона, при замерзании расширяется и разрывает конструкцию изнутри, добирается до стальной арматуры и вызывает коррозию. Если вовремя не защитить мост или дорогу, через несколько лет даже самое прочное сооружение начнет разрушаться. Именно поэтому инженеры ищут способы надежной гидроизоляции.
Например, для мостовых сооружений защитный слой укладывают на этапе строительства или ремонта: сначала готовят плиту проезжей части (основание, по которому поедут машины), затем на нее наносят защиту и только потом кладут асфальт. Получается своего рода «прокладка» между бетоном и дорожным покрытием.
Сегодня существует два основных способа защитить объекты транспортного строительства от влаги. Первый, самый распространенный и дешевый — рулонная гидроизоляция. Это те самые битумные или полимерные «ковры», которые раскатывают по поверхности бетона или металла, а стыки проплавляют горелкой. Такой метод прост и понятен, но у него есть серьезные недостатки. Швы — слабое место: даже небольшое нарушение герметизации приводит к протечкам. Кроме того, рулонные материалы плохо прилегают к сложным поверхностям — например, к стойкам ограждений, перилам или к выступающим металлическим полосам, которые приварены к мосту, чтобы сделать его крепче. А на сильном морозе битум становится хрупким и трескается.
Второй способ — бесшовное напыление жидких полимеров. Здесь нет ни стыков, ни швов: установка смешивает два компонента прямо в момент распыления, и на поверхности мгновенно формируется эластичная мембрана. Чаще всего используют полимочевину — материал, который застывает за секунды и образует пленку, похожую на прочную резину. Она повторяет форму любой сложной конструкции, не боится ни жары, ни мороза, а по прочности превосходит рулонные материалы в разы. Именно эту технологию считают самой современной и надежной.
Однако у метода есть серьезный недостаток. Оборудование для напыления — это громоздкие реакторы, которым требуется подогрев. Работать с ними можно только при плюсовой температуре. Доставка такой техники в Арктику, где восемь месяцев в году мороз ниже -30°C, обходится в большие суммы. В труднодоступных районах груз приходится везти вертолетами, и затраты на логистику могут превысить стоимость самой гидроизоляции. В этих случаях самый надежный метод становится недоступным.
Именно для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из МАДИ и ООО НПФ «Современные покрытия» впервые в России разработали технологию, объединяющую достоинства обоих способов. Они взяли прочность и бесшовность напыляемой полимочевины, но при этом сделали так, чтобы готовое покрытие можно было сворачивать в рулоны и доставлять на объект как обычный стройматериал.
Чтобы получить готовое гидроизоляционное покрытие (его еще называют мембраной), ученые разработали уникальную технологию.
Сначала с помощью фото- и видеосъемки создается точная 3D-модель конструктивного элемента транспортного объекта, — цифровая копия его поверхности со всеми изгибами, стыками и выступающими элементами. Эта модель передается на завод, где по ней собирают физический прототип — макет того участка, который нуждается в защите. Дальше его накрывают полиэтиленовой пленкой. И уже на нее напыляют двухкомпонентную полимерную смесь на основе полимочевины. Поскольку она не прилипает к полиэтилену, после застывания готовую пленку легко снимают с макета, сворачивают в рулон и отправляют на объект. На месте строительства рабочие расстилают покрытие и соединяют края специальным активатором.
— рассказал Андрей Кочетков, профессор кафедры «Автомобильные дороги и мосты» ПНИПУ, доктор технических наук.
Полиэтиленовая пленка была применена впервые. Раньше ее для гидроизоляции не использовали.
Чтобы проверить, насколько эффективно работает такая схема, ученые провели серию экспериментов. Они напыляли гидроизоляцию на прототипы разной формы и шероховатости, меняли давление, температуру и расстояние от наконечника распылителя (сопла) до поверхности. В ходе испытаний замеряли ключевые показатели — толщину получаемой пленки, равномерность распределения материала и скорость его отверждения.
Мы выяснили, что расход гидроизоляции напрямую зависит от условий напыления. В идеале на квадратный метр покрытия толщиной 1,5 мм нужно 1,59 кг смеси. Но на практике часть материала неизбежно теряется — он просто разлетается в воздух в виде мельчайших капель и не попадает на поверхность. С учетом плотности компонентов и потерь в 30% мы рассчитали реальную норму: 2,27 кг на м². Теперь инженеры могут заранее знать, сколько материала заказывать.
— пояснил Андрей Кочетков.
В результате экспериментов ученые подтвердили, что полимочевина сохраняет все свои свойства при температурах от -60°C до +150°C, выдерживает движение тяжелой строительной техники и не разрушается под действием дорожных реагентов. Прочность мембраны (20-45 МПа) в 5-10 раз выше, чем у обычных рулонных материалов, и при этом она не уступает покрытиям, полученным классическим напылением. Однако у заводского метода есть два важных преимущества. Во-первых, готовую защиту можно монтировать даже в сильный мороз, тогда как традиционное напыление требует тепла и сухой погоды. Во-вторых, при работе в цехе нет потерь материала.
Следовательно, разработка ученых позволяет не просто заменить один материал на другой, а принципиально изменить подход к гидроизоляции. Теперь не нужно везти за тысячи километров тяжелое реакторное оборудование и нанимать высококвалифицированных операторов на стройплощадку. Достаточно один раз создать 3D-модель, напылить мембрану и доставить готовые рулоны. Для строителей в Арктике, Сибири и на Дальнем Востоке это дает реальную возможность защищать транспортные объекты от воды без огромных затрат на логистику. А значит, конструкции будут служить дольше, а их ремонт обойдется дешевле.
Способ внесен в реестр Минтранса, утвержден ГОСТом и имеет готовые сметные нормативы. В настоящее время он внедряется на ограниченных по размеру объектах транспортного и общего строительства.
Статья опубликована в сборнике «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ», 2026 г.
Источник: Минобрнауки России
