Инновации в сфере строительных материалов для инъектирования

Инъекционные технологии представляют собой комплексную технологию, заключающуюся в нагнетания (инъекции) в грунт или промежуточные среды специальных материалов (минеральных растворов или полимерных смол, гелей, пен) [1] в результате которых происходит проектное изменение свойств грунтов (повышение прочностных и деформационных показателей, водонепроницаемость грунтового массива) или (и) конструкций (восстановление целостности, герметичности, прочности в зоне локальных или общих дефектов).
За последние годы наблюдается значительный рост создания, опытного внедрения, использования инновационных технологий и материалов благодаря развитию химической промышленности. Идёт глобальный тренд не только выполнения сроков строительства, но и всё более часто предъявляются требования к опережающим темпа реализации инвестиционного проекта, т.к. при снижении сроков строительства любой объект повышает свою рентабельность, что крайне важно в условиях функционирования рыночной экономики [2].

Следует отметить, что необходимость использования инъекционных технологий требуется не на всех объектах и можно их разделить по необходимости применения на следующих этапах:

1. «Нулевой цикл». Необходимость на первых этапах нового строительства, в процессе или до начала работ на строительной площадке, при подготовке основания или устройстве фундаментов.
2. При частично возведённых вышележащих этажей / ярусов несущих конструкций (считается что работы по «нулевом циклу» завершены).
3. Введённое в эксплуатацию сооружение или в процессе введения сооружения в эксплуатацию с учётом завершения и принятия работ по несущим конструкциям.
4. Необходимость использования в процессе эксплуатации сооружения.

Основными причинами необходимости использования инъекционных технологий являются:

— отличие фактической геологии от проектной. Особенно опасно наличие линз ослабленных грунтов, новые незафиксированные ранее ИГ-элементы или локальных зон с отличающимися физико-механическими свойствами грунтов, некачественно выполненными СМР, нештатное замачивание грунтов в.т.ч. из-за обильных долговременных осадков. Комплекс таких факторов способствует резкому снижению несущей способности оснований и представляет собой труднопрогнозируемое, сложное развитие, которое может развиваться как долгий, так и короткий период времени с разной степенью опасности (как затуханием осадочных деформаций, так и их резким нарастанием) и активировать аварийную ситуацию на объекте с той или иной степенью вероятности.

Возникающие нештатные ситуации в результате техногенных воздействий и изменений гидрогеологических условий в городских агломерациях резко осложнены ввиду насыщения подземного пространства транспортными тоннелями, коммуникациями, подземными частями зданий и сооружений, непредсказуемой фильтрацией подземных вод в.т.ч. резко изменяющихся в результате наступления той самой нештатной ситуации. Данные обстоятельства могут нарушать эксплуатационную надёжность конструкций вызывая осадки, крены, трещины и разрушения несущих конструкций, нарушение целостности конструкции, деформации вентканалов и лифтовых шахт. Кроме того, раскрытие трещин, холодных и деформационных швов в подземной части способствует активизации водопроявлений через конструкции (рис. 1), что особенно опасно, когда при этом наблюдаются течи с выносом грунтовых масс [3, 4].

Данные обстоятельства способствуют как потере несущей способности основных конструкций так деградации конструкций ввиду прогрессирующей коррозии при отсутствии мероприятий по ликвидации водопроявлений (при выносе грунта также наблюдается активизация осадочных деформаций), общему снижению деформационных характеристик грунтов в основании сооружений [5, 6].

Отсутствие оперативных мероприятий по устранению осадочных деформаций, восстановлению гидроизоляционной системы ведёт к нештатной ситуации (вплоть до прогрессирующего обрушения), задержке ввода объект в эксплуатацию, ведёт к аварийным и нештатным ситуациям, вплоть до аварийного вывода сооружения из эксплуатации, расселения жильцов, с негативным сопутствующим социальным эффектом [7, 8].

Инновации в сфере применения инъекционных материалов представлено в виде следующих направлений:

1. Геополимеры;
2. Микро и наноцементы
3. «Умные» растворы (Smart Grouts)

Геополимеры представляют собой стабильную, ковалентно связанную, некристаллическую или полукристаллическую сеть в результате реакции алюмосиликатных материалов с щелочным или кислотным раствором. Позже, благодаря разработкам компании Uretek номенклатура геополимеров дополнилось расширяющимися полимерными смолами, в основном на полиуретановой основе. Их весомым плюсом является экологичность и снижение углеродного следа на 60-80% по сравнению с традиционными вяжущими.
Микро и наноцементы с чрезвычайно тонким помолом (размер частиц до микро- и наноуровня) активно модифицируются и для повышения проникающих свойств всё более жёстко регламентируется использование микровяжущих получаемых по технологии сепарации, которые (в отличие от цементов чистого домола) регламентируют отсутствие крупных зёрен вяжущего (от 10-20 мкм.), спосбствующие при инъекционной пропитке блокировке поровых каналов распространения инъекционной суспензии ограничивая применение материала. Способность пропитки растворами микровяжущими мелких поры и трещин востребована при инъекции проницаемых дисперсных грунтов, алевролитов, трещиноватых пород, способствуя высокой однородности закрепления.

«Умные» растворы (Smart Grouts) — направление будущего поколения материалов для инъектирования, которые не просто производится наполнение порового пространства, а происходит или активное управление их свойствами в процессе работ или их самостоятельное реакций на ряд предполагаемых вариантов реакций на условия окружающей среды для достижения оптимального результата.

Если традиционные полимерные и минеральные инъекционные смеси затвердевают в соответствии с подобранной лабораторной рецептурой, то «умные» растворы ведут себя динамично, причём их «интеллект» отражается в нескольких ключевых показателях:

• Составы могут меняют свои свойства под внешним воздействием (например, вязкость при контакте с водой — наиболее распространённый сценарий при инъектировании грунтов, создании противофильтрационных завес, также может выражаться в резком наборе прочности или экспансивным динамическом затвердевании при заданных факторах);
• Составы с переменной вязкостью: низкий показатель вязкости на начальных стадиях и резкое увеличение вязкости при попадании в зону высокой водонасыщеннсти, высокой скорости фильтрационного потока, большую зону разуплотнения;
• Составы с переменным коэффициентом расширения (например, на основе вязко-упругих пен): смеси с функцией расширяться и заполнять пустоты в условиях неограниченного объёма или пониженного сопротивления расширению. Такие смеси могут использоваться для контролируемой инъекции при высоких показателях фильтрации для оптимизации работ и расходов материала, наличии линз слабых грунтов, полостей различного генезиса, условиях критичного обводнения массива.

Развитие инновационных материалов и технологий инъектирования для их дальнейшего развития требует проведения широкого комплекса лабораторных работ, проведении опытных работ и гидроопробывания определяется как оптимальная технология, так и наиболее эффективные материалы с учетом удельного расхода, что позволяет проводит работы по ликвидации водопроявлений с учетом оптимизации сроков работ и наиболее полной работы гидроизоляционных материалов в конструкциях.

Библиографический список:

1. Чернышев С.Н., Мартынов А.М. Осадка — многофакторный инженерно-геологический процесс // Промышленное и гражданское строительство. 2018. № 6. С. 81-86.
2. Земсков А.И. Анализ гидрогеологических условий в подземном пространстве Санкт-Петербурга как фактора безопасного строительства и длительной устойчивости подземных сооружений // Проблемы современной науки и образования. 2017. № 20 (102). С. 92-98.
3. Савич А.В. Краткий обзор истории развития отечественных технологий смолоинъекции для гидроизоляции заглубленных железобетонных конструкций зданий // Сборник: Направления развития российской науки: теоретические исследования и экспериментальные разработки студентов и аспирантов. Материалы Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. Под редакцией Т.Б. Новиченковой. Тверь, 2021. С. 96-101.
4. Борисова И. А., Аюков Н. С., Полищук Л. И. Повышение несущей способности оснований с использованием инновационных технологий // Инновационные подходы в современной науке: Сборник статей по материалам CLXXXVIII международной научно-практической конференции, Москва, 18 апреля 2025 года. — Москва: ООО «Интернаука», 2025. — С. 9-17 — EDN DJRHWO.
5. Прохоров А. Л., Соколов Н. С. Применение геотехнических технологий в строительстве закрепления слабых оснований методом цементации // Строительство и застройка: жизненный цикл — 2024: Материалы VII Международной (XIII Всероссийской) конференции. В 2-х томах, Чебоксары, 20-21 ноября 2024 года. — Чебоксары: ООО «Издательский дом «Среда», 2024. -С. 42-49. — EDN MGPQXW.
6. Антоненко В. Д., Преснов О. М. Химическое закрепления грунтов в строительстве // Инновационные технологии: Сборник научных статей 3-й Международной научно-технической конференции, Москва, 29 января 2025 года. — Москва: Институт гуманитарных наук, экономики и информационных наук, 2025. — С. 133-137. — EDN FRRBYV.
7. Муртазаев С. А. Ю., Нахаев М. Р., Аласханов А. Х.Инъекционное закрепление просадочных грунтов композиционными составами с тонкодисперсными наполнителями природного и техногенного происхождения /; ФГБОУ ВО «Грозненский государственный нефтяной университет имени академика М.Д. Миллионщикова» ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет» ФГБУН Комплексный научно-исследовательский институт имени Х.И. Ибрагимова Российской академии наук Академия наук Чеченской Республики. -Махачкала: ИП Овчинников Михаил Артурович (Типография Алеф), 2017. — 174 с. — ISBN 978-5-4242-0617-7. — EDN YGEKKM.
8. Амосова Л. Н., Доронина В. В. Исследование современных методов усиления фундаментов зданий и сооружений, памятников архитектуры и их приспособление к современному использованию // Ползуновский альманах. — 2024. — № 1. — С. 16-18. — EDN UVKYPM.

Авторы: B. А. Алексеев (Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет)

C. И. Баженова, канд техн. наук  (Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет)

И.И. Иванов

Источник: Строительное материаловедение: настоящее и будущее : сборник материалов IV Всероссийской научной конференции (г. Москва, 13-14 ноября 2025 г.) / Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, Институт строительства и архитектуры, кафедра строительного материаловедения. — Москва : Издательство МИСИ — МГСУ, 2026. — URL: https://mgsu.ru/resources/izdatelskaya-deyatelnost/izdaniya/izdaniya-otkr-dostupa/. — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный. ISBN 978-5-7264-3784-2