CC BY
144
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
ДРЕВЕСНОСТЕКЛОВОЛОКНИСТОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА В ИЗДЕЛИЯХ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Т.Н. СТОРОДУБЦЕВА, доц. каф. сопротивления материалов и теоретической механики ВГЛТА, канд., техн., наук
По официальным литературным источникам [1, 2, 3, 4, 5] были установлены основные дефекты и повреждения железнодорожных железобетонных и деревянных шпал, большинство из которых устраняется в результате применения в качестве материала шпал из водостойкого древесностек-ловолокнистого композиционного материала (ДСВКМ) разработанных составов [6, 7, 8, 9]. Сделан подробный анализ сравнения дефектов и повреждений первых и методов устранения их причин в конструкции и материале шпал из ДСВКМ, из которого видны неоспоримые преимущества использования шпал из этого материала на железных дорогах широкой колеи, а также для трамвайных
путей и на лесовозных дорогах узкой колеи [10, 11].
В работе В.В. Патуроева [12], которая выполнялась в научно-исследовательском институте бетона и железобетона (НИИЖБ) более 25 лет назад, приводится сравнительный анализ технико-экономической эффективности применения конструкций, выполненных на основе портландцемента и термореактивных смол, в том числе на смоле ФАМ.
Несмотря на сравнительно давнюю публикацию, эта работа практически единственная, касающаяся данного вопроса, и не потеряла своего значения из-за серьезной обоснованности выводов, сделанных в ней и
92
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2005
остающихся справедливыми в настоящее время. Например, в ней показано, что сравнение стоимости синтетических шпал со стоимостью портландцемента и т.п. приводит к неправильным выводам о низкой стоимости первых вяжущих, поскольку цены на смолу в 10...20 раз и более выше цены на цемент, известь и другие минеральные вяжущие. В.В. Патуроев, основываясь на данных НИИЖБ и других организаций, считал, и с этим нельзя не согласиться, что более правильным является сравнение отпускной стоимости конструкций, эксплуатационных расходов на их содержание и долговечности в условиях, в первую очередь, воздействия агрессивных сред, утечек электрического тока, величин динамических нагрузок, частоты ремонта и замены элементов ходовых частей подвижного состава и т. д. Поэтому, если первоначальная цена конструкций из тяжелых полимербе-тонов на ФАМ и выше, например стоимости аналогичных железобетонных, в 2.4 раза, однако с учетом отрицательного действия на последние названных сред и долговечности армополимербетонных конструкций (которая в 3.5 раз большей долговечности железобетонных), можно считать названные факторы определяющими их высокую надежность и рентабельность. Все сказанное необходимо в полной мере учитывать в расчете экономической эффективности при частичной замене железобетонных и деревянных шпал на шпалы из ДСВКМ.
В отношении мономера (смолы) ФАМ дело осложнилось тем, что при развале СССР практически единственный завод по его производству оказался в Узбекистане (г. Фергана), поэтому с учетом транспортных расходов его стоимость мономера в настоящее время составляет около 50 тыс. р за тонну (табл. 1), т. е. очень высокая.
Возникла идея о концентрации в одном регионе производств фурфурола, мономера ФАМ и железнодорожных шпал различного назначения, а именно в г. Воронеже, Воронежской и Липецкой областях.
Это давало бы возможность снизить транспортные расходы и, при едином владельце всех производств, - НДС и другие налоги, а следовательно цену одной шпалы, 85 % составляет цена смолы ФАМ (табл. 3).
Для реализации предложенной идеи была проведена рекламная компания в печати, в результате которой в адрес ВГЛТА пришло большое количество писем, в которых выражалось желание приобрести шпалы из ДСВКМ. Диапазон адресатов охватил практически всю РФ от г. Мурманска до г. Комсомольска-на-Амуре. Однако все хотели покупать шпалы, но не строить заводы по производству ФАМ и отливке шпал. И все же инвестор нашелся - это ООО «Рета» (г. Воронеж), которая имела опыт работы с по-лимербетоном на ФАМ для устройства полов и фундаментов колон на заводе ОАО «Воронежсинтезкаучук», о чем уже говорилось в предыдущих главах работы. В качестве основы для бизнес-плана были положены ответы на вопросы инвестора, представленные в таблице 2, а также опыт работы ВГЛТА на ту же тему с Управлением автомобильных дорог (г. Липецк, г. Елец -1992-1996 гг.) и, конечно, с ВНИИЖТ МПС (1995-2003 гг.).
ООО «Рета» заключила договор с институтом «СИБГИПРОБИОСинтез» на проект фурфурольно-мономерного завода (ФМЗ) для его строительства в г. Лиски Воронежской области, где для этого выделен удобный участок. В таблице 2 приводится расчет производственной и отпускной стоимости мономера ФАМ, который выполнен по данным этого института. Видно, что ожидаемая стоимость ФАМ примерно в 1,6 раза ниже стоимости этой смолы на мировом рынке (28 тыс. р. против 45 тыс. р., табл. 1, п. 9).
В табл. 3 приведен расчет отпускной стоимости шпалы для железных дорог общего назначения, в которой использованы данные табл. 3 и табл. 8 автореферата Сто-родубцевой Т.Н. [13], причем предполагается, что отливка будет производиться на близко расположенном профильном заводе.
Таблица 1
Ответы на вопросы инвестора
ФУРФУРОЛ-МОНОМЕРНЫЙ ЗАВОД (ФМЗ)
Вопрос Ответ Примечание
1 2 3
1 Какова стоимость ФМЗ 1-я очередь, состоящая из двух отделений производства фурфурола в объеме 2750 т и мономера ФАМ в объеме 1000 т, ориентировочно 300 млн. р; 2-я очередь производства фурфурола в объеме 2750 т составит ориентировочно 200 млн. р.
2 Годовая производительность Полная мощность: 5500 т фурфурола; 1000 т мономера ФАМ. 1100 т фурфурола-сырца надо завозить
3 Режим работы Круглосуточный непрерывный
4 Потребность в сырье при выходе 6 % фурфурола от сухой массы сырья На первую очередь: Кукурузной кочерыжки - 27000 т семечной лузги - 27000 т при 16 % влажности. На вторую очередь: Шелухи гречихи (соломы) - 54000 т При 16 % влажности Хорошим сырьем являются также: шелуха гречихи, солома, кукурузная кочерыжка, которые в объеме 20000 т надо завозить из других областей
5 План загрузки сырьем Суточная загрузка 1-ой очереди 180 т; потребуется склад 27000 т и ежедневная поставка 200 т автотранспортом в течение 10 месяцев Остановка завода на 30 дней после годичного цикла
6 Ориентировочный объем рынка РФ Потребность: 10000 т фурфурола в год 1000 т ФАМ в год Без учета потребности ЖД транспорта
7 За счет каких заводов покрывается потребность в фурфуроле Кировский завод 2000 т в год, Кропоткинский завод 2500 т в год. Остальные гидролизные заводы производят фурфурол -сырец - 7000 т Кропоткинский работает на привозном сырье
8 Почему заводы расположены именно в Воронежской области Близость к сырью - это отходы лесопромышленного комплекса и сельхзотходы
9 Мировые отпускные цены на фурфурол и ФАМ Мировая цена фурфурола высшего сорта до 2000 $ США за 1 т (60000 р.); ФАМ - 1500 $ за 1 т (45000 р.); фурфурол-сырец 530 $ за 1 т (16000 р.)
10 Сферы использования фурфурола 1) Фурфуриловый спирт - металлургия; 2) тетрагидро-фуран - химическая промышленность; 3) селективная очистка смазочных масел; 4) химические средства защиты растений; 5) производство пластмасс, лаков, пресспорошков, абразивных инструментов и др.
11 Имеется ли опыт производства ФАМ в РФ Опытная партия ФАМ была получена на ООО «Воро-нежсинтезкаучук» (г. Воронеж) и п. Чарушкино, Московской обл. (военная часть).
ШПАЛЫ
1 Есть ли копии по переписке по предложению использования нового типа шпал и ответы официальных организаций По договору между ВГЛТА и ВНИИЖТ ведется работа по изготовлению шпал для испытаний для получения сертификата применения их на ЖД транспорте общего назначения. Копии имеются в ВГЛТА, кафедра сопротивления материалов и теоретической механики Сумма договора № 30/01 с ВНИИЖТ в 2001 г. составила 150 тыс. р. - ответственный исполнитель темы - автор работы
Окончание табл. 1
1 2 3
2 Составляющие компоненты шпалы, их себестоимость См. таблицу 4. Мука из пиритовых огарков, графитовая мука, отходы переработки древесины имеются в г.г. Тамбов, Елец, Воронеж. Практически все компоненты имеются в Центр. Черн. регионе.
3 Каковы отпускные цены на ЖБ и деревянные шпалы ЖБ шпала - 270 р. за 1 шт. Деревянная - 300 р. за 1 шт. В США деревянная пропитанная креозотом - 50 $ (1500 р.). Пластиковая - 70 $ (2100 р.). Из ДСВКМ - 30 $ (900 р.)
4 Потребность МПС/ЮВЖД в год Только ЮВЖД - 1 200 000 шт. в год
5 Планируемая производительность завода (шт. /год) При производстве фурфурола - сырца на предполагаемом заводе ФМЗ 7000 т и привозном сырье 1000 т можно получить 75 т мономера ФАМ. На одну шпалу расход - 20 кг ФАМ. Годовая производительность завода может составить 375 000 шт. шпал в год
Таблица 2
Расчет стоимости одной тонны смолы ФАМ на годовой производственный объем 1 млн. шпал из ДСВКМ
№ п.п. Наименование статей расхода Единицы измерения Расход Стоимость (р.) Стоимость материалов (р.)
1 Фурфурол-сырец т 1,0 12 000,0 12 000,0
2 Ацетон т 0,5 12 000,0 6 000,0
3 Вспомогательные химические материалы т 0,01 10 000,0 100,0
ИТОГО: 18 100
Таблица 3
Расчет стоимости одной железнодорожной шпалы из (ДСВКМ), армированного каркасом из необработанных досок, и заполнителем - технологической щепой (отходы
лесопиления) типа А-1 (в ценах 2001 г., р.)
№ Наименование Ед. Расход на Стоимость еди- Стоимость
п.п. компонентов изм. одну шпалу ницы измерения материала
1 Смола фурфуролацетоновая - ФАМ кг 21,2 20-50 434-60
2 Отвердитель - БСК кг 5,3 7-50 39-75
3 Глицерин - ЗРК кг 0,02 60-00 1-20
4 Песок с мк=1,5 - П кг 61,8 0-02 1-24
5 Графитовая электродная мука кг 2,9 2-00 5-80
6 Пиритовая мука из огарков - ПМ кг 4,3 0-02 0-09
7 Щепа мелкая (14,2 кг) м3 0,03 120-00 3-60
8 Доски необработанные из низкосортной древесины, пропитанной ОММ - Д (33,6 кг) при объемной массе 0,6 т/м3 м3 0,06 130-00 7-80
9 Отработанное машинное масло - ОММ кг 2,0 2-00 4-00
10 Стеклосетка - СС (1,8 кг при ширине 1 м) м/п 2,8 5-50 15-40
ИТОГО: 513-60
1 Стоимость сырья и материалов С 513-60 р.
2 Транспортно-заготовительные расходы ТЗР (10 % от С) 51-36 р.
3 Основная зарплата ОЗП (2 % от С) 10-71 р.
4 Налоги на зарплату ННЗ (13 % от ОЗП) 0-14 р.
5 Общехозяйственные расходы ОХР (100 % ОЗП) 10-71 р.
Расходы на тепловую энергию при прогреве материалов до 102° и
6 стоимости 1 Гкал, равной 183,40 р. 5-20 р.
7 Расход электроэнергии 0-75 р.
8 Расход воды 0-75 р.
ИТОГО: производственная стоимость СС - 593-22 р.
9 Внепроизводственные расходы ВПР (4 % от СС) 23-73 р.
10 Полная стоимость ПСС 616-90 р.
11 Прибыль (10 % от ППС) 61-70 р.
12 Стоимость с учетом прибыли 678-65 р.
13 НДС 20 % 135-75 р.
14 ВСЕГО: стоимость шпалы 814-40
Й'и или Е1 «815 р.
В заключение отметим, что стоимость шпалы, изготовленной в США на основе переработанных пластиковых бутылок (1000 шт на 1 шпалу) составляет 70 $ или 2100 р. [14], т.е. она в 2,6 раза дороже шпалы из ДСВКМ (815 р., таблица 3) или около 30 $. Там же стоимость деревянной шпалы, пропитанной креозотом, составляет 50 $, т.е. и этот вид шпал дороже предлагаемых в 1,7 раза.
Кроме шпал из ДСВКМ для железных дорог общего назначения на смоле ФАМ, в соответствии с ТУ 5340-00102068097-96 с изменениями и дополнениями, сделанными в 2001 г., на основании новых разработок автора [10], из этого материала могут быть отлиты брусья стрелочных переводов [15], шпалы для трамвайных и лесовозных путей, в том числе узкоколейных, о чем сообщалось через ЦНТИ г. Воронежа и в других публикациях [16]. Следует отметить, что разработанная автором технология отливки подобных изделий позволяет изготовлять их любых размеров в зависимости от вида балласта или без него, например, при строительстве дорог к местам лесозаготовительных работ в болотистой местности и т.п., тем более, что расчет подобных шпал-плит уже сделан Б. А. Бондаревым под руководством В.И. Харчевникова [17, 18].
Еще одна очень интересная работа была выполнена ВГЛТА по заказу электрометаллургического комбината г. Старый Ос-кол (ОАО ОЭМК) в 2001 г. на тему «Подкла-
дочные плиты для рельсового пути штабеле-ра сталепрокатного цеха № 1 - СПЦ-1 из стекловолокнистого композиционного материала на смоле ФАМ (СВКМ)» (шифр темы 16/01) [19]. Полученный опыт отливки, высокие механические характеристики СВКМ и производственные испытания позволяют рекомендовать использование его в подкладках для шпал на железнодорожном транспорте, перевозящем сверхтяжелые грузы.
Выводы и рекомендации по применению и сбыту
1. Положительная роль экологических и социальных аспектов налаживания производства изделий из ДСВКМ заключается в том, что его использование в широких масштабах позволит найти применение огромным количествам отходов сельского хозяйства, лесного комплекса и лесоперерабатывающей промышленности в виде сырья для производства фурфурола, смолы ФАМ и армирующего заполнителя. Найдут применение и отходы химической промышленности - пиритовые огарки, которые могут быть переработаны в муку - прекрасный наполнитель, улучшающий прочностные и гидрофобные характеристики полимерных композитов, а также отработанное машинное масло. Вышедшие из строя по каким-либо причинам железнодорожные шпалы из ДСВКМ не требуют специальной утилизации, т.к. с успехом могут быть использованы в фунда-
ментах малоэтажных зданий, в местах с близко расположенными грунтовыми водами и т. п. В результате экологическая обстановка в лесу и промышленных районах улучшится, создадутся новые рабочие специальности и места, т.е. сократится уровень безработицы в стране.
2. В связи со сложившейся рыночной ситуацией в РФ, когда решающей является отпускная цена шпал, которая не учитывает их долговечность, шпалы из ДСВКМ в первую очередь могут быть рекомендованы для использования в путях, подвергающихся частому обводнению или воздействию агрессивных атмосферных или грунтовых сред; в цехах и на железных дорогах, предназначенных для перевозки крупнотоннажных грузов; в подъездных путях, имеющих большое количество стрелочных переводов и кривых малого радиуса, переездах, метрополитена и т. п.
Библиографический список
1. Железобетонные шпалы для рельсового пути / Под ред. д-ра техн. наук, проф. А.Ф. Золотарско-го.- М.: Транспорт, 1980. - С. 143.
2. Инструкция по содержанию и ремонту деревянных шпал и брусьев. - М.: Транспорт, 1982. - 96 с.
3. Шпалы деревянные для железных дорог широкой колеи (ГОСТ 78-89). - М.: ГК по стандартам, 1989.- 8 с.
4. Армополимербетоны в транспортном строительстве: Моногр. / Под общ. ред. В.И. Соломатова. -М.: Транспорт, 1979. - 232 с.
5. Мисюк В.С. Способы защиты шпал от врезания подкладок / В.С. Мисюк // Вестник ВНИИ ж.-д. тр-та. - 1962. - № 3. - С.69.
6. Железнодорожные шпалы из древесностеклово-локнистого композиционного материала (ДСВКМ) с заданными свойствами / В.И. Харчевников, С.Ю. Зобов, Ю.Н. Бухонов, Т.Н. Стородубцева: Ин-форм. листок № 79-097-00, ГРНТИ 73.29.11. - Воронеж.: ЦНТИ. - 3 с. - (Железнодорож. трансп.).
7. Харчевников В.И. Водостойкий композиционный материал на основе отходов лесного комплекса для железнодорожных шпал / В. И. Харчевников, Т.Н. Стородубцева // Изв. вузов. Строит. - 2002. -№ 12.- С. 74-78.
8. Стородубцева Т.Н. Технология отливки шпал из древесностекловолокнистого композиционного материала (ДСВКМ) с использованием оборудования и площадей шпалопильных цехов / Т.Н. Стородубцева // Интеграция науки и высш. лесо-
техн. образования по упр. качеством леса и лесн. продукции: Материалы Междунар. науч.-практ. конф., Воронеж, 25-27 сент. 2001 г.- Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2001. - С. 314-316.
9. Патент № 2215705 РФ. Состав для композиционного материала / В.И. Харчевников, Т.Н. Стородубцева, Ю.А. Репяков; Воронеж. гос. лесотехн. акад .- № 2001110516; Заявл. 17.04.2001; Опубл. 20.11.2003, Бюл. № 31.- 9 с.
10. ТУ 5340-001-02068097-96* Шпалы для железнодорожных, трамвайных и лесовозных путей на полимерной основе и технологический регламент / В.И. Харчевников, С.Ю. Зобов, Т.Н. Стородубцева.
11. Изготовление и приемка железобетонных шпал. Пособие к ГОСТ 10629-88 и к СН и П 3.09.01-85 «Шпалы железобетонные предварительно напряженные для железных дорог колеи 1520 мм».- М.: ВНИИжелезобетон Госстроя СССР, 1990.- 73 с.
12. Патуроев В.В. Полимербетоны: Моногр. / В.В. Патуроев / НИИ бетона и железобетона. -М.: Стройиздат, 1987. - 286 с.
13. Стородубцева Т.Н. Обеспечение трещиностойко-сти композиционного материала на основе древесины для железнодорожных шпал при отверждении и всестороннем увлажнении: Автореф. дис. ...канд. техн. наук / Стородубцева Т. Н.; Воронеж. гос. лесотехн. акад.- Воронеж, 1999. - 20 с.
14. J. Gruber. Railway Track & Structures, 1998, N 10, p. 17-23.
15. Новый композиционный материал на основе отходов лесного комплекса для железнодорожных шпал / В.И. Харчевников, О.Р. Дорняк, Т.Н. Сто-родубцева и др. // Восстановление лесов, ресур-со- и энергосберег. технологии лесн. комплекса: Материалы межвуз. науч.-практ. конф., посвященной 70-летию ВГЛТА, Воронеж, 27-29 сент. 2000 г. - Воронеж: ВГЛТА, 2000.- С. 396-399.
16. Харчевников В. И. Водостойкий композиционный материал на основе отходов лесного комплекса для железнодорожных шпал / В.И. Харчевников, Т.Н. Стородубцева // Изв. вузов. Строит.- 2002. -№ 12. - С. 74-78.
17. Бондарев Б.А. Шпалы из древесноволокнистых композиционных материалов для лесовозных железных дорог широкой и узкой колеи: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук / Б.А. Бондарев. - Воронеж, 1996. - 42 с.
18. Харчевников В.И. Композиционные материалы для шпал лесовозных и общего назначения железных дорог: Моногр. / В.И. Харчевников, Б.А. Бондарев / Под ред. В.И. Харчевникова. - Липецк: ЛГТУ, 1996. - 256 с.
19. Подкладочные плиты для рельсового пути шта-белера СПЦ-1 из стекловолокнистого композиционного материала на смоле ФАМ (СВКМ) / В.И. Харчевников, Ю.А. Репяков, Т.Н. Стородубцева и др.: Отчет по теме № 16/01.- Воронеж, 2001. - № госрегистр. 01.200.1 12432. - 31 с.
