Челябинские ученые удешевили бетон на треть
Исследователи Южно-Уральского государственного университета одни из первых в России заменили природный песок в составе бетона и штукатурки на искусственный порфиритовый. Такой подход позволил сделать строительный материал дешевле и долговечнее, сообщает пресс-служба вуза.
Запасы месторождений природного песка в России стремительно истощаются. Кроме того, добываемое сырье не всегда отличается высоким качеством – большие объемы пылеватых частиц в составе песка требуют дополнительного расхода цемента при производстве бетона.
При добыче порфирита в любом карьере образуется вскрышная порода, которая накапливается в виде балласта, формируя отвалы, занимающие земли для хозяйственных нужд. Исследователи кафедры строительных материалов и изделий ЮУрГУ путем дробления этих пород получили эффективный искусственный песок. Он не содержит вредные включения в виде пылеватых частиц и применим для создания тяжелых бетонов и штукатурных смесей, а также способствует повышению качества готового продукта.
«Экологически безопасный порфирит обычно никак не утилизируется, его складируют в качестве вскрышной породы в отвалах. Чтобы сделать этот камень востребованным и полезным, к нам за помощью обратился индустриальный партнер ООО «Спецтехпроект» – предприятие по добыче и переработке порфирита, – рассказала доцент кафедры строительных материалов и изделий ЮУрГУ Марина Бутакова. – Мы исследовали такую возможность и нашли метод – перерабатывать невостребованную вскрышную породу в песок, который можно использовать в строительстве. Замещая природный песок в составе бетона и штукатурки искусственным порфиритовым, мы делаем материалы дешевле как минимум на треть. К тому же экономятся средства, которые предприятия затрачивают на добычу, транспортировку и переработку естественного песка, пригодного для стройматериалов».
Частицы песка, получаемого из порфирита, имеют кубовидную форму, что обеспечивает хорошее качество штукатурных смесей (за счет плотного прилегания зернышек друг к другу), а, следовательно, более гладкую и ровную, долговечную поверхность на выходе.
Крупная щебенистая фракция, образующаяся при безотходном дроблении порфирита на песок, так же эффективно может заменить обычный щебень, входящий в состав тяжелых бетонов.
Инженеры Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали конструкцию облегченной буроопускной сваи из стеклопластика со сниженной материалоемкостью, а также создали адаптивную цифровую модель, позволяющую прогнозировать ее поведение в многолетнемерзлых грунтах. Разработка имеет большой потенциал внедрения при строительстве инфраструктуры в Арктике. Работы осуществлялись при поддержке федеральной программы «Приоритет-2030».
Строительство на территориях распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ) сопряжено с высокими рисками деформаций и разрушений фундаментов из-за сложных геокриологических условий и изменения климата. Широко применяемые сегодня традиционные решения имеют высокую стоимость и при этом недостаточно надежны и адаптивны к неоднородным грунтам, что особенно критично для развития инфраструктуры в Арктической зоне.
Исследователи Научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ создали конструкцию буроопускной сваи из стеклопластика, применив оригинальную технологию изготовления макетов. Она заключается в особом способе намотки армирующего материала. Все это позволило снизить вес конструкции сваи более чем на 6%, а материалоемкость – на 5% при одновременном росте несущей способности по сравнению с традиционными решениями.
Кроме того, инженеры разработали адаптивную цифровую модель взаимодействия сваи с многолетнемерзлыми грунтами. Такая модель способна прогнозировать поведение сваи в ММГ грунте с точностью до 95%. Технология объединяет стендовые испытания (которые проводятся в Якутске) и цифровое моделирование, позволяя оперативно подбирать оптимальные параметры свай под нестандартные и разнородные грунтовые условия.
Как отметил инженер-исследователь НТК «Новые технологии и материалы» Иван Карпов, работа над проектом потребовала нестандартного синтеза материаловедения и цифрового инжиниринга.
«Нам удалось не просто создать более легкую и прочную сваю, а сформировать целостную технологию – от виртуального проектирования до стендовых испытаний, адаптированную под экстремальные условия Арктики. Это результат, который делает строительство на вечной мерзлоте не только более надежным, но и экономически оправданным» – прокомментировал он результаты работы.
Разработка «политехников» позволяет снизить общие затраты на возведение фундаментов в условиях многолетнемерзлых грунтов до 10% за счет использования полимерных материалов, новой конструкции сваи, а также ускорения проектирования с помощью цифровой модели. Повышенная надежность фундаментов снижает риски аварий и дорогостоящих ремонтов, обеспечивая долгосрочную устойчивость объектов инфраструктуры, что особенно актуально для территорий Крайнего Севера. Новая технология может быть востребована в нефтегазовой отрасли, энергетике и жилищном строительстве, а ее масштабируемость дает большие возможности коммерциализации.
«Эта перспективная разработка является еще одним важным результатом петербургских исследователей, достигнутым в ходе реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030». Ее применение будет во многом способствовать обеспечению национальных интересов освоения и развития Арктической зоны нашей страны. Сегодня на базе петербургских вузов и научных организаций развернута масштабная работа в этом направлении. Мы и дальше будем оказывать им необходимую поддержку. Развитие науки и новых технологий – один из ключевых приоритетов для нашего города, - подчеркнул Владимир Княгинин.
В планах разработчиков до 2030 года пройти путь от стендовых и натурных испытаний до опытно-промышленной эксплуатации и промышленного освоения технологии. Планируется полная верификация цифровой модели, патентование ключевых решений и разработка регламентов серийного производства свай. В перспективе технология может быть внедрена в строительные нормы. Дальнейшее развитие проекта предполагает масштабирование производства и адаптацию решения под различные типы многолетнемерзлых грунтов.