В НГУ создали новый экологичный строительный материал
Команда исследователей из НГУ создала новый экологичный строительный материал, который в перспективе может заменить традиционный цемент. Уже готовы первые опытные образцы, в планах — запустить промышленное производство нового материала. Проект под руководством аспиранта Геолого-геофизического факультета (ГГФ) НГУ Степана Денисова «Разработка однокомпонентного вяжущего материала на основе промышленного отхода золошлаков» стал победителем федерального конкурса «Студенческий стартап», объем предоставляемой поддержки на ближайший год составит 1 млн рублей.
Уникальность проекта состоит в том, что новый строительный материал полностью изготавливается из промышленных отходов, а именно золошлаков — это то, что образуется при сжигании твёрдого топлива (угля, торфа, сланцев) на тепловых электростанциях, котельных и других промышленных установках. Таким образом, отходы, которые годами копились на свалках и загрязняли окружающую среду, превращаются в полезный и качественный продукт для строительства.
— Идея проекта родилась на стыке двух больших проблем. Во-первых, это проблема отходов: в России только золошлаковых отходов накоплено около 2 миллиардов тонн, и каждый год их становится на 60 миллионов тонн больше. При этом перерабатывается лишь малая часть — около 15%. Эти отвалы занимают огромные территории. Во-вторых, это проблема экологии цементной промышленности: производство обычного цемента — это очень энергозатратный процесс, на который приходится около 8% всех мировых выбросов CO₂. Наш проект позволяет сразу решать две задачи: перерабатывать отходы и одновременно создавать «зеленую» альтернативу цементу, сокращая углеродный след, — рассказал Степан Денисов.
Работа над проектом началась более года назад и ведется на базе Климатического центра НГУ. Научным руководителем, который отвечает за общее направление разработки и который также вошел в команду стартапа, является Георгий Лазаренко, к.ф.-м.н., директор Климатического центра НГУ. Кроме того, в команде стартапа — магистрант ГГФ Матвей Трутнев, аспирант ГГФ Дмитрий Горяйнов и к.т.н. Яков Ермолов.
На текущий момент разработана лабораторная технология и получены первые опытные образцы материала. Суть технологии заключается в следующем: золошлаки, раздробленные в порошок, смешиваются со специальными активаторами. Далее при смешивании с водой между ними запускается химическая реакция — геополимеризация. В результате получается прочный камень, по свойствам аналогичный цементному, но имеющий свое преимущество.
Уже проведены предварительные испытания образцов, результаты которых показали, что по таким показателям, как прочность, водопоглощение, новый материал полностью соответствует заявленным требованиям.
— По прочности (50 МПа) он не уступает высокомарочным цементам М500, а по морозостойкости может достигать 300 циклов. Кроме того, продукт имеет низкое водопоглощение (менее 5%), в то время как у большинства конкурентов этот показатель колеблется от 5% до 18%. Наряду с этим, он предлагает гибкость в времени схватывания — от 5 минут до 7 часов, покрывая потребности как в быстром ремонте, так и в стандартном строительстве. При этом его себестоимость является одной из самых низких на рынке, конкурируя с обычными портландцементами М300-М400, но предлагая при этом качество и свойства, характерные для значительно более дорогих специализированных материалов, — добавил Степан Денисов.
Аналоги данного материала, представленные на рынке, — это так называемые геополимерные вяжущие материалы, которые производят как в России, так и за рубежом. Однако ключевыми преимуществом материала, разработанного в НГУ, является цена и экологичность, достигаемая за счет использования 100% золы в качестве сырья и полной утилизации отходов.
Разработка найдет применение в разных сферах строительства — везде, где используется цемент, — для стяжки полов, кладки кирпича, штукатурки, изготовления строительных блоков и т.д. Потенциальными потребителями являются как крупные промышленные предприятия, которые решают задачу утилизации отходов, так и строительные компании и частные лица, которые ищут более доступный по цене и экологичный материал.
Средства, которые получит команда в рамках конкурса «Студенческий стартап», будут направлены на проведение дальнейших, более углубленных испытаний образцов по всем строительным стандартам (морозостойкость, коррозионная стойкость и др.), закупку необходимых реактивов и материалов, патентование разработки и изготовление первой партии прототипов в товарной упаковке (мешках по 5, 10 и 25 кг). В перспективе рассматривается возможность запустить промышленное производство строительной смеси и перерабатывать до 100 000 тонн золошлаков в год.
Преобразуя мосты и города
Группа компаний «АМИРА» на протяжении 34 лет лидирует в сегменте освещения магистралей, транспортных развязок, мостов и путепроводов по всей территории России, в самых разных климатических условиях, в том числе на территориях с вечной мерзлотой.
Среди крупных проектов «АМИРА» — такие значимые объекты, как мост через реку Сура в Чувашии, Высокогорский и Николаевский мосты через Енисей в Красноярском крае, Президентский мост через Волгу в Ульяновске, Аксайский и Темерницкий мосты в Ростове-на-Дону, Красный Дракон через Иртыш в Ханты-Мансийске, а также знаменитые мосты Санкт-Петербурга — Дворцовый, Литейный, Тучков, Биржевой и многие другие.
Наличие собственных производственных мощностей позволяет компании создавать осветительные комплексы любой сложности, которые успешно эксплуатируются как в России, так и за ее пределами. Благодаря высоким стандартам качества результаты работы выдерживают температурные колебания от -50 °C до +50 °C и функционируют в зонах с сейсмической активностью до девяти баллов.
Компания активно развивается, внедряет инновационные решения, умеет воплощать даже самые смелые идеи, не останавливаясь на достигнутом.
В процессе работы над проектами «АМИРА» стремится оптимизировать предлагаемые решения, адаптируя их к нуждам заказчиков и эксплуатирующих организаций. Одним из серьезных достижений стали опоры двойного назначения, которые одновременно выполняют функции освещения и поддержки сотовой связи. Это решение позволяет улучшить покрытие связи на дорогах, заменяя стандартные опоры похожими, но усиленными двойного назначения. Такие опоры отличаютcя небольшими габаритами фундамента, а значит, их можно устанавливать в городах. Также за счет окраски и дополнительных декоративных элементов их можно вписать в любую городскую концепцию оформления.
Специально для мостовых переходов в компании разработаны опоры для интеграции с шумозащитными экранами, что позволяет одновременно решать вопросы освещения и шумоизоляции. Такое решение избавляет от необходимости устанавливать опоры вблизи пешеходных переходов или за экранами, экономя полезное пространство. Нередко на мосту нужно обеспечить и освещение, и шумоизоляцию. Обычно в таких случаях опоры ставят либо за экранами, используя выносные фундаменты, либо перед экраном, но тогда «съедается» часть пешеходного перехода. Гораздо проще встроить опору в ряд экранов. За счет двухсекционной конструкции возможно использовать стандартный экран. А при необходимости с помощью разнонаправленных кронштейнов можно осветить и проезжую часть, и пешеходную.
Важное направление работы компании «АМИРА» — реконструкция исторического освещения. Для Дворцового, Литейного и Биржевого мостов в Петербурге была произведена реставрация светильников с заменой оптических блоков и установкой защитных стекол собственной разработки.
Группа компаний «АМИРА» продолжает внедрять инновации в освещение. В компании уверены, что это оборудование сделает дороги и мосты России безопаснее и красивее. Интересная и нужная работа — преобразовывать городской ландшафт с помощью современного освещения.
Создавая мосты
В России активно ведется строительство современных мостов-гигантов. Государственная поддержка и передовые технологии способствуют успешной реализации этих проектов.
За последние шесть лет в России ввели в эксплуатацию более 1,8 тыс. мостов и путепроводов в рамках национального проекта «Безопасные качественные дороги». В их числе — мосты-гиганты протяженностью более тысячи метров.
Напомним, самым длинным мостом в России и одним из крупнейших в Европе считается Крымский. Его протяженность составляет 19 км, был открыт в 2018 году. Это один из самых значимых проектов в сфере транспортной инфраструктуры России, обеспечивающий непрерывное сообщение между Крымом и остальной частью страны.
За последнее десятилетие были введены в эксплуатацию в России и другие мосты-гиганты, меньшие в сравнении с Крымским по протяженности, но также важные для развития региональной, федеральной и международной транспортной инфраструктуры. Так, в 2024 году были открыты мост через Волгу в обход Тольятти (общая протяженность 3750 м), мостовой переход в районе Уфы (2670 м), мост через Суру в Чувашии (2416 м), мост через Каму на обходе Нижнекамска на строящемся продолжении трассы М-12 «Восток» (1300 м) и др.
В рамках национального проекта «Безопасные качественные дороги» до 2030 года планируется построить более 100 мостов общей протяженностью более 40 км, включая и мосты-гиганты. Самым большим из них должен стать 12-километровый мост через Волгу на южном обходе Саратова, который станет вторым по протяженности после Крымского.
Государственный интерес
По словам главного инженера АО «Институт “Стройпроект”» (входит в ГК «Нацпроектстрой») Бориса Суровцева, рост числа знаковых объектов, в том числе больших мостов, напрямую связан с общим ростом инвестиций в дорожно-строительную отрасль, а именно: в крупные государственные проекты федеральных трасс и развитие ГЧП-договоров в регионах. За последние 25 лет в России реализовано огромное количество таких объектов. Выделить особые в определенной степени затруднительно. Но, конечно, это Крымский мост, мосты-гиганты на Дальнем Востоке. Интересные проекты – Живописный мост в Москве, Бугринский мост в Новосибирске.
«Как житель Санкт-Петербурга я не могу не отметить проект Западного скоростного диаметра. Совершенно уникальный проект и для своего времени, и в целом. Из реализуемых сейчас объектов особо выделяется мост через реку Лену в Якутии. Проект во всех смыслах выдающийся, мост с такими рекордными параметрами в настолько суровых условиях строительства, пожалуй, не имеет никаких даже приближенных мировых аналогов. И еще долгое время, полагаю, не будет их иметь», — считает эксперт.
Мосты-гиганты действительно сейчас активно строятся в России, подтверждает главный эксперт направления «Дороги и мосты» ГК «Нацпроектстрой» Сергей Минаев. Из построенных компаниями НПС за последние два года можно отметить мосты через Волгу около Казани на обходе Тольятти, через Каму на обходе Нижнекамска: «Чтобы построить мосты такого уровня, необходимо объединять ресурсы — как денежные, так и технические. Например, сейчас в Перми строится внеклассный железнодорожный мост через Каму. В этом задействованы ресурсы сразу четырех мостоотрядов компаний, входящих в НПС».
Директор по развитию ГК ПСК Рубен Чинарьян считает, что упор на строительство мостов-гигантов — это, безусловно, непосредственное решение высшего руководства страны. «Мы в ПСК хорошо помним, какое внимание Владимир Путин, а также Дмитрий Медведев уделяли строительству вантовых мостов во Владивостоке. С тех пор тренд на мосты-гиганты уже 15 лет идет только по нарастающей. Нам как производителю приятно, когда президент страны открывает вантовый мост через Оку в Муроме и слышит от строителей М-12 положительный отзыв о нашей скользящей опалубке. В целом незначимых мостов в стране не строится, это всегда очень продуманные проекты», — добавляет он.
Ускорить процесс
По мнению экспертов, ускорить реализацию проектов помогают новые технологии в проектировании и строительстве мостов, использование инновационных методов работ, принятие нестандартных решений.
Одно из главных достижений последних лет — это ускоренный рывок в развитии информационных систем, рассказывает Борис Суровцев. BIM-технологии прочно вошли и закрепились на всех этапах жизненного цикла сооружений, в том числе в мостостроении. «Также можно отметить, что постепенно в РФ начали разрабатываться стали повышенной прочности, в том числе отлажено производство высокопрочной проволоки, необходимой для вантовых систем. Большое развитие получили системы мониторинга, диагностики строительных конструкций. Развивается и заводское производство мостовых конструкций — как металлических, так и железобетонных. Надо понимать, что мосты относятся к очень сложным инженерным сооружениям как с точки зрения проектирования, так и строительства. Для реализации таких объектов требуется очень высокая квалификация специалистов».
Схожие выводы делает и Сергей Минаев. Принципиально новые технологии относятся, скорее, к теме проектирования — в первую BIM-технологии. Новшества непосредственно в строительстве есть, но, видимо, это развитие уже имеющихся технологий сварки и резки металла, контроля за состоянием сооружений, использования более современной и эффективной техники. «В частности, при строительстве мостов через Волгу применялось такое новшество, как плавучий бетонный завод. Он позволил вести непрерывное бетонирование русловых опор. Разработаны и применяются новые типы опускных ящиков и скользящей опалубки».
Внедрение новых технологий в массовое мостовое строительство, полагает Рубен Чинарьян, — это во многом бюрократический и организационный процесс, где много и долго необходимо взаимодействовать с профильными институтами. «Так, очень важный итог 2024 года — введение нового ГОСТ 34278-2024 по механическим муфтовым соединениям, которые все больше заменяют сварку. Похожие процессы происходят и в других отраслях строительства, например, в 2024 году вместе с Госкорпорацией “Росатом” мы доработали СТО СРО-С 60542960 00011-2024 ”Требования к механическим соединениям арматуры железобетонных конструкций при строительстве”».
В ходе реализации проектов довольно часто требуется внедрение новых производственных решений для достижения наилучших результатов, отмечает генеральный директор ООО «Мостмеханика» Григорий Яблочков. В частности, это произошло при строительстве моста через Суру. «Основной особенностью при выполнении работ было совместное с заказчиком БТС-Мост решение по изменению проектного решения по технологии надвижки пролетного строения моста суммарным весом 10 500 тон и длиной 930 метров. Выполнив анализ вспомогательных конструкций, нам удалось существенно сократить их объем за счет применения прядей из высокопрочного каната и тросовой гидравлической системы, при этом обеспечить достаточно высокие скорости движения не менее 15 м/час, в том числе в зимний период», — подчеркнул он.
Светотехнический расчет
После завершения строительства моста не менее важно обеспечить его качественную эксплуатацию. На ряде мостов-гигантов нашей страны установлены опоры освещения нашей компании, отмечает коммерческий директор АО «АМИРА» Андрей Ермаченков. В их числе — Президентский мост через Волгу в Ульяновске, Николаевский и Высокогорский мосты через Енисей в Красноярском крае, Красный Дракон через Иртыш в Ханты-Мансийске, мост через Кольский залив в Мурманске. На мостовых сооружениях, эстакадах и подъездных дорогах используются разные опоры — чаще обычные граненые конические силовые и несиловые. К примеру, для моста через Суру в Чувашии установлены 200 таких опор. Они удобны тем, что при относительно небольшом весе устойчивы к ветровым и климатическим нагрузкам; легки в монтаже; цинковое покрытие защищает изделие от коррозии, продлевая срок службы опоры и сохраняя ее внешний вид.
«Но не всегда на мостах используется именно это решение для освещения. Для Высокогорского моста через Енисей, например, выбрали граненые изогнутые опоры, продолжая линию подъездной дороги. Таким образом, сложился единый ансамбль, где ряд изогнутых, арочных опор плавно перетекает в конструкцию моста. В целом особых сложностей в области освещения мостов нет. В плане импортозамещения и нормативной базы все отрегулировано, много крупных российских производителей, способных сделать грамотный светотехнический расчет. Как правило, производственные мощности крупных производителей и квалификация их сотрудников позволяет воплотить в жизнь любые идеи проекта», — резюмирует он.
