Бетон бывает с нанотрубками, а зимники – с цифровым мониторингом

И снова «копилка» строительной отрасли пополнилась новыми материалами и технологиями.

Создан строительный материал из отходов ТЭЦ.

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Кольского научного центра РАН разработали технологию получения пригодного для строительства материала из отходов тепловых электростанций.

В последнее время ведутся работы над использованием золошлаковых отходов энергетики для синтеза геополимеров — для этого золу смешивают со щелочным агентом, однако не все типы отходов дают материалы необходимого качества.

Российские ученые предложили решить эту проблему при помощи добавления распространенного в природе карбоната кальция и одновременной механической обработки этой смеси в специальной мельнице. Полученный геополимер можно использовать в строительстве как альтернативу цементу и бетону или как основу для огнеупоров.

Ученые улучшают свойства бетонов с помощью импортозамещающих нанотрубок.

Ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН» при поддержке Российского научного фонда и правительства Новосибирской области разрабатывают научные основы для технологии получения бетонов, характеристики которых улучшены за счет добавления углеродных нанотрубок.

Бетон по своей структуре — композитный материал, который состоит из щебня, песка, цемента и воды. Многостенные углеродные нанотрубки создают в его структуре дополнительные центры кристаллизации гидросиликатов кальция, за счет чего уменьшаются размеры кристаллитов и пор в структуре бетона и увеличивается его механическая прочность, тормозится образование трещин.

Ученые предлагают использовать для улучшения бетонов многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ), которые производятся по технологии, ориентированной на промышленный уровень. В рамках проекта авторы планируют синтезировать углеродные наноматериалы, подготовить их суспензии и исследовать влияющие на прочность характеристики: отношение длины к диаметру и функциональный состав поверхности МУНТ, концентрацию и ее влияние на стабильность суспензий. Затем специалисты проведут скрининг и протестируют суспензии на разных марках бетонов. После отбора наиболее эффективные составы передадут промышленным партнерам для определения, чтобы те определили возможность их масштабирования.

Также специалисты Института совместно с Новосибирским государственным университетом разрабатывают способ промышленного производства МУНТ, на основе которого планируется создать малотоннажную установку. Отличие проекта в том, что для модификации бетонов предлагается использовать нанотрубки, синтезированные по приближенной к промышленному уровню технологии.

Создана смесь, из которой можно строить малоэтажные дома.

Ученые Тверского государственного технического университета (ТвГТУ) создали смесь, которая при разведении водой увеличивается в объеме в 1,5-2 раза и превращается в ячеистый бетон. Его можно заливать в монолитные конструкции и возводить малоэтажные дома.

Сухая смесь включает в себя 5-6 компонентов. Новый строительный материал успешно прошел все лабораторные испытания. Заливку конструкций инновационным бетоном можно проводить только при положительных температурах, т.к. при минусовых температурах не будет проходить процесс твердения.

Сибирские ученые разработали способ переработки старого бетона.

Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ), Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (НГАСУ) и Тувинского института комплексного освоения природных ресурсов СО РАН разработали способ повторного использования цементно-песчаного камня из разрушенных бетонных и железобетонных конструкций.

Ученые предложили экономичную технологию переработки крошки цементно-песчаного камня в активную коллоидную добавку посредством механохимической активации в слабощелочном водном растворе. В рамках этой технологии не требуется специально разработанное оборудование.

Расход гидроксида натрия составляет около 0,4-1,2 кг на тонну утилизируемого цементно-песчаного камня. В результате удается заместить до 30% цемента на активную коллоидную добавку во вновь получаемых бетонных составах без потери их прочности.

В отличие от имеющихся подходов, в которых используются концентрированные щелочи для растворения частиц цементно-песчаного камня и его превращения в гель, разработанный учеными способ подразумевает лишь химическую модификацию поверхности его частиц с целью увеличения их адгезии (сцепления) к зернам заполнителя и минералам гидратирующегося цемента в бетонных смесях.

За счет снижения общего содержания натрия удается сдержать кремнеземную реакцию и тем самым деградацию цементно-песчаного камня: технология увеличивает содержание натрия всего на 0,001-0,002%.

Разработанная активная коллоидная добавка предназначена для экономии цемента в товарных бетонных смесях и кладочных растворах, используемых для разнообразных строительных нужд.

Найден способ повысить прочность режущих материалов — сверл, дрелей и прочих.

Ученых физико-технического факультета Томского государственного университета и Института физики прочности и материаловедения СО РАН описали в статье подбор, применение и апробирование стабилизирующих добавок для металлокерамической смеси на основе карбида вольфрама.

Ученые исследовали структуру и свойства нанопорошковых композитов WC-Fe-Ni-Co для использования в аддитивных технологиях производства.

Научная группа разрабатывала металлокерамический материал на основе карбида вольфрама, в котором присутствуют стабилизирующие добавки, и апробировали его в 3D-печати. В ходе исследования ученые подбирали стабилизирующие добавки, которые обеспечивают конечные свойства смеси. Эксперименты показали, что введение в карбид вольфрама около 0,5% стабилизирующих добавок позволяет повысить ее прочность в 1,5 раза.

Были изучены оксидные, карбидные добавки. В итоге наиболее подходящим для всей системы стал оксид иттрия. Были созданы экспериментальные образцы, в которых достигнуты необходимые свойства.

Разработан метод диагностики гидравлических систем грузовых машин, применяемых на строительных площадках.

У таких автомобилей есть бортовая платформа для погрузочно-разгрузочных работ. Основной элемент системы — гидроцилиндр подъема кузова. Важно вовремя проводить его диагностику, чтобы избежать аварий и простоев.

Ученые ПНИПУ разработали собственный аппаратно-диагностический комплекс для определения технического состояния гидроцилиндра. Метод выявляет не только текущее состояние, но и срок службы гидравлической системы, что отличает его от мировых аналогов. Теперь механики могут проводить диагностику на месте, не перегоняя самосвалы на ремонтную базу.

Метод диагностики заключается в использовании эффекта «гидроподпора». На элементы гидроцилиндра создается нагрузка, а затем анализируется отклик на нее. Он выражается в том, как быстро растет давление в напорной магистрали. Пермские политехники предположили, что состояние элементов гидроцилиндра будет влиять на скорость увеличения давления при резком изменении нагрузки. Это происходит из-за перетока рабочей жидкости из поршневой полости в штоковую и обратно за счет инерции.

Диагностику грузовой машины прямо на месте может провести не только специалист, но и механик. Используя датчик давления, он подключает преобразователь сигнала и ноутбук к гидросистеме. Компьютерная программа анализирует сигнал, переводит его в цифровой и в результате выдает график зависимости давления от времени. Так возможно быстро оценить техническое состояние гидроцилиндра, не перемещая рабочие автомобили на ремонтную базу.

В ПНИПУ сделают точнее оптоволоконные датчики для мониторинга зданий и мостов.

Для безопасности, экономии ресурсов и улучшения производительности необходим постоянный мониторинг состояния зданий, мостов и рабочих механизмов конструкций. Для этого используют различные датчики, а в последнее время активно развивается направление, в котором оптоволокно применяют в качестве линии передачи данных и чувствительного элемента — части датчика, которая преобразует информацию извне в электрические сигналы.

Ученые Пермского Политеха выяснили, как сделать более тонкое покрытие оптоволокна, чтобы минимизировать габариты изделий и при этом сохранить качественную защиту от внешних агрессивных условий.

Они провели исследования в 2 этапа. На первом изучили поведение стекла во время технического процесса. Этот материал — аморфный, т.е. не имеет явного перехода из твердого состояния в жидкое. Политехники предлагают рассчитывать изменение материала с учетом вязкоупругих свойств, что точнее и максимально приближенно к настоящему производству.

На втором этапе исследования оценили рабочие характеристики оптоволокна при двухслойном и однослойном полимерном защитном покрытии и разных вариантах его геометрии.

Результаты исследования показали, что при двух слоях с уменьшением общей толщины покрытия возникают проблемы — нижний слой начинает давить на стекло, что в итоге может приводить к сбоям передачи информации. В однослойном полимерном покрытии волокно не теряет свою пропускную способность, при этом покрытие позволяет защитить изделие от внешних воздействий. Такой вариант показал свою эффективность.

Ученые определили, что переход к однослойным защитным полимерным покрытиям — это эффективный способ уменьшить размеры оптоволокна без потери его качества. Минимизация толщины повысит надежность и экономичность различных датчиков.

Запатентована первая в России технология цифрового мониторинга зимников.

Система оценивает состояние сезонных автодорог в онлайн-режиме, благодаря чему удается быстро восстанавливать снежные трассы, по которым промысловики доставляют грузы на дальние месторождения.

Большинство месторождений Сибири и Крайнего Севера находятся на значительном удалении от промышленных баз. Зимники строят так: намечают грейдером трассу, уплотняют снежный покров и заливают водой. Затем дорогу выравнивают и наращивают ее толщину. Получается ­слоеная снежно-ледяная магистраль, выдерживающая большие нагрузки. Но если она проходит через промерзшие болота и скованные льдом реки, требования к ее надежности и безопасности возрастают.

Так, Восточно-Мессояхское мес­торождение на Ямале связывает с большой землей зимник протяженностью 142 км, по которому ходит тяжелая техника. На строительстве этой дороги грузоподъемностью 30 тонн и пропускной способностью 150 машин в сутки заняты свыше 120 единиц техники и 220 человек из трех подрядных предприятий. На газпромовских месторождениях ХМАО-Югры дорожники строят за сезон более 350 км снежно-ледовых трасс. А в Томской области нефтяники используют зимники, пролегающие среди болот и тайги.

Цифровая система видеоаналитики от петербургских ученых позволяет контролировать зимники в режиме реального времени. Видеокамеры и радары, которые ставят на большегрузы, оценивают состояние трассы и ведут лазерное сканирование дорожных знаков, маячков и вешек. Технология цифрового зрения, получившая свидетельство Роспатента, анализирует эти данные, сравнивая их с цифровой моделью трассы. И если на дороге выявляются ямы, выбоины и колеи, эти сведения поступают диспетчеру, который оперативно принимает меры для их устранения.

Новая цифровая система, помогающая минимизировать риски и повысить безопасность перевозок, апробирована на месторождениях Ямала. Скоро она будет внедрена на 5 предприятиях компании, работающих в Сибири. Также ее можно использовать и для мониторинга состояния дорог общего пользования.

Новую технологию сохранения дорог внедряют в Ямало-Ненецком автономном округе.

Метод проходит апробацию на участке дороги Лабытнанги — Харп, где зафиксированы грунты в талом виде, — там установили 54 термостабилизатора. Это поможет поддержать почву в мерзлом состоянии, что необходимо при строительстве или ремонте автодорог в условиях Крайнего Севера.

Установленные сезонно-охлаждающие устройства призваны проморозить и сохранять грунты оснований в мерзлом состоянии многие годы. С наступлением холодов устройства включаются, чтобы продолжать процесс промораживания.

Инженерно-геологические изыскания выявили, что грунты на этом участке находятся в талом виде и имеют среднюю степень влажности. Для круглогодичного наблюдения за температурой грунта дополнительно пробурили 5 скважин глубиной 10 м.

Галина Крупен

Фото выбраны произвольно

Этот материал опубликован в апрельском номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать по ссылке: https://www.ancb.ru/files/pdf/pc/Otraslevoy_zhurnal_Stroitelstvo_-_2024_god_04_2024_pc.pdf