Российская строительная мысль: от дома из снега до дешевых дорог из канистр

Российские ученые каждый месяц преподносят для строительной отрасли новые сюрпризы – создают новые устройства, материалы и технологии.

Создан отечественный 3D-сканер для строительной отрасли.

3D-сканер помещений и программное обеспечение для него разработали студенты политехнического вуза. Он позволит в 4 раза ускорить замеры объектов и станет бюджетным аналогом зарубежных устройств.

С помощью сканера можно создать 3D-модель помещения, на основе которой дизайнеры продумают нюансы планировки — подберут мебель, цветовую гамму, систему освещения и вентиляции. Прибор сканирует помещение за 15 минут.

Отличительная особенность разработки от российских аналогов — он вращается на 360 градусов вокруг своей оси, с ним не нужно ходить и сканировать помещение вручную. Достаточно установить прибор посреди комнаты, и он сам будет вращаться. Сканер позволяет быстро замерить все проемы в построенном здании — для окон и дверей.

Стоимость российского 3D-сканера будет составлять около 100 тысяч рублей, в то время как зарубежных приборов — от миллиона рублей.

В ПНИПУ разработали новый метод строительства из снега.

Для строительства прочных снежных стен новым способом ученые ПНИПУ применили собственную установку прессования снега. Она содержит корпус, образованный верхней и боковыми стенками. Две параллельные из боковых стенок двигаются навстречу друг другу с помощью винтовых шпилек, закрепленных в них. В фанерные стенки под металлический лист уложен греющий электрический кабель.

Политехники изготовили блок высотой 2,93 м с наклоном на 10 см. В течение 40 дней отслеживали увеличение этого наклона. Максимальное отклонение достигло 1,5 м, что в 2 раза больше основания. На сороковой день столб упал. Причиной тому стала оттепель — температура поднялась до +2 град. С.

Затем для отработки технологии прессования ученые ПНИПУ сформировали горизонтальный снегоблок с датчиками температуры внутри, которые подключены к регистратору. Испытания проводились на образцах в форме кубиков с ребром 100 мм. Средняя прочность на сжатие 28 образцов составила 7,4 МПа.

Выяснилось, что с помощью устройства для уплотнения снега можно возводить сооружения высотой до 3 м. Они могут иметь наклон, но со временем он будет увеличиваться. Оптимальное время нагрева и прессования горизонтальных блоков — не более 40 мин., время прессования вертикальных блоков — 20 мин. Прочность на сжатие снегоблоков можно сравнить с прочностью ячеистого автоклавного газобетона. Однако при оттепелях она снижается практически до нуля.

В условиях низких температур новым способом можно быстро возводить конструкции и постройки из снега. В Заполярье такое сооружение простоит 10 мес.

Разработана эффективная пленка для «умных» окон.

Ученые Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН разработали и испытали технологию производства прозрачных электродов для «умных» окон.

Российские исследователи первыми в мире разработали электроды на основе дигерманида кальция — они вырастили тонкие пленки этого материала, после чего перфорировали их с помощью лазера, доведя таким образом прозрачность электрода до 90%.

В результате электрод стал прозрачным уже в более широком диапазоне длин световых волн, от 400 до 7 тыс. нанометров, при этом обработка не оказала существенного влияния на его электрические характеристики.

Материал, как обнаружили ученые, лишен главного недостатка иных прозрачных соединений, часто используемых для создания прозрачных электродов, — он хорошо проводит электрический ток и при этом прозрачен для широкого диапазона электромагнитных волн.

Первые проверки работы этих электродов показали, что их интеграция в прототип фотодетектора на базе германия не только расширяет спектральный диапазон работы этого прибора, но и делает его на 85% более чувствительным, чем коммерческие аналоги. Это позволит усовершенствовать работу систем оптоволоконной связи, а также дает возможность интегрировать различные сенсоры и приборы в «умные» окна.

Запатентована инновационная технология, сокращающая сроки строительства.

Согласно разработкам группы «Самолет», сборно-монолитный каркас не уступает обычному монолиту по прочности и надежности. При этом монтаж готовых пилонов требует меньше времени и трудовых ресурсов, чем традиционная монолитная технология с армированием, установкой опалубки, заливкой бетона. Однако представленные ранее на рынке пилоны имели ограничения, препятствующие массовому распространению этого вида строительства. Так, толщина пилонов для многоэтажных зданий обычно составляла не менее 300 мм, широкие вертикальные несущие элементы «съедали» полезную площадь, внутри квартиры появлялись балки и выступы в стенах.

Девелопер получил патент на решение, которое позволит строить сборно-монолитные дома высотой до 75 м с ровными стенами без выступающих балок и «пятых углов», благодаря сокращенной толщине пилона.

Суть инновации заключается в использовании пилонов безригельного железобетонного каркаса, которые будут незаметны в стенах. Кроме того, конструкция пилона позволяет охватить сразу несколько межэтажных перекрытий, что исключает необходимость выполнения работ по стыковке пилонов на каждом этаже. Для упрощения монтажа конструкторы также оптимизировали способ крепления пилонов друг к другу.

По расчетам экспертов, внедрение новых технологий позволяет сократить сроки выполнения строительно-монтажных работ на 10-15%.

Научно-техническое сопровождение разработки новой технологии обеспечил НИУ МГСУ.

Создан отечественный «умный» комплекс для испытания противопожарных систем.

Ученые Передовой инженерной школы Томского политехнического университета (ПИШ ТПУ) создали экспериментальный бокс, в котором будут проходить испытания систем пожарной сигнализации и пожаротушения. Комплекс на основе нейросетей не имеет аналогов в мире.

Исследователи провели более 2 тыс. экспериментов по локализации и подавлению горения типичных строительных и отделочных материалов, твердых и жидких топлив, горючих и легковоспламеняющихся веществ, а также специализированных имитаторов пожароопасных порошков.

Были воспроизведены условия возгорания в наиболее распространенных ситуациях, а также ложное срабатывание систем пожаротушения.

Новый проект ориентирован на создание интеллектуальных систем пожарной и технологической безопасности, в основу которых заложены нейросетевые алгоритмы идентификации нештатных ситуаций на ранней стадии, прогнозирования последствий, выработки решений по ликвидации очагов потенциальных возгораний или других чрезвычайных ситуаций.

Срабатывание системы позволяет за меньшее время и с минимальными ресурсами предотвратить чрезвычайные ситуации и минимизировать их последствия.

Для обучения нейросети проводятся эксперименты в лаборатории, выполняются математическое моделирование, испытания на полноразмерных комплексах на вынесенных полигонах. Все данные передаются в единую экспериментальную базу.

Разработана система для распознавания дорожных знаков в реальном времени.

Новая система Пермского Политеха способна отслеживать дорожные знаки, используя цифровую камеру и данные навигационной системы.

Решение предоставляется в виде гаджета, доступного для отечественных автомобилей, в то время как зарубежные аналоги встраиваются в автомобили бизнес-класса.

Разработанный алгоритм создан с применением современных методов компьютерного зрения и машинного обучения, написан на языке Python, имеет размер всего 0,1 Мбайт, базируется на библиотеках OpenCV, Yolo и PyTorch.

Система способна работать независимо от интернета и GPS, что обеспечивает ее стабильную работу в различных условиях, а значит, поможет снизить риск ДТП.

В ПНИПУ выяснили, как строить автодороги дешевле и надежнее.

Для строительства автомобильных дорог нужны большие объемы щебня разных свойств и фракций. Ученые ПНИПУ разработали более эффективный состав и технологию пропитки дорожного материала раствором лигносульфоната. Это сделает строительство дорог более качественным и дешевым.

Щебень — универсальный строительный материал, который активно применяется в дорожном строительстве. Чтобы его «укрепить», необходимо пропитать его в водном растворе лигносульфоната. Однако чтобы он сработал, необходимо соблюдать точную дозировку и контроль изготовления раствора.

В исследовании пермские политехники использовали щебень фракции 20-40 мм, который применяется для строительства дорог, и сухой лигносульфонат из ели и пихты. Пропитку ученые проводили при температуре 20 и 60 град. С в течение 6 ч. Раствор приготовили в соотношении «лигносульфонат — вода» 1:7. После его введения щебень высушили при температуре 105 град. С. Затем рассмотрели основные показатели полученного камня — прочность, истираемость, водопоглощение.

Результаты испытаний показали, что пропитка работает хорошо, а повышение температуры раствора позволяет добиться большего эффекта. При нагреве снижается вязкость лигносульфоната, и он может попасть в более мелкие дефекты структуры щебня. Увеличение температуры способствует раскрытию трещин, что позволяет их частично заполнить и склеить.

Создано и запатентовано дорожное покрытие из канистр для моторного масла.

Ученые ПНИПУ предложили усовершенствовать состав асфальтобетона и добавить в него измельченные канистры от моторного масла, чего раньше никто не делал. Этот способ позволит получить более экологичный и стойкий к механическим воздействиям материал.

Исследователи взяли измельченные емкости по 1, 4, 10 и 30 литров и моторное масло, широко применяемое в техническом сервисе автомобилей. Его остаточное содержание в таре составило 8%.

Разработчики использовали песок и щебень нужных фракций, а также размельченную тару из-под моторного масла и битум. В результате тестов выяснилось, что моторное масло ускоряет процесс равномерного распределения измельченных отходов полиэтилена в смеси при перемешивании.

Затем ученые изучили новый состав при разных температурах, узнали его способность выдерживать давление и способность сопротивляться водному разрушению. Так они установили, что оптимальное содержание измельченной тары находится в пределах от 4 до 18%, для битума — от 5,5 до 5,8%.

Форма частиц используемой тары и шероховатая поверхность позволяют ей работать в качестве армирующего элемента. Это снижает потребление вяжущих компонентов и увеличивает срок службы асфальтобетона. Готовые образцы испытали на соответствие требованиям ГОСТ и определили, что асфальтобетон с тарой и моторным маслом не токсичен и отвечает всем требованиям.

У такого состава снижается образование трещин при низких температурах эксплуатации и повышается устойчивость к деформациям от нагрузок автотранспорта при высоких температурах.

В МТУСИ учат ИИ распознавать и сортировать бытовой мусор.

Основная задача ИИ — это разделение предварительно подготовленного объема мусора на перерабатываемые и неперерабатываемые отходы. И это достаточно сложная для автоматизации задача, так как бумажный стаканчик для кофе, например, может быть покрыт тонким слоем пластика, что автоматически исключает его из перерабатываемых отходов.

Для решения задачи в МТУСИ предложили нейронную сеть, настроенную на распознавание бытового мусора. Для дообучения нейросети был использован сборный датасет с изображениями.

Набор содержит 2527 изображений основных категорий бытовых отходов: стекла, металла, пластика, картона, бумаги и нескольких видов несортируемых отходов. Нейросеть базируется на архитектуре ResNet34, содержит 34 сверочных слоя.

В результате точность классификации объектов составила 92,12%, что можно объяснить удачной структурой нейронной сети и ее предварительным обучением. При этом результаты работы всегда можно улучшить, повысив качество изображений в обучающем наборе и их количество.

Созданы экологичные и безотходные технологии для обработки металла.

Ученые Саратовского государственного технического университета имени Гагарина (СГТУ) создали технологии и оборудование для обработки металла, преимущества которых — высокая экологическая безопасность и безотходность производства.

Они создали несколько видов специальных технологий и универсального оборудования для получения защитно-декоративных покрытий и обработки металла. Речь идет о печах диффузионного цинкования, термообработки, оксидирования и полимеризации, а также об электропечах для закалки.

Новые технологии позволят заместить несовершенные импортные аналоги и улучшить условия труда на производствах. Безопасность эксплуатации установок подтверждена санитарно-эпидемиологическими заключениями.

Разработана технология получения добавок для алюминиевых сплавов.

Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) разработали технологию получения добавки (модификатора), улучшающую качества алюминиевых сплавов. Она предполагает использование металлического титанового сырья, которое позволяет снижать стоимость изготовления модификатора и нагрузку на окружающую среду.

Существующие зарубежные технологии предполагают получение таких добавок с использование дорогостоящих фторидов — солей калия, при использовании которых происходят выбросы фтора.

Получаемый российский модификатор не уступает по своим качествам зарубежным аналогам и также увеличивает прочность и долговечность сплавов.

Эвелина Ларсон

Фото: https://promfort.com/, https://vesdom.su/

Этот материал опубликован в январско-февральском 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_03_2024_pc.pdf