Сваи – для вечной мерзлоты, бактерии – для домов на Марсе

Разработан метод выявления влаги в мостах до появления деформаций.

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) и Российского дорожного научно-исследовательского института (РОСДОРНИИ) усовершенствовали существующую технологию, создав специальное программное обеспечение, которое выявляет скопление влаги на ранней стадии, до появления видимых деформаций.

Суть технологии заключается в частотном анализе данных - математическом методе, который работает подобно музыкальному слуху. Программа анализирует не просто громкость отраженного сигнала, а его «тембр» (уникальную окраску звука). Поскольку влажная среда поглощает высокие частоты, делая сигнал более «глухим», это позволяет находить скрытые скопления воды, невидимые на стандартных радарограммах.

Система работает по четкому алгоритму. Сначала георадар собирает данные, сканируя самые уязвимые места - границы между слоями дороги на пяти глубинах, от нижней части асфальта (от 6 до 9 см) до основания конструкции (от 18 до 21 см). Затем информация автоматически загружается в программу, где применяется ключевое правило: если «звонкий» сигнал 1200 мегагерц возвращается «оглушенным» на 400 мегагерц и ниже - это точный признак воды.

Программа автоматически анализирует физические свойства материалов на разных глубинах и выявляет малейшие изменения влажности по объективным частотным характеристикам сигнала. Дальше результаты визуализируются в виде цветных спектральных карт, где красные области показывают сухие участки, а синие и фиолетовые зоны указывают на скопление влаги. Это позволяет проводить поточечное сканирование всей конструкции и выдавать готовый «диагноз» с точными координатами проблемных мест.

В СПбПУ создали «умные» стеклопластиковые сваи для строительства на вечной мерзлоте.

Новая методика возведения фундаментов специально разработана для суровых условий Арктического региона и Крайнего Севера. Применение свай из стеклопластика гарантирует устойчивость строительных объектов на территориях с вечной мерзлотой.

По словам инженеров, удалось не просто создать более легкую и прочную сваю, а сформировать целостную технологию - от виртуального проектирования до стендовых испытаний, адаптированную под экстремальные условия Арктики.

В результате строительство на вечной мерзлоте становится более надежным, экономически оправданным: снижение общих затрат на возведение фундаментов в многолетнемерзлых грунтах до 10%.

Стеклопластиковая буроопускная свая произведена с применением уникальной технологии изготовления, включающей особый способ намотки армирующих волокон. За счет этого вес сваи снизился более чем на 6%, а потребление материалов уменьшилось на 5%. При этом несущая способность такой конструкции стала выше, чем у стандартных аналогов.

Адаптивная цифровая система способна предсказывать, как сваи взаимодействуют с многолетнемерзлыми грунтами: точность прогнозирования достигает 95%.

Увеличенная надежность фундаментов минимизирует вероятность аварий и дорогостоящих восстановительных работ, обеспечивая долговременную стабильность инфраструктурных объектов.

Белорусские инженеры нашли способ ускорить возведение промежуточных опор эстакад.

Для транспортной эстакады комплекса uST используются особые конструкции подкрановых композитных элементов. Инженеры используют решения, адаптированные под высокую скорость строительства, демонстрирующие долговечность и универсальность. Чтобы оптимизировать процесс установки рельсо-струнных магистралей, белорусские инженеры разработали специализированный фундамент для промежуточных опор эстакад uST.

Вместо традиционного плитного фундамента инженеры используют сборные железобетонные забивные сваи со стальным оголовком. Такая конструкция позволяет значительно ускорить возведение опорных фундаментов, предполагая отсутствие опалубки, минимальную подготовку котлована, исключение длительного ожидания набора прочности бетона.

Предлагаемый фундамент базируется на сваях по серии Б1.011.1-2.08 с металлическим оголовком. Металлический оголовок в форме трубы решает сразу несколько задач: корректирует возможную неровность забивки сваи, предотвращает отрицательное трение грунта при морозных пучениях и выполняет роль противоударной защиты. После установки оголовка внутрь сваи заливается мелкозернистый бетон, а стойка промежуточной опоры соединяется с ней через фланцевый стык.

Расчет для конкретного случая с высотой опор около 15 м и шагом 250 м при массе транспортного средства около 3 тонн показал, что напряжения в оголовке и в стальном фланце остаются ниже допустимых для стали марки С355. Значит, несущая способность сваи и грунтового основания обеспечена.

Существенной переменной во время строительства служит анализ горизонтальных перемещений свай на различных типах грунта. Система обеспечивает достаточную жесткость и устойчивость всей конструкции - горизонтальные сдвиги находятся в пределах допустимых для сооружений такого типа.

Белорусские инженеры разработали методы, которые помогают бетону не трескаться.

Бетон «чувствует» внутренние процессы - отслеживает температуру, влажность и напряжение в реальном времени. В результате бетон сохраняет целостность при перепадах температуры и динамических нагрузках. Эти разработки легли в основу совершенствования опор рельсо-струнного комплекса uST.

Одним из ключевых компонентов стала замена традиционного портландцемента на шлакопортландцемент, что позволяет снизить риск температурных напряжений и появления трещин в массивных железобетонных конструкциях. Использование шлакопортландцемента обеспечивает стабильность температурного поля бетона при гидратации, снижая вероятность неравномерного расширения и усадки материала. Это особенно важно для крупногабаритных опор, работающих под воздействием растягивающих и динамических нагрузок.

Шлакопортландцемент проявляет лучшую устойчивость к агрессивным химическим средам, благодаря чему конструкции сохраняют свои эксплуатационные свойства даже в условиях сильной влажности или контакта с минерализованными водами. Такие характеристики делают его оптимальным выбором для применения в транспортно-инфраструктурных комплексах, работающих в широком диапазоне климатических условий.

Для армирования таких конструкций предпочтительно сочетание стальной арматуры с дисперсным армированием углеродной фиброй. Это решение нивелирует различие в коэффициентах теплового расширения материалов, обеспечивает равномерное распределение усилий и препятствует образованию микротрещин.

В результате конструкции получают повышенную термическую трещиностойкость и устойчивость к повторным механическим воздействиям.

Бактерии помогут построить дома на Марсе из пыли.

Ученые представили концепцию, в которой строить дома на Красной планете поможет местный грунт. Ключевую роль в этом процессе сыграют микроорганизмы, производящие биоцемент.

Анализ химического состава марсианского реголита показал: для биоцементации лучше всего подходит кальций. На Марсе его меньше, чем на Земле, но достаточно, если наладить извлечение из местных базальтов.

Наиболее перспективные биологические механизмы: уреолиз с помощью бактерии Sporosarcina pasteurii, расщепляющей мочевину, источником которой могут стать отходы экипажа, и фотосинтез цианобактерии Chroococcidiopsis, потребляющей атмосферный CO₂.

Ученые предлагают использовать эти микроорганизмы вместе. Строительный процесс предлагают полностью автоматизировать. Роботизированные системы с многоосевыми манипуляторами и специальными экструдерами смогут смешивать реголит, бактериальные культуры и питательные растворы, послойно печатая сложные конструкции - купола или стены - прямо на марсианской поверхности. Эта технология может стать не просто способом строительства, но и частью замкнутого цикла жизнеобеспечения. Побочные продукты процесса - кислород от фотосинтеза и аммиак от уреолиза - можно будет использовать для дыхания и в качестве удобрения для марсианских теплиц.

В Америке создан суперпрочный материал из дерева.

Компания InventWood выпустила строительный материал под названием «супердревесина», который способен конкурировать со сталью.

Материал изготавливают путем кипячения и горячего прессования древесины, в процессе которых разрушается ее пористая структура и повышается плотность. Древесину кипятят в смеси воды и пищевой добавки. Весь процесс производства занимает несколько часов.

Материал в 20 раз прочнее обычной древесины, в 10 раз устойчивее к вмятинам, непроницаем для грибков и насекомых, имеет наивысший уровень огнеупорности.

Может использоваться для любых видов строительных работ, в том числе возведения многоэтажных зданий с повышенной сейсмостойкостью и упрощенным монтажом, а также заменить собой металлический крепеж в мебели и других изделиях.

Эвелина Ларсон

Фото: https://shedevrum.ai, https://www.coindesk.com, https://www.gazprom.ru

Этот материал опубликован в декабрьском номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать по ссылке: