Композиты на этапе эволюции: российские ученые работают над продлением жизни… стройматериалов

Валерий Лесовик напомнил, что 90% своей жизни мы проводим в окружении строительных материалов, поэтому правильный выбор композитов для строительства зданий и сооружений во многом определяет качество жизни человека. Помочь сделать такой выбор может трансдисциплинарность — способ расширения научного мировоззрения, заключающийся в рассмотрении того или иного явления вне рамок какой-либо одной научной дисциплины. Докладчик подчеркнул, что трансдисциплинарные исследования основываются на широкомасштабном использовании и переносе знаний, закономерностей, познавательных схем из одних дисциплин в другие с получением так называемых эмерджентных свойств, то есть таких свойств, которыми не обладают отдельные звенья (дисциплины), но они являются следствием эффекта целостности системы. Геоника (геомиметика) представляет собой новое трансдисциплинарное научное направление, являющееся фундаментальной основой проектирования композитов, предназначенных для формирования комфортной среды обитания человека с использованием новых видов сырья.

Ученый рассказал о техногенном метасоматозе — стадии в эволюции строительных материалов, характеризующейся приспособлением композита к условиям, изменяющимся при эксплуатации зданий и сооружений. Большое место в его презентации было уделено закону сродства структур для анизотропных материалов, подразумевающему проектирование слоистых композитов и ремонтных систем на нано-, микро- и макроуровнях, аналогичных базовой матрице, что приводит к существенному повышению адгезии и долговечности материалов. Например, использование положений закона сродства структур позволило увеличить адгезию реставрационных, кладочных и ремонтных смесей в 2,8 раза.

Не менее важно использовать и закон подобия, согласно которому прочность и долговечность композитов определяются близостью физико-механических и химических характеристик их компонентов, что позволяет получить близкие коэффициенты теплового расширения и деформативных характеристик. Использование этого закона позволяет проектировать тяжелые бетоны прочностью при сжатии более 200 МПа.

Удачный пример использования углепластиковых композитных материалов для усиления железобетонных конструкций привел в своем докладе на конференции аспирант НИУ МГСУ Пётр Воронков. В его презентации отмечалось, что при усилении эксплуатируемых железобетонных конструкций зданий и сооружений необходимо обеспечить механическую безопасность и надежность конструктивных систем. Одним из оптимальных методов усиления является применение композиционных материалов на основе углеродного волокна, отличающегося повышенной прочностью в сочетании с малым весом и упрощенной технологией монтажа. В то же время для эффективного использования системы усиления требуется обеспечить ее совместную работу с основным бетоном конструкции. Одним из методов решения этой задачи является применение композиционных анкерных жгутов, обеспечивающих восприятие расчетных усилий.

Пётр Воронков подробно рассказал о применении анкерных жгутов в составе системы внешнего армирования железобетонных конструкций углеродными материалами. Анкерный жгут изготавливается по технологии вязального плетения из высокопрочных углеродных нитей и успешно используется как конструктивный или анкерный элемент при усилении и ремонте различных конструктивных элементов. В докладе также отмечалась актуальная проблема применения анкерных жгутов, состоящая в отсутствии единых методических положений их расчета и проектирования в составе системы внешнего армирования углеродными материалами.

Тем временем новые материалы и методы широко используются в реконструкции и проектировании зданий и сооружений. Несколько докладов на эту тему сделали сотрудники АО «КТБ Железобетон». Андрей Шевченко рассказал о необходимом числе проб и образцов при обследовании конструкций, Артём Бурков — о проблемах приемочного контроля прочности бетона конструкций при строительстве уникальных объектов, Родион Ланцов — о влиянии коррозии на изменение внутренних усилий в железобетонных конструкциях. С итоговым докладом выступил заслуженный строитель РФ, лауреат правительственной премии, доктор технических наук Алексей Давидюк.

Отвечая на вопрос корреспондента «Стройгазеты» о новых композиционных материалах для реконструкции и строительства зданий и сооружений, Алексей Давидюк сообщил, что в ГК КТБ разработаны ультралегкие бетоны пониженной плотности на основе пеностеклогранулятов, представляющих собой ультралегкий заполнитель с повышенной прочностью и пониженным водопоглощением. Свойства пеностеклогранулятов реализуются в минеральном композите — ультралегком бетоне, плотность которого составляет 600 килограммов на кубический метр, и при этом он обладает повышенной прочностью. В ГК КТБ проведены испытания нового бетона, в том числе натурные.