Как наука помогает строительной отрасли - кейс НИУ МГСУ

Преподаватель НИУ МГСУ, заведующая лабораторией кафедры строительного материаловедения Виктория Швецова рассказала газете «Московская перспектива» о своем исследовании, которое позволит продлить строительный сезон, работая в холодное время года с бетоном на открытом воздухе, не прибегая при этом к не самым эффективным и дешевым технологиям по подогреву бетонных смесей при минусовых температурах.

Еще в детстве маленькую Викторию возмутила вселенская несправедливость: девочке не понравилось, что у мамы на кухне есть водопровод, смеситель и раковина, а в ее комнате, где нужно мыть кукольную посуду, столь нужной опции нет. Ребенок решил исправить этот недостаток. Пластиковый контейнер юный конструктор прикрепила скотчем к стене, получилась раковина. Водопроводные трубы смонтировала из коктейльных трубочек. Глядя на это, папа и дедушка, бывшие безоговорочными авторитетами для девочки, удовлетворенно кивнули: «династии быть». Мужчины семьи, по словам девушки, «занимались настоящим делом» – работали инженерами. И в выборе профессии Виктория ориентировалась именно на них. А пока подрастала, не упускала случая заглянуть в их ящик с инструментами.

В МГСУ девушка поступила с первой попытки, выбранная специализация – «строительные материалы и изделия». В лаборатории, куда Виктория пришла на третьем курсе, она была первой девушкой, зачисленной в штат. Остальные коллеги – мужчины. Изначально предполагалось, что студентка будет заниматься бумажной работой. Но очень быстро девушка разобралась «как тут все работает». В кафедральной лаборатории есть гидравлические прессы, автоматическая камера, виброплощадка, встряхивающий столик, смесители разных объемов, набор сит, сушильный шкаф – со всем этим юная студентка освоилась довольно быстро.

«В лабораторию я шла, движимая практическим интересом. Хорошо, что там никто не запрещал и не говорил «отойди», – улыбается специалист. 

Тему диссертационной работы предложил научный руководитель лаборатории – доцент, кандидат технических наук Вадим Геннадьевич Соловьев. 

«У научного руководителя много наработок в этом плане. Тема очень актуальна для крупных застройщиков, для которых не столько важна стоимость, сколько качество работ и скорость. Сейчас я активно работаю над разработкой состава, который позволит создавать растворные смеси, твердеющие при отрицательных температурах. Строительный сезон даже в центральных районах России короткий, чуть больше семи месяцев. На севере или востоке – 5–7 месяцев. А в Якутии так и вовсе четыре месяца, там эта проблема максимально актуальна», – поясняет аспирантка. 

Бетон, твердеющий при отрицательных температурах, позволит ускорить темпы строительства и улучшить качество возводимых зданий.

Сейчас с наступлением холодов на стройке используют технологии, позволяющие обеспечить качественное зимнее бетонирование. Например, «метод термоса», когда бетонируемая конструкция временно утепляется внешне – устраивается дополнительная теплоизоляция из экструдированного пенополистирола или минеральной ваты. Это позволяет бетонной смеси не так быстро остывать, у нее есть буфер времени, за которое она успевает набрать прочность. Иногда оборудуют «тепляки», когда возводимый этаж накрывается тентом и устанавливаются тепловые пушки. Бывает, что в толщу бетона закладываются греющие провода, остающиеся потом в конструкции. Популярны и греющие маты, которые укладываются с внешней стороны конструкции.

«Это довольно эффективные методики, – признает Виктория. – Но они неизменно влекут затраты на материалы и электроэнергию, эти расходы потом сказываются на цене квартиры. Еще это требует привлечения людских ресурсов. Важно провести работы грамотно. Самые типичные ошибки: перебивают при монтаже греющий провод, для «метода термоса» могут неверно рассчитать толщину слоя утеплителя».

Сейчас молодой ученый и ее руководитель работают в условиях лаборатории. Цель Виктории Швецовой – разработать состав сухой строительной смеси, способной при затворении водой набирать прочность при температурах окружающей среды до минус 25 градусов. Сухая строительная смесь – это набор необходимых компонентов (вяжущих, наполнителей, заполнителей, добавок), изготовленных на заводе. Непосредственно на строительной площадке от рабочих требуется добавить нужное количество воды, указанное производителем на упаковке, перемешать и получить раствор, готовый к применению. Для этого необходимо подобрать добавки, которые обеспечат высокий саморазогрев бетонной смеси и ускорят набор прочности бетона. Такой подход снизит влияние человеческого фактора на качество бетонной смеси. Сухую строительную смесь можно использовать для точечной заливки, например, различных узлов при осуществлении технологии сборно-монолитного домостроения. Бетонная смесь, способная твердеть при низких отрицательных температурах, увеличит продолжительность строительного сезона и ускорит темпы возведения крупных многоэтажных жилых домов. Апробацию полученных результатов планируют проводить на реальной строительной площадке.

В этом году проект Виктории выиграл два гранта: внутренний грант НИУ МГСУ для поддержки аспирантов в рамках программы «Приоритет-2030» и грант «УМНИК-2022». Оба гранта предполагают вполне приличное финансирование – средства можно потратить на покупку материалов, оплату работы сотрудников.

«Строительное материаловедение – наукоемкая специализация. Для установления связи «состав, структура, свойства» необходимо изучение структуры полученных образцов при помощи электронного микроскопа, рентгеновского дифрактометра, дериватографа. Для этого требуется специализированное оборудование, которое есть в крупных профильных лабораториях. Наша лаборатория довольно неплохо оснащена, но грантовые средства, а каждый победитель «УМНИКА-2022» получил по полмиллиона рублей, позволили мне провести нужные эксперименты в максимально оснащенных для этих целей лабораториях», – рассказывает Виктория.

Всех деталей исследования молодой ученый пока не раскрывает – результаты работы еще предстоит защитить получением патента. По плану исследования в рамках научной квалификационной работы «Самоуплотняющийся бетон, способный твердеть при отрицательных температурах» должны быть завершены в течение двух ближайших лет.