Бетонная наука

Бетонная наука

Не так давно на базе кафедр Столичного муниципального строительного института (МГСУ) сформировали Научно-образовательный центр (НОЦ) по нанотехнологиям. Корреспондент STRF.ru поговорил с его научным управляющим Юрием Баженовым.

Юрий Михайлович, для чего в МГСУ появился нанотехнологический НОЦ, какие он будет решать задачки?

— Нанотехнологиями в строительстве в нашем институте мы увлечены, фактически, издавна, причём по самым различным фронтам. Центр образовался не в безвоздушном пространстве, он базируется на кафедрах, на научно-испытательном центре коллективного использования, на базовых исследовательских работах, которые мы проводим уже много лет. Его главные задачки — координирование и организация научно-исследовательских работ по нанотехнологиям и наноматериалам в области строительства по всей стране. Это создание общедоступной материально-технической базы коллективного использования для проведения исследований, формирование открытой научно-образовательной сети в сфере строительства. Мы готовы обеспечить необходимыми данными учёных, педагогов и студентов, также все заинтригованные предприятия и организации, дать им возможность обмениваться информацией, выступать на конференциях, мастер-классах и круглых столах.

В задачки центра заходит не только лишь выполнение научных и образовательных задач, да и исследования, инженерно-техническая деятельность. Для этого мы привлекаем ведущих учёных и профессионалов из русских и забугорных организаций — на федеральном и региональном уровнях. К примеру, в последнее время мы организуем мастер-класс по прочным и ультравысокопрочным бетонам, который проведёт доктор Дрезденского технического института Виктор Мещерин. Мы издаём книжки, пишем статьи, сотрудничаем с Русской академией архитектуры и строй наук (РААСН), при центре сотворен научный совет академии и нашего института «Нанотехнологии в строительстве». Довольно сказать, что в планах академии в 2009 году стоит восемь нанотехнологических проектных тем, которые производятся в разных регионах. В марте в Белгороде устраивают академические чтения РААСН по дилеммам внедрения нанотехнологий в строительном материаловедении. В апреле в Казани с ролью МГСУ проводятся XIV академические чтения по строительному материаловедению, где будут рассматриваться вопросы модернизации строительной промышленности, в том числе при помощи нанотехнологий.

Не считая того, в НОЦ готовят особые курсы и практикумы по базовой, прикладной и инженерной науке для подготовки студентов, магистров и аспирантов.

Исследовательская деятельность и конструкторские разработки в данной сфере невозможны без роли как профессионалов узенького профиля из строительной науки, так и экспертов с широким кругозором и познаниями из области арифметики, физики и механики, химии и материаловедения, компьютерных наук. Каких профессионалов вы привлекаете для работы в НОЦ?

— Вправду, мы интенсивно развиваем межвузовское научно-образовательное сотрудничество в рамках Ассоциации строй вузов, также других технических и традиционных институтов. НОЦ координирует работу в этой области приблизительно 10 вузов только строительного профиля, также подразделений институтов, которые занимаются нанотехнологиями либо, во всяком случае, их применением.

Собственных служащих у Центра фактически нет, к работе мы привлекаем профессионалов узенького и широкого профиля из МГСУ и других вузов, в том числе региональных, которые входят в Совет НОЦ. Обычно, это академики, которые приезжают к нам и дают мастер-классы.

На каком оборудовании работают студенты?

— У нас издавна существует своя мощная исследовательская, испытательная лаборатория, которую мы стараемся насыщать различными устройствами. Ранее под это выделяли финансирование, которое, к огорчению, закончилось.

Студенты и аспиранты изучают нанотехнологии при помощи сканирующего электрического микроскопа, дифрактометров, устройств, работающих в различных спектрах, анализатора частиц и других.

На базе НОЦ на современных компьютерах они будут моделировать процессы, изучить структуры и характеристики стройматериалов. К примеру, если ранее для производства бетона мы просто соединяли составные части, то сейчас нужно заблаговременно высчитать процессы при помощи компьютера, необходимы сложные приборы для наблюдений. Потому мы интенсивно развиваем направление компьютерного проектирования материалов. Германские коллеги предложили нам открыть кооперативный научно-образовательный институт по материалам.

По каким программкам обучаются студенты? Получат ли они дипломы нанотехнологов?

— Мы разработали учебно-методический набор по дисциплине «Основы нанотехнологий в строительстве». Несколько кафедр из МГСУ и других институтов сделали программки по специализациям «Технология строй наноматериалов» для специальности 270106 и «Безопасность строй объектов наноиндустрии» для специальности 270102.

Потому так важны подготовка и переподготовка кадров, увеличение их уровня, внедрение новых компонент в учебный процесс. На Строительно-технологическом факультете МГСУ мы ввели специализацию по наноматериалам и нанотехнологиям в строительстве, по которой будем готовить профессионалов. Их ожидают на предприятиях, заводах и в строй организациях, где начнут использовать новые технологии. Не считая того, ВАК ввела научную специальность по отраслям «Наноматериалы и нанотехнологии», куда заходит и строительство. Мы сделали паспорт специальности применительно к строительству и начинаем разрабатывать программки для научных кадров по этому направлению.

Мы сталкиваемся с некими сложностями, так как ранее у нас не было профессионалов, которые бы занимались этими направлениями. Естественно, хотелось бы иметь отдельную специальность «Наноматериалы и нанотехнологии в строительстве», и мы на данный момент обсуждаем этот вопрос.

В дипломах студентов будут перечислены дисциплины по нанотехнологиям. Хотя у нас есть аспиранты, изучающие данную тему, защит не было, потому что нет совета и целенаправленной аспирантуры по наноматериалам в строительстве. Как нет и профессоров и медиков наук по данному направлению в стране.

Как нужны выпускники этих новых курсов?

— Работодателям сейчас необходимы отлично приготовленные мастера. Но что такое строительное материаловедение? Это многоотраслевое направление. И мы всегда готовили юных профессионалов по различным фронтам. Один выпускник практикуется на цементах, 2-ой занимается бетонами, 3-ий — полимерами, четвёртый идёт на теплоизоляцию. Ранее, когда студенты заканчивали учить общие дисциплины, мы их готовили по избранному узенькому направлению, которое они должны были знать лучше всех. Такие спецы были очень нужны. И на данный момент у нас есть магистры и аспиранты, которые работают в области строй нанотехнологий по дилеммам пропитки бетонов, вопросам новых нанодобавок для бетонов.

Если ранее мы выдавали дипломы инженеров, строителей-технологов, профессионалов по промышленно-гражданскому строительству, то сейчас это дипломы бакалавров строительства. Возможно, это допустимо для гуманитариев, но в области строительства необходимы отлично приготовленные спецы, ведь в ней очень принципиальна техника безопасности — будущие дома не должны разваливаться и взрываться…

В чём особенность внедрения нанотехнологий в строительстве?

— С одной стороны, нанотехнологии в этой области существовали издавна, просто об этом не гласили и в особенности их не использовали. С другой стороны, не было технических способностей для глубочайшего исследования процессов, которые происходят на наноуровне, для получения и внедрения каких-либо материалов. Когда мы говорим о нанотехнологиях в строительстве, это не значит, что мы изготавливаем плиту полностью из микрочастиц.

В этой сфере обширно употребляются строй композиты, мы их называем бетонами гидратационного твердения. Вяжущее вещество смешивается с водой и добавками и равномерно твердеет. Приобретенная структура в процессе физико-химических воздействий меняется, упрочняется, преобразуется, другими словами ведёт себя практически как живой организм. Сразу идут процессы по её улучшению, но может, напротив, происходить и разрушение. Тут важную роль начинают играть наноматериалы. Почему? Так как большая часть процессов происходит по поверхности твёрдых фаз — наполнителей, цементов, а на поверхностные явления наноматериалы могут оказывать существенное воздействие. Добавив малость специально приготовленных наноматериалов, мы получаем композиты с другими качествами — с завышенной долговечностью, морозостойкостью, прочностью. Учёные сейчас разрабатывают различные структуры таких добавок, которые позволяют подбирать нужные характеристики бетонов. А именно, в строительстве построек в Санкт-Петербурге строители использовали пластификаторы с фуллеренами в бетоне, за счёт чего повысили эффективность добавок. Выпускают нанокремнезёмы и наносиликаты. Без таких добавок сейчас не получить бетоны ультравысокой прочности.

За последние годы мы существенно продвинулись в этом направлении. 50 годов назад наилучшая марка бетонов имела крепкость около 50 МПа. Сейчас мы используем в строительстве более прочные бетоны. Например, деловой центр Москва-Сити строили из бетона прочностью около 100 МПа, но с обыкновенными добавками. Когда мы начинаем использовать нанодобавки, то крепкость бетонов растет до 200 МПа, а у особых композитов — до 850 МПа, судя по лабораторным данным.

За рубежом уже продают подобные консистенции с прочностью в 250—300 МПа. Для чего же нам бетоны с такими чертами? С помощью их мы сможем поменять наши массивные железобетонные конструкции на очень тонкие и даже ажурные, сделать новые формы сооружений, понизить вес и уменьшить материалоёмкость конструкций. Я думаю, что последующие поколения конструкций будут гибридного типа, когда в одном материале содержатся различные вещества — металл, бетон, полимеры с разными нанодобавками.

Давайте представим, как смотрится наш цементный камень с наноразмерными элементами. Так именуемый цементный гель имеет размеры 5—8 нм, в процессе твердения его структура укрупняется, но возникают более большие кристаллы. Потому в технологии важны способы активации материала, в особенности на первой стадии. Нужно попытаться сохранить в структуре наноразмерные элементы, прирастить их количество — это улучшает характеристики материалов. Активация наноэлементов помогает более отлично управлять процессом сотворения материалов и конструкций.

Бетон — капиллярно-пористый материал. В его поры попадает вода и другие брутальные вещества, что понижает его долговечность. Потому ещё одно из направлений, которыми мы увлечены, — это пропитка бетона. Его пористую структуру мы заполняем другим материалом, к примеру, полимером и получаем фактически непроницаемый бетон с высочайшей морозостойкостью. При всем этом образуются фибры наноразмеров, которые резко увеличивают крепкость бетона. И если он до пропитки обладал прочностью в 20 МПа, то после неё — уже 200 МПа.

Такая обработка, не считая того, защищает материал от брутального воздействия, позволяет получать огромную палитру новых высокоэффективных материалов: электротехнических, декоративных и особых бетонов и композитов.

У нас создают такие бетоны?

— В умеренных количествах.

Наши строители употребляют российские разработки, о которых Вы поведали?

— На практике, к огорчению, нам приходится догонять забугорных коллег. Правда, не в теории. Они нередко употребляют наши разработки и у себя их вводят — в Германии, Стране восходящего солнца, США.

Как внедрение нанотехнологий удорожает процесс строительства?

— Напротив, даже удешевляет, так как резко понижается его материалоёмкость. Мы применяем более крепкие материалы и можем уменьшить сечение конструкций, понизить объёмы материалов. Почему нас прельщают наноматериалы? Так как мы их используем как добавки в маленьких количествах. Их не нужно создавать сотками тонн, как цемент, щебень. Материалов не достаточно, средств не настолько не мало, а итог умопомрачительный. Потому нам очень любопытно заниматься такими субстанциями.

Справка STRF.ru:

Юрий Баженов, заведующий кафедрой технологии вяжущих веществ и бетона МГСУ, президент Ассоциации учёных и профессионалов в области строительного материаловедения, академик РААСН, заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, доктор

Похожие записи:

Вы можете оставить комментарий, или отправить trackback с Вашего собственного сайта.

Написать комментарий