Инновационные разработки в области строительного материаловедения и градостроения

В статье рассматриваются вопросы, связанные с внедрением инновационных разработок в области строительства зданий и сооружений. Приведены краткие сведения о некоторых разработках в данной сфере на основе различных смесей бетонов с учётом их метрологических показателей.

Ключевые слова: строительные материалы, бетонные смеси, инновационные технологии, градостроение, метрологические показатели.

На сегодняшний день, строительную индустрию нельзя представить без бетонной продукции. Как показывает статистика, по всему миру ежегодный выпуск бетона превышает 2 млрд.м³, продолжая оставаться самым ресурсоёмким видом строительной деятельности. В настоящее время, на строительных площадках используются более тысячи видов бетона, причем, технологии их производства продолжают совершенствоваться. Все в больших объемах обычные бетоны замещаются многокомпонентными модифицированными, что даёт возможность, применяя компьютерное проектирование состава бетонов и технологии их приготовления, прогнозировать физико-химические и эксплуатационные характеристики, эффективно управлять структурообразованием на всех технологических этапах и получать материал с требуемыми свойствами.

Важно подчеркнуть, что современные модификаторы для бетонов, армирующие волокна, высокоэффективные вяжущие наполнители и активные минеральные добавки, противоморозные добавки в бетон, позволяют получать новые инновационные строительные композиты с уникальными свойствами. Новые технологии производства бетонных смесей значительно расширили номенклатуру используемых в строительстве материалов с помощью суперлёгких теплоизоляционных бетонов, объемная масса которых не превышает 100 кг/м, таки и высокопрочные конструкционные материалы, характеризующиеся прочностью на сжатие не менее 200 МПа.

Внедрение эффективных механизмов управления архитектурно-строительной сферой является важнейшим условием поднятия на качественный уровень градостроительной деятельности, направленной на создание современного облика территорий и благоприятных условий для жизни, а также осуществления предпринимательства.

Как показывает практика, в условиях формирования рыночной экономики, в строительстве применяются новые технологии и материалы. Ошибочно ограничивать перечень строительной продукции исключительно зданиями и сооружениями. Данная область имеет важное значение, также и для совершенствования развития различных отраслей экономики на базе современных научных достижений.

На сегодняшний день, внедрение инновационных технологий нашло широкое применение не только в реализации товаров и услуг, но и в модернизации тяжелой промышленности. С точки зрения фундаментальных и прикладных основ инновации — это двигатель прогресса, без которого не осуществляется ни одна реформа или важное производственное решение, т. к. для воплощения новой идеи в реальность нужны уникальные разработки и современное модифицированное оборудование.

Особенно следует подчеркнуть важность внедрения современных технологических систем в период экономического роста Республики Узбекистан, когда предприятия расширяют производство и нуждаются в качественной технике. Одним из приоритетных направлений развития Узбекистана на период 2017–2021 года является совершенствование социальной сферы, связанного с улучшением жилищных условий населения, повышением уровня обеспеченности коммунально — бытовыми услугами, решением вопросов экологической безопасности проживания людей, строительство и модернизация комплексов переработки бытовых отходов, дальнейшее строительство и реконструкция дорожной инфраструктуры и многое другое.

Технологии современного строительства активно развиваются и предусматривают определенные цели и задачи, связанные с совершенствованием инфраструктуры градостроения на основе применения современных инновационных технологий. С каждым годом рынок строительных материалов увеличивается, но далеко не вся продукция имеет спрос. Это связанно с тем, что не все производители широкого ассортимента строительной продукции действуют с соблюдением жестких требований ГОСТов и СНиПОв, в которых описываются стандарты современной продукции.

Инновация в строительстве — рассматривается как не новшество, а как продукт который существенно увеличивает результативность действующей системы осуществления строительно-монтажных работ. Ни один вид строительства не может существовать без строительных материалов. Они делятся на несколько видов: вяжущие (гипс, цемент, известь), ограждающие конструкции (панели, блоки различных материалов), материалы отделки — гидроизоляционные и кровельные, герметизирующие (мастики, жгуты, прокладки для лучшей изоляции), различные виды бетонов, санитарно-технические изделия и другие.

В настоящей статье приведены краткие сведения о некоторых разработках в данной области, осуществленных в настоящее время. На основе международного опыта внедрения инновационных технологий в строительстве, создан новый вид — «фиброцемент», позволяющий сделать фасадные плиты крупноразмерными и самоочищающимися. Достоинством данного материала является, утепление помещения и современный вид благодаря рельефной поверхности. Строительный продукт обладает повышенной прочностью за счет включения в смесь целлюлозных и минеральных добавок. В зависимости от типа плиты и производителя, технические характеристики фиброцемента могут быть следующие:

– одопоглощение — около 8–14 % при прямом воздействии воды;

– предел прочности при продольном и поперечном изгибе составляет 25 МПа, 18 МПа;

– морозостойкость — 150 (количество циклов заморажива-ния/размораживания);

– температурный коэффициент расширения — около 0,008 (минимально подвержен деформации);

– теплопроводность — 0,22 Вт/м*К (обеспечивает незначительную отдачу тепла);

– горючесть — класс Г1 (горит не более 4 с);

Таблица 1

Предельные отклонения

К положительным качествам фиброцемента выделяют отсутствие дополнений или армирующих решеток в конструкции плит, обеспечивающих высокую схватываемость частиц в процессе автоклавирования, не подвержен воздействию грибков или поражению плесенью. Важно подчеркнуть и такие преимущества как простота использования, монтажа при строительстве.

Не меньший практический интерес для разработки строительных конструкций, представляет «самозалечивающийся эластичный бетон». В качестве прототипа при разработке данного материала, была взята особенность обычных ракушек, обогащенных необходимым комплексом минералов, придающих им эластичность. Новый тип бетона отличается эластичностью, устойчивостью к трещинам и легкостью на 40–50 %, в сравнении с предшествующими. Сильными сторонами данного инновационного материала является быстрый процесс восстановления после различных видов нагрузок, таких как землетрясение. Время восстановления происходит благодаря реакции с обычной дождевой водой и углекислым газом в атмосфере, что способствует образованию карбоната кальция (СаСО₃) в бетоне. Конечное вещество обеспечивает скрепление появившихся трещин, т. е. «лечит» бетон. После снятия нагрузки восстановленный участок плиты будет обладать необходимой прочностью, как и ранее.

Важно отметить, что «самозалечивающийся эластичный бетон» эффективно применять при строительстве ответственных конструкций, таких как мосты, туннели, испытывающих постоянные нагрузки окружающей среды — землетрясения, ветровые и силовые нагрузки, колебания, температуры и другие физические воздействия.

Для анализа состояния и перспективы развития инновационных разработок строительных материалов, следует обратить внимание на результаты, полученные в университете Каталонии в ходе создания нового вида бетона. Разработка была представлена на Всемирной строительной выставке, проходившей в Барселоне. Принципиальными положениями, определяющими перспективность дальнейшего использования нового инновационного бетона, получившего название «HALF», является наличие ряда достоинств, в частности:

– легкость по сравнению с другими видами бетонов, обусловленная низкой плотностью;

– длительный эксплуатационный срок без дополнительного ремонта;

– экономичный и дешёвый в производстве, а также позволяет вести строительные и ремонтные работы в труднодоступных местах за счёт заливки бетона с помощью специального шланга;

– высокая скорость работы, т. к. быстро распределяется по всей поверхности и заполняет пустоты;

Наличие в структуре бетона полимерных материалов даёт возможность не использовать обычные арматурные сетки при строительстве. Полимеры эффективно удерживают всю бетонную массу, не позволяя ей рассыхаться или деформироваться в ходе эксплуатации.

Создание композиционных материалов, стойких к климатическим, биологическим, производственно-химическим и другим эксплуатационным воздействия, прочных и надёжных в эксплуатации, представляет важнейшие научно-технические разработки российских учёных. Резкие перепады температур способствуют интенсивному накоплению конденсационной влаги в массиве ограждающих конструкций, особенно в стенах и многослойными материалами, имеющими различные теплофизические характеристики. Одним из эффективных направлений является формирование стенового ограждения с плавным изменением коэффициента теплопроводности, что может быть достигнуто за счёт изменения поровой структуры легкого бетона. Разработанный состав бетона позволяет осуществлять фильтрацию воздуха и его осушение в теплое время года. На основании исследования физико-механических свойств, теоретически обоснован и практически исследован принципиально новый строительный материал — легкий бетон с изменяемой гранулометрией (интегральной структурой) пористого заполнителя. Разработанная модель функционирования ограждающих конструкций из легкого бетона, имеет в своем составе крупный пористый заполнитель, расположенный в три слоя, каждый из которых включает фракцию определённых размеров.

Не прекращаются исследования российских учёных, направленные на внедрение в производство легких бетонов, с изменяемой гранулометрией пористого заполнителя для стен зданий, работающих в суровых климатических условиях

О практических исчерпывающих возможностях в строительной индустрии различных инновационных видов бетонов, свидетельствуют разработки принципов проектирования высокопрочного монолитного железобетона для монолитного строительства, позволяющие получить деформативные характеристики, сравнимые с бетоном на крупном заполнителе за счёт синтеза высоконаполненной цементной матрицы. Формирующийся при этом композит характеризуется снижением количества капиллярных и контракционных пор, а также более плотной структурой новообразований. Разработана математическая модель зависимости предела прочности при сжатии монолитного железобетона от вида заполнителя, содержания композиционного вяжущего и суперпластификатора, позволяющая оптимизировать технологический процесс получения высокопрочного бетона и эффективно им управлять.

Как свидетельствует представленный аналитический материал, в XXI столетии, в технологии производства бетона произошёл значительный прогресс и в практику вошли модифицированные бетоны. Одним из таких примеров, являются бетоны сверхнизкой проницаемости и с повышенной коррозионной стойкостью, обеспечивающие долговечность конструкции без вторичной защиты, с морозостойкостью более 1000 циклов и водонепроницаемостью более 20 атмосфер. Важно отметить, что в технологии этих бетонов использованы новые типы добавок- органоминеральные модификаторы, представляющие собой поликомпонентные порошкообразные продукты. Такие бетоны снимают проблему преждевременного исчерпывания эксплуатационного ресурса железобетонных конструкций, что делает их применение перспективным в высотном, большепролётном, уникальном и транспортном строительстве.

В современном мире технологий, инновации в области строительства, являются актуальным новшеством, обеспечивающим качественный рост эффективности процессов возведения или эксплуатации зданий, сооружений, с соблюдение метрологических показателей и отвечающих мировым стандартам. Инновации в строительной индустрии должны соответствовать нижеперечисленным критериям:

С позиций описанных выше критериев представляет определенный научно-практический интерес разработка «Умный бетон», представляющий собой фильтрующий бетон. Физические параметры разработанного материала, такие как впитываемость, отличается от стандартного бетона, так как позволяет пропускать через тело сформированного композита, за короткий срок порядка 3300 литров в минуту, что позволяет создавать цементно-бетонные покрытия магистралей и улиц городов. Усовершенствованный состав бетона, позволяет поддерживать улицы сухими и безопасными. Несмотря на наличие положительных свойств, у разработанного состава бетона имеется существенный недостаток, связанный с низкой сопротивляемости отрицательным температурам.

В ближайшей перспективе бетон остается одним из самых ключевых строительных материалов в градостроительстве, т. к. при его производстве происходит не только минимальное потребление невосполнимых природных ресурсов, но и по своим показателям прочности, долговечности он не уступает другим видам строительных материалов, а также у него самая высокая сочетаемость с другими материалами.

Приведенный краткий аналитический обзор в отношении выполняемых разработок по инновациям в области строительных материалов, позволяет с достаточной определенностью сказать, что разработка новых материалов, предопределяет возможности: во-первых, увеличения производительности и функциональности, во-вторых, становится основной движущей силой технического прогресса в области создания новых видов материалов. По данным исследований зарубежных и отечественных авторов, 70 % всех новых инновационных продуктов созданы на основе материалов с новыми и улучшенными качествами, что позволяет воплощать в жизнь самые немыслимые задумки и проекты в области строительной индустрии.

Литература:

1. Абакумов Р. Г., Шкрабовская А. Ю. Инновационные технологии в строительстве // Межд. науч. журнал. — Белгород. — № 11. — 2017. — С. 11–15.
2. Фомин П. Б. Стратегические цели и условия современного развития экономики и строительной отрасли России с учетом проблем методологии инноваций // ж. Управление. — № 4. — 2015. — С. 118–121.
3. Яськова Н. Ю. Механизмы и проблемы инвестиций в стратегии установленного развития страны // Проект РТНФ № 10–02–00095. — Вестник РАЕН. — 2010. — № 4. — С. 157–169.
4. Денисов А. С. Легкие бетоны с изменяемой гранулометрией пористого заполнителя для стен зданий, работающих в суровых климатических условиях: Дисс…. д -ра. техн. наук. — Новосибирск., 2007. — 220 с.
5. Указ Президента Республики Узбекистан № 5392 «О мерах по коренному совершенствованию системы государственного управления в сфере строительства» от 2 апреля 2018 года
6. Основы метрологии, стандартизации, сертификации и контроля качества: учебное пособие / A. Г. Шелепаев, Л. М. Осипович, О. Н. Соловьева, О. Е. Смирнова; под тех. ред. О. Н. Соловьевой; Новосиб. гос. архитектур. — строит. ун-т. — Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин)., 2012. — 124 с.
7. ISO 14001:2015 «Системы экологического менеджмента. Требования и руководство по применению».
8. www.mainavi.ru