Задачи требуют решения

«Хладнокровный» бетон

Казалось бы, какой материал может быть проще и понятнее бетона? Человечество использует его для строительства уже больше 7 тысяч лет. Но все не так просто. Современные высокопрочные и самоуплотняющиеся бетоны содержат активные минеральные добавки. Компоненты, входящие в их состав, влияют на физико-химические процессы, что требует новых подходов к моделированию составов.

При возведении массивных сооружений забетонированные блоки необходимо выдерживать до их остывания. Но в процессе твердения бетон за счет добавок может разогреваться. Это приводит к образованию температурных трещин, снижению долговечности и увеличению сроков строительства.

Специалисты отдела «Технологии строительства и ремонта железобетонных сооружений» ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева занимаются исследованием тепловыделения бетонов с низким водоцементным соотношением. На их основе разрабатываются рекомендации для создания составов с пониженным выделением тепла.

Ученые ВНИИГ применили экспериментальные методы. Среди них максимально приближенная к массивным конструкциям адиабатическая калориметрия – способ, при котором можно с высокой точностью оценить тепловые процессы в реальных составах бетона в первые дни твердения без учета внешней среды. Кроме того, было изучено, как водоцементное соотношение, температура бетонной смеси, химические добавки, активные и неактивные минеральные порошки влияют на кинетику тепловыделения.

Помимо практических исследований специалисты изучают отечественный и зарубежный опыт в области математического моделирования тепловыделения бетона. В результате предложены новые уравнения и математические модели, которые позволят повысить точность построения температурных полей при расчетах массивных конструкций на термонапряженное состояние. В планах исследователей создание инновационного оборудования для еще более глубоких исследований.

Макромир и микромир

Иногда что-то очень маленькое может сильно влиять на очень большое. Так, на поверхности ГТС встречаются биопленки, состоящие из микроскопических грибов, водорослей, микроорганизмов, лишайников и мхов. Они не только портят внешний вид, но и могут приводить к коррозии и деструкции строительных сооружений. Эти микроорганизмы также выделяют во внешнюю среду различные производные своей жизнедеятельности, например споры, содержание которых в воздухе нежелательно.

Купировать процесс образования биопленок нужно уже на начальных стадиях. «В реальных условиях добиться абсолютно чистой поверхности практически невозможно, поэтому задачу решали от обратного. Разработанное нами решение предполагает двухступенчатый способ защиты бетонных, каменных и окрашенных металлических поверхностей», – рассказывает ведущий научный сотрудник ВНИИГ кандидат биологических наук Инга Царовцева.

На первом этапе работы специалисты лаборатории «Долговечность бетонных и железобетонных сооружений и их конструктивных элементов» разработали чистящее средство с санирующим эффектом «АнтиМикроФлорин». Оно прошло тестовые испытания при очистке участка бетонной подпорной стенки на Камской ГЭС, а также гранитных, мраморных и окрашенных чугунных памятников в некрополе Александро-Невской лавры в Санкт-Петербурге. Участки, обработанные новым средством, оставались чистыми более года. Препарат «АнтиМикроФлорин» успешно прошел госэкспертизу и регистрацию.

«Следующий этап – создание рецептуры второго состава, который позволит замедлить процесс колонизации микроорганизмами поверхности материалов и образование цветных биопленок. В настоящее время идут лабораторные испытания, по результатам которых наиболее эффективный препарат будет тестироваться в натурных условиях в предстоящий летний сезон», – отмечает ведущий научный сотрудник ВНИИГ доктор биологических наук Дмитрий Власов.

По плану

Ученые компании работают и над большими социально значимыми проектами. Специалисты Ленгидропроекта разработали мастер-план систем водоснабжения и водоотведения Республики Дагестан. Это первый подобный документ в отечественной практике планирования развития регионов. Работы выполнены в рамках реализации соглашения, заключенного между РусГидро и правительством республики на Петербургском международном экономическом форуме.

По предварительным оценкам, в 2043 году горной республике на хозяйственно-питьевые нужды понадобится 317 млн м³ воды, что обусловлено приростом населения, повышением степени благоустройства и развитием курортно-туристических услуг. Несмотря на доступные запасы воды, в Дагестане имеется ряд проблем, препятствующих рациональному использованию ресурсов. Это неравномерное распределение источников воды по территории региона, предельный износ систем водоснабжения и канализационных сооружений, загрязненность подземных вод.

Используя данные натурных обследований и аналитические методы, ученые систематизировали технико-экономические проблемы ЖКХ и энергетики региона, сформировали водохозяйственные балансы на длительную перспективу и предложили решения по перераспределению водных ресурсов для устранения дефицита и проблем с качеством питьевой воды. В рамках мастер-плана разработаны предложения по строительству и реконструкции водотранспортных систем.

«В своей работе мы широко использовали геоинформационные методы и гидравлическое моделирование систем водоснабжения и водоотведения. В результате создан комплект баз данных и электронных карт, выстроены планы, реализация которых позволит обеспечить развитие Дагестана с учетом роста численности населения на 20%, притока туристов и запланированного увеличения площадей поливного земледелия», – рассказала Галина Гришина, директор по развитию и международному сотрудничеству Ленгидропроекта.

Не обошли своим вниманием ученые и проблему загрязненности подземных вод северного Дагестана. В горных районах подземные воды имеют более высокую концентрацию соли, а в северных равнинных районах отмечается повышенное содержание мышьяка, сопутствующего элемента для нефтяных месторождений и ряда других ископаемых. Для маловодных районов подобрана мембранная технология водоподготовки, позволяющая очистить воду от токсичных примесей, а в бассейне р. Сулак план предусматривает строительство комплекса очистки и снабжения речной водой.

Балансовые расчеты ориентированы на принципы водосбережения. Так, общий годовой забор воды, с учетом нужд мелиорации, составит 2918 млн м³, то есть весь прирост водопотребления не должен превысить 4% от существующего уровня при приросте населения на 20%.

Предусмотрены меры по защите водного бассейна от загрязнения сточными водами. Для сельской местности мастер-план предлагает инновационные автономные системы водоотведения замкнутого цикла с использованием очищенных стоков для приусадебного полива. Это позволит увеличить долю населения, охваченного услугами водоотведения, с 35 до 70%.

Раздел мастер-плана, посвященный развитию гидроэнергетики, основан на проработках, выполненных Ленгидропроектом в предыдущие годы, – институт проектировал большинство ГЭС в Дагестане. Ученые рассмотрели текущий гидроэнергетический потенциал рек бассейна Сулака и Самура и выявили техническую возможность сооружения ГЭС. Однако для принятия решения о строительстве понадобятся более глубокие изыскания и расчеты, уже вне мастер-плана. Также при поиске вариантов новых источников питьевого водоснабжения специалисты изучали возможность использования водохранилищ в качестве источников воды, провели оценку влияния отбора воды из них на работу гидроузлов.

По предварительным оценкам, необходимые инвестиции в сфере водоснабжения оцениваются в 168 млрд руб., а в сфере водоотведения – в 202 млрд руб. Для реализации предложенных в мастер-плане мероприятий необходимо определить источники финансирования и включить мероприятия в отраслевые планы и программы развития. Часть мероприятий, учтенных при подготовке мастер-плана, уже реализуются с привлечением средств бюджета Российской Федерации. Например, завершается строительство такого значимого проекта, как водовод Чиркей – Махачкала – Каспийск.