Строительство сегодня развивается быстро. Новые технологии и материалы помогают не только укладываться в сроки, но и строить здания сверхпрочными. Например, с помощью центрифугирования (способа уплотнения бетонной смеси) получают вариатропные бетоны. Их свойства меняются по сечению. Такие бетоны более прочные и долговечные и в итоге обходятся дешевле.
В странах Европы и США вариатропные бетоны изучают в рамках концепции «умных» материалов. Зарубежные ученые делают ставку на экологичность и цифровое проектирование. В России этой тематикой занимаются НИИ строительной физики РААСН, Московский государственный строительный университет (МГСУ) и Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (СПбГАСУ). Там исследуют структуру материалов на микро- и наноуровнях – это очень важно для исследования вариатропных бетонов.
В ДГТУ предложили свои методы расчета железобетонных конструкций из вариатропных бетонов – и теорию, и практику. Их эффективность подтвердили эксперименты. Проект «Исследование взаимосвязи состава, физики процесса уплотнения, микроструктуры и свойств вариатропных бетонов с улучшенными характеристиками» выполняется по гранту Российского научного фонда. В составе команды – заведующий кафедрой «Инженерная геометрия и компьютерная графика» Евгений Щербань, академик РААСН, профессор Левон Маилян, профессор Алексей Бескопыльный, профессор Александр Евтушенко.
Ученые ДГТУ также разработали алгоритмы компьютерного зрения на основе сверточных нейросетей. Они помогают предсказывать прочность и находить дефекты в бетоне. Точность – 89%. В будущем такой подход позволит оценивать бетон разных видов, быстро и эффективно подбирать его состав и контролировать производство.
Мы учли особенности вариатропного бетона, поэтому добились высокой прочности и точности его прогнозирования. Это наше главное преимущество. Прогнозировать свойства таких бетонов с помощью интеллектуальных методов очень перспективно.
Свойства и структуру вариатропных бетонов изучали экспериментально. Ученые ДГТУ провели большую работу: доработали установку для получения бетонных элементов, настроили ее режимы, нашли скрытые резервы прочности, определили оптимальные параметры. Результаты уже используют для создания новых продуктов – например, вариатропного бетона с добавкой микрокремнезема или комбинированным наполнителем.
Разработка ученых ДГТУ приводит к повышению несущей способности конструкций до 15% при том же расходе материалов либо снижению расхода материалов до 15% при той же несущей способности. Важно, что скорость монтажа конструкций увеличивается до 24%. Следовательно, снижаются затраты на зарплату персонала строительно-монтажных организаций до 28% и брак при выполнении работ, а надежность и безопасность строящихся объектов повышается до 12%.
Также в рамках исследования специалисты подобрали составы бетонных смесей для разных технологий – вибрирования, центрифугирования и виброцентрифугирования – и оценили их эффективность. Лучшую прочность дал бетон, полученный виброцентрифугированием (это сочетание вибрации и вращения). Трубобетонные пустотелые колонны из такого бетона выдерживают нагрузку на 13% больше, чем полнотелые.
Методики, технологии, продукты и рекомендации, разработанные в рамках проекта ДГТУ, позволят сэкономить время на внедрение и успешный запуск партий вариатропных бетонных изделий для широкого потребления. Кроме того, уменьшение материалоемкости таких изделий при сохранении требуемых характеристик по сравнению с аналогами приведет к экономической эффективности и целесообразным срокам окупаемости первоначальных затрат.
Разработанные вариатропные бетоны и усовершенствованные технологии их производства позволяют значительно повысить несущую способность конструкций. Кроме того, возникает возможность экономии материальных, трудовых и временных ресурсов, что вносит существенный вклад в развитие строительной отрасли.
Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-79-10289) и в рамках программы «Приоритет 2030». Проект претендует на продление гранта.
В планах ученых ДГТУ – изучить, как формируется структура наномодифицированного вариатропного бетона на микро- и макроуровнях, понять природу наномодифицирующих добавок и на этой основе уточнить расчеты железобетонных конструкций.
Олеся Фарберович, управление информационной политики
isdstu@mail.ru
