Ученые научно-исследовательской и испытательной лаборатории бетона и строительных материалов (НИИЛ БиСМ) филиала БНТУ «Научно-исследовательский политехнический институт» (НИПИ) разработали инновационные составы самоуплотняющегося бетона для фундаментной плиты высотного административного здания многофункционального комплекса «Газпром Центр» в Минске – объекта, которому нет аналогов в Республике Беларусь. О том, как создавались уникальные рецептуры и с какими вызовами пришлось столкнуться, рассказал заведующий кафедрой «Строительные материалы и технология строительства» доктор технических наук, профессор и руководитель проекта Эдуард Батяновский.
По словам профессора, выбор строительной отрасли был случаен:
– Если откровенно, то выбор был достаточно случайным. Но после первого стройотряда в городе Якутск в 1969 году, а потом в 1970-м на северо-востоке Якутии, стало ясно, что это судьба.
Выделить только одно свое главное открытие Эдуард Иванович не смог, поскольку нужно смотреть как с точки зрения науки, так и практической плоскости.
– Если смотреть с позиции научных разработок, то можно считать, что главной стала технология для кандидатской или докторской диссертации, связанная с использованием строительства сухих бетонных смесей. Если же рассматривать в практическом приложении этих разработок, то это две наиболее важные и значимые для строительной отрасли. Первое – это использование технологии малой энергоемкости и энергосбережения по отношению к производству сборных изделий и монолитному строительству, связанной с применением химических добавок. Последняя серьезная разработка, которая нашла применение в реальном производстве, – это переработка с пользой для строительной отрасли с использованием гранитных отсевов, катастрофически накапливающихся на предприятии, например в Брестской области на РУПП «Гранит». Ежегодно там накапливается около 3–4 миллионов тонн такого. В прошлом году на конкурсе в Санкт-Петербурге совокупные работы нашего коллектива по этому направлению получили Гран-при, диплом I степени с золотой медалью по одной из номинаций этого конкурса, который был учрежден правительством Российской Федерации.
Из наиболее значимых последних разработок профессор особо выделил работу с высотным зданием «Газпрома».
– Это работа со строительными организациями, которые возводят высотное здание, уникальное для Беларуси, запланированная высота которого будет составлять 189 метров. Мы начали эту работу в 2020 году с разработки составов и технологии применения при бетонировании уникальной для Беларуси фундаментной плиты этого здания. Ее объем составляет более 9 тысяч метров кубических. Она выполнялась в достаточно сложных условиях с точки зрения технологии и организационной работы, но тем не менее все было сделано успешно. Сейчас в рамках этого проекта лаборатория работает над составами, с их корректировкой по ходу возведения этого высотного здания. Также сейчас работы ведутся на отметках порядка 150 метров и уходят уже на финишные этажи здания. В ходе этой работы лаборатория не только подбирала составы бетона, но и наблюдала, а также при необходимости корректировала работу строителей.
– Почему для самых ответственных узлов здания – элементов, которые не дают высотной башне складываться или раскачиваться, – выбрали метод заливки бетона под давлением?
– Дело в следующем. Во-первых, в системе таких зданий всегда есть так называемые диафрагмы жесткости. Через определенное количество этажей устраиваются этажи с более высокой степенью армирования, большими объемами бетона и так далее. Эти этажи, особенно на начальном этапе, выполнялись из бетона объемом более 1000 метров кубических. И ситуация, когда надо уложить такой объем бетона в короткие временные отрезки, требует применения самоуплотняющихся бетонных смесей или самоуплотняющихся бетонов, а такой бетон в наибольшей мере и по производительности, и по будущему качеству конструкции, которую бетонируют, реализуется с высоким темпом подачи, то есть методом нагнетания. Это и есть основная причина. Метод нагнетания максимально механизирован, автоматизирован. А это и отличное качество работ.
Ученый также поделился, с какими серьезными вызовами пришлось столкнуться при исследованиях.
– С очень серьезным вызовом мы столкнулись при реализации исследований – это неустойчивость нашего территориального расположения. Я имею в виду, что лаборатория все же была создана в рамках кафедры «Строительные материалы и технология строительства», которую я долгое время возглавляю. То, что мы территориально в разных ипостасях, есть сложности с оборудованием, но отмечу, что лаборатория аттестована, аккредитована, включая и независимую экспертизу. Надо сказать, что развитие лабораторной базы поддерживается руководством университета и, в частности, руководством НИПИ, потому что есть понимание, что только надлежащим образом укомплектованная лаборатория может отвечать современным требованиям ведения исследовательских работ.
– Какие компоненты или добавки позволили добиться того, что бетонная смесь остается стабильной при перепадах высоты от фундамента до 36-го этажа?
– Ни один индивидуально взятый компонент таких качественных характеристик бетонных смесей, а потом и железобетона, не обеспечивает. Это достигается совокупностью данных и подбором компонентов. В ситуации со стройкой, то это надо было получать бетоны, которые бы обеспечивали заданные физико-механические свойства, при этом в высоком темпе могли быть уложены. Отсюда, для того, чтобы такие смеси делать, был использован весь наш предыдущий опыт, включая тот, который приобрели, когда делали уникальную для Беларуси фундаментную плиту. Как следствие, во всех этих случаях мы обходились нашими отечественными материалами, исключая один. Этот материал называется ультрадисперсный микрокремнезем. Этот материал производится в результате сложных процессов металлополучения, в Республике Беларусь такого материала нет, но он есть в Российской Федерации.
Все экспериментальные результаты, по словам Эдуарда Ивановича, были получены работниками НИИЛ БиСМ. Он уточнил, что в работах были задействованы все кандидаты наук, которые на тот момент работали в лаборатории. Примерно треть состава лаборатории участвовала в полном комплексе задач: от разработки составов до контроля соблюдения технологических и организационных правил при бетонировании. Свою же роль как научного руководителя профессор определил направляющей силой при подборе и проектировании составов, а также как связующее звено с руководящими структурами.
Кроме того, Эдуард Батяновский подробно объяснил, как корректируется рецептура бетона при увеличении высоты здания и с какими технологическими нюансами это связано.
– Безусловно, при увеличении высот, на которые надо подавать бетон, возникают проблемы с сохранением его формовочных свойств. Естественно, что лаборатория, которая сопровождает технологическую часть этих работ, должна контролировать, во-первых, выполнение требований, а во-вторых, вносить при необходимости корректировки в состав бетона. Если говорить конкретно, то речь идет о профессиональных вопросах: это работа по изменению соотношений между крупным и мелким заполнителем, корректировке видов и количества вводимых добавок, введению в обязательном порядке ультрадисперсного микрокремнезема. Высота отметки в районе до 150 метров требует тщательного соблюдения всех технологических параметров. Учитывая, что нареканий в адрес работы нет, лаборатория и ее сотрудники с ней справляются.
– Сравнима ли эта разработка с мировыми проектами? В чем ее уникальность, по Вашему мнению?
– Эта разработка уникальная для нашей страны, аналогов на территории Беларуси на данный момент нет. Что же касается общих подходов, то они классические, общемировые. Да, нам приходилось серьезно дорабатывать известные постулаты с учетом свойств наших местных отечественных материалов. Это все непросто, но с этой задачей мы справились. И единственной основной проблемной задачей было достичь наших целей, используя наши отечественные материалы. Не всегда, к сожалению, они были того качества, которое требовалось для решения этих задач. Но поскольку мы с ней справились, считаю, что в целом работа выполнена на должном уровне.
Эдуард Иванович рассказал, что белорусские компании уже используют эту технологию.
– Мы не скрываем наших разработок, и фактически через публикации и конференции, в которых мы участвуем, эта информация известна в Республике Беларусь. В данный момент времени идет работа по впервые возводимому отечественному сооружению в Минске. Мы знаем, что эти разработки использует ОАО «Стройтрест № 4» и ОАО «Стройтрест № 7».
Как заметил профессор, на этот год ученые лаборатории поставили перед собой несколько новых задач.
– Для лаборатории первая и основная задача – это удовлетворение заявок строительных организаций по тем обращениям, с которыми к нам приходят. Это разноплановые работы: оценка эксплуатационных и физико-механических свойств и так далее. Разработка технологий – вот в чем особенность нашей лаборатории. Мы не только проверяем и контролируем что-то по заказам, но и предлагаем решение, как достичь результата. Есть разработка по направлению, касающемуся оценки коррозионного состояния стальной арматуры в железобетонных конструкциях, что особенно актуально для конструкций, перекрывающих пролеты. Речь идет о неразрушающем методе, который уникален по своим подходам. Мы надеемся, что в этом году пройдут как минимум две защиты кандидатских диссертаций работников лаборатории.
Разработка НИИЛ БиСМ филиала БНТУ «НИПИ» – пример того, как академическая наука отвечает на реальные вызовы современного строительства. Самоуплотняющийся бетон для фундаментной плиты и аутригерных этажей высотного здания «Газпром» позволил не только уложить рекордные объемы смеси в сжатые сроки, но и обеспечить надежность конструкций на высоте до 150 метров. Это первая в Беларуси столь масштабная реализация подобной технологии, выполненная преимущественно на отечественных материалах. Полученный опыт уже тиражируется на другие уникальные сооружения. Очевидно, что компетенции БНТУ в области бетоноведения остаются востребованными как в строительстве, так и в других перспективных научных направлениях: от переработки гранитных отсевов до экспресс-диагностики морозостойкости.
