Экскурсия в лабораторию

Опилки — не тесто, но в испытательной лаборатории строительных материалов и химического анализа воды ИСИ СФУ их могут разлить по формам, разрезать на квадратики и кружочки. Удивительные свойства простых отходов деревообработки — это не ловкий фокус, а результат лабораторного эксперимента.

Вот уже восьмой год в стенах Инженерно-строительного института СФУ действует уникальная лаборатория, которая на сегодняшний день является одной из лучших в университете и в городе. Возможностями её заинтересовались уже не только представители российских и зарубежных предприятий, но и учёные зарубежных стран, продвинутых в сфере строительных технологий. Экскурсию для нашего корреспондента проводит доцент кафедры инженерных систем зданий и сооружений, заместитель директора ИСИ, кандидат технических наук Ольга Геннадьевна ДУБРОВСКАЯ.

Учёные лаборатории сотрудничают по договору с Китаем — с Университетом Чунцина (профессор Циншань Ян). Помимо этого 26 января 2018 года СФУ и Академия наук провинции Хэйлунцзян подписали соглашение о создании совместной китайско-российской международной лаборатории кавитационных технологий на базе Политехнического института СФУ при участии Инженерно-строительного института. И по гранту НИР уже второй год работают с немецкой компанией «Эм-Си Баухеми». Лаборатория занимает три просторных помещения института, и самое большое, отведённое под испытания конструкций, находится в отдельно стоящем здании.

Признание Сколково

Вместе с заместителем директора института шагаем в лабораторное крыло, а по пути я узнаю о направлениях работы коллектива. Это подтверждение качества строительных материалов, исследование химического состава хозяйственно-питьевой и сточной воды; разработка технологий получения новых строительных материалов, технологий очистки воды и многое другое. У лаборатории много индустриальных партнёров — более 90 фирм, входящих в состав Союза строителей Красноярского края.

— В этом году на Красноярском экономическом форуме подписан договор с мэрией Норильска, и наш институт вошёл в программу реновации северного города, — сообщает Ольга Геннадьевна. — Исследуем всё, что касается стройиндустрии, начиная от производства стройматериалов и заканчивая испытаниями конструкций и целых зданий. Помимо прикладных вещей занимаемся обширными научными исследованиями, связанными с подбором стройматериалов, смесей и конструкций, которые будут работать в арктическом регионе.

Данные исследования были представлены на многих выставках, в том числе на масштабной международной выставке «Арктика-2018», проходившей в феврале этого года. Мы продемонстрировали там свои разработки и получили хорошие отзывы о направлениях продвижения строительства непосредственно в арктическом регионе. Собственную технологию очистки промышленной воды мы показали в конце 2016 года на конкурсе в Сколково и заняли первое место. В этом году там же представили строительные конструкции купольного типа из клеёной древесины, которые могут эксплуатироваться в Арктике, и тоже получили очень хороший отзыв. Репортаж об этом показывал Первый канал.

Беседуя, мы дошли до лабораторного помещения, где в 2017 году установлен уникальный прибор — кавитационный миксер фирмы «Сильверстоун». То, что я увидела дальше, напоминало процесс приготовления коктейля в обычном миксере. На самом деле — всё гораздо сложнее.

«Пирог» из опилок

Для справки: кавитация — это процесс образования и последующего схлопывания пузырьков вакуума в потоке жидкости, сопровождающийся гидравлическими ударами: образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или пустот), которые могут содержать разреженный пар. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация). Молекулы воды при данном процессе распадаются на атомы с последующей перекомбинацией химических соединений. Важнейшую роль в процессах химического окисления играет свободный кислород.

— Сейчас мы наблюдаем, как при обработке в суперкавитационном миксере-дезинтеграторе водного раствора опилок, лигнин, который считается вредным, окисляется порцией кислорода и становится неактивным, — раскрывает суть эксперимента Ольга Геннадьевна. — С помощью кавитации мы получили естественное связующее вещество — опилки не просто спрессовались, а образовали новые структурные элементы. А дальше можно их отливать в любую нужную форму, резать как пирог, делать с ними всё что угодно.

В лаборатории получен совершенно уникальный утеплитель на основе опилок. Достигнута высокая склеивающая способность без каких-либо химических добавок. Материал плотный, стойкий, с высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, абсолютно экологичен и нетоксичен. Наш утеплитель соответствует международному стандарту ISO. Мы представляли его в этом году в Германии, во время недавней стажировки наших студентов в этой стране. Сейчас материал на стадии патентования. Занимаемся этим при участии красноярской фирмы «Северный ветер», специализирующейся на разработке утеплителей и конструкций с высоким экологическим индексом. Немцы хотят использовать технологию для утепления кровли. Сейчас в рамках НИР мы им полностью просчитываем технологическую линию.

— Какие утеплители в нашей стране используют сейчас в строительстве?

— В основном полистирольные, их минус в том, что создаются они на полиэфирной основе (то есть с помощью серьёзной химической обработки). Данные утеплители при всех своих хороших теплоизоляционных характеристиках могут источать определённый фон, выделять вредные газы, разлагаться, быть нестабильными при изменениях температур. Если их и применять, то нужно погружать в очень жёсткие внешние конструкции.

«Попкорн» из золы

Пока чудо-миксер вращается, осматриваю интерьер лаборатории. Четверокурсники направления «Природообустройство и водопользование» Сергей СИБИСЮК и Анастасия ДЕНИСЕНКО в этот момент проводят эксперимент по очистке воды от нефти с помощью сорбентов, сделанных из золы с котлов ТЭЦ-2 (на столе несколько стаканов с водой, с поверхности которой предстоит убрать нефтяной слой). Ребята засыпают в стаканы сорбенты разного вида. Они отличаются цветом — серый и белоснежный, по форме напоминающий пенопласт или попкорн (даже не верится, что оба получены из золы). Вся нефть на глазах уходит в сорбент.

— Технология недорогая, если учесть, что сырьё получено из отходов, — предвосхищает мой вопрос Ольга Геннадьевна. — Если сейчас пропустить эту воду через фильтр, она будет фактически чистой.

— И можно пить?

— Пить не стоит, но для технических нужд она вполне пригодна. Кроме того, сорбент хорошо очищает воду от железа и марганца. Для нашего края с высоким индексом железа это очень актуально. Пробовали мы очищать даже буровой шлам с твёрдым осадком гудронового типа — сточную воду предприятия разреза «Байкитский» (показывает колбу с тёмным густым содержимым — прим. автора). Результат замечательный!

Всемогущая кавитация

Сорбентами учёные кафедры занимаются вместе с коллегами из СО РАН при участии индустриального партнёра ООО «Силит».

— Производство является безотходным, — продолжает Ольга Геннадьевна, — После окончания очистки напитавшийся нефтью сорбент можно формировать в топливные брикеты и сжигать (очень хорошо, кстати, горят!), а полученную золу вновь перерабатывать. Разные виды сорбента используются для определённых целей. С помощью одного удобно фильтровать жидкости, а с помощью другого — собирать нефть с поверхности. Если говорить о внедрении наших новых лабораторных технологий в практику, то, например, запущены и прошли апробацию две линии по очистке воды на Ванкоре. Есть и другой пример: разработанная в лаборатории система оптимизации очистки промышленной воды для ООО «Агроник» (известное в крае предприятие, производящее молочную продукцию под маркой «Никольская»).

Ещё одним видом кавитационной обработки воды занимаемся уже не один год — это эффект дезинтеграции микроорганизмов. Этим методом можно обеззараживать воду, очищать её. Причём обеззараживание при кавитации достигает 99 процентов с высоким пролонгированным эффектом!

— Есть желание дальше заниматься исследованиями? — спрашиваю Сергея Сибисюка (недавно он прошёл стажировку в Германии).

— Конечно! Тема дипломной работы чрезвычайно интересна — использование подземной воды гидропонных систем для полива тепличных растений. То есть мы из альтернативных источников забираем воду, очищаем её, минерализируем и вновь подаём на полив как питательную среду. Тема связана, в частности, с использованием опилок как сорбента для фильтрации воды. Решил учиться дальше, буду поступать в магистратуру!

Вторая жизнь развалин

Наша экскурсия продолжается. Мы с Ольгой Геннадьевной направляемся в другой конец здания, в гости к руководителю лаборатории — кандидату технических наук, доценту Ирине Геннадьевне ЕНДЖИЕВСКОЙ. И если мой «гид» курирует область химического анализа воды, то специализация руководителя испытательной лаборатории — строительные материалы. По пути Дубровская рассказывает, что с помощью кавитации можно во много раз улучшить прочность бетона. Через несколько минут, уже в кабинете Ирины Геннадьевны, тема получает новый виток развития! Дело в том, что лаборатория в числе прочего занимается рециклингом отходов стройиндустрии.

— Например, у здания истёк срок эксплуатации, и возникает вопрос: что делать с развалинами? Весь мир сейчас ломает голову над этой темой. В России проблему решают быстро — утилизируют. Но мы предлагаем давать старым материалам новую жизнь, — говорит Ирина Геннадьевна. — Данному направлению исследований были посвящены летние школы Рашита Анваровича НАЗИРОВА, который вот уже третий год тесно взаимодействует с коллегами из Германии в рамках большого гранта, действует программа международных (Россия-Германия) обменов преподавателями и студентами. Немцы, например, успешно занимаются разработкой сухих строительных смесей на основе отходов стройиндустрии. В Германии принята госпрограмма по рециклингу бытовых отходов. Однако наши совместные исследования показали, что далеко не все отходы можно добавлять к материалам, применяемым в дорожном строительстве как по экологическим соображениям, так и с точки зрения улучшения прочностных характеристик покрытий. Интересные совместные наработки касаются технологии укладки дорожных одежд и состава покрытий.

Шахматная прочность

— Проявляют ли интерес к рециклингу отходов российские предприятия?

— Да, в июне прошлого года мы получили интересный заказ от Томской горнодобывающей компании. Руководство предприятия просило провести лабораторные исследования на предмет утилизации — использования в промышленности отходов от пиления облицовочных камней, речь о серпентините и жадеите. Отходы серпентинита мы попробовали ввести в качестве добавки к керамике. И, что удивительно, при небольшом расходе, но при обработке в кавитаторе, у нас получилось увеличение прочности материала более чем в два раза! Потрясающую картинку выдал нам растровый микроскоп: оксид кремния и включения магния расположились точно в шахматном порядке! Используя отходы промышленности, мы получили очень высокую прочность изделия.

Что касается жадеита, то и в этом случае не менее интересные результаты: удалось сделать самоуплотняющийся бетон, намного превосходящий по прочности известный аналог. Мы предложили томичам технологию производства самоуплотняющегося бетона на основе отходов камнепиления — они остались довольны. Сейчас самоуплотняющийся бетон используется для ремонта ступенек на улицах Красноярска. Старые лестницы «одевают» в новый прочный «корсет».

— Можно ли бордюры, которые в нашем городе стремительно разрушаются и часто требуют замены, делать из нового материала?

— Может быть, хотя в России на самоуплотняющийся бетон даже норматива ещё нет, и применяется этот материал крайне редко.

Ещё один важный проект, в котором участвует наша аккредитованная лаборатория, касается создания реакционно-порошковых бетонов. Это новое направление в масштабах страны (в России им серьёзно занимается профессор В.И. КАЛАШНИКОВ). По договору с красноярским бизнес-инкубатором КРИТБИ будем исследовать данный вид бетона, который считается самым высокоэффективным и прочным из всех имеющихся. Используя материал нового поколения, можно усиливать строящиеся сооружения.

Если перечислять все перспективные и смелые проекты, в которые вовлечены сотрудники лаборатории, то пальцев на руках не хватит. Но, пожалуй, нельзя не сказать об одной заветной мечте.

— Хотим шагнуть со своими наработками на Север, — делится И.Г. Енджиевская. — Многие металлические конструкции становятся хрупкими в условиях Арктики. Сейчас очень востребован анализ стройматериалов именно для Севера, а специализирующихся на этом лабораторий в нашей стране днём с огнём не сыщешь. Надеемся, что благодаря Программе 5-100 нам удастся получить нужное оборудование — химический анализатор состава металла и прибор по определению ударной вязкости. Придётся, конечно, доучиваться, осваивать новую технику, но, думаю, справимся. Для нас нет нерешаемых задач, для нас существуют только цели, которые нужно достичь. И здесь как никогда важна поддержка и института, и СФУ в целом.

Вера КИРИЧЕНКО