Снова отечественные «умы» разработали важные и актуальные для строительной отрасли материалы и технологии. И вполне возможно, они еще на шаг приближают нас к городам Будущего.

В Новосибирске разработали стройматериалы, поглощающие углекислый газ.

Ученые Климатического центра Новосибирского государственного университета (НГУ) разработали строительные материалы на основе отходов промышленности. Новые составы способны поглощать углекислый газ из атмосферы и вследствие этого минимизировать свой углеродный след.

Среди отходов, которые находят применение для создания новых материалов, минеральное сырье, полученное в результате сноса зданий и сооружений, отвалы с карьеров и шахт по добыче полезных ископаемых, металлургические шлаки, а также золошлаковые отходы от сжигания угля на электростанциях. Новые бесцементные строительные материалы не только обладают гораздо меньшим углеродным следом, чем традиционный бетон, но и способны поглощать углекислый газ из атмосферы.

При изготовлении материалов используемое техногенное минеральное сырье подвергается высокоинтенсивному механическому измельчению, разделяется на различные фракции. В некоторых случаях применяются методы предварительной термической обработки в высокотемпературной печи или в камерах СВЧ-нагрева – в зависимости от назначения готовой смеси, которую ученые намерены получить. Далее минеральная сырьевая смесь смешивается с активатором на щелочной или кислотной основе. Как правило, она представляет собой водный раствор, который смешивается с твердой минеральной мелкодисперсной фазой. В результате образуется растворная смесь, твердение которой обеспечивает формирование керамико- или бетоноподобного материала.

Использование при производстве вяжущего вещества техногенного минерального сырья с высоким содержанием катионов кальция и магния, способных реагировать с диоксидом углерода, обеспечивает связывание CO2 с разработанными материалами.

В лабораторных условиях созданы опытные образцы материалов с использованием различных видов техногенных отходов с промышленных объектов страны. Из них можно формировать различные изделия. В настоящее время изготовлены образцы плитки, которую можно использовать в городской инфраструктуре, а также теплозвукоизоляционные материалы, они вполне могут конкурировать с изделиями на основе обыкновенных цементов по техническим качествам и имеют существенное преимущество с точки зрения углеродного следа.

Создана технология для повышения износостойкости металла.

Технологию обработки материалов с помощью излучения мощным полупроводниковым лазером разработали в Саратове. Она позволяет увеличить износостойкость металла в упрочненной зоне в 1,5-3 раза.

Мощный лазерный источник не имеет аналогов в России и за рубежом. Твердость поверхности деталей, изготовленных из стали 40Х, после лазерного термоупрочнения увеличивается с 12 HRC до 58 HRC.

Внедрение разработанного лазера в производственный или ремонтный процесс позволит увеличить ресурс деталей, подверженных быстрому износу, а также укрепить кромки режущего инструмента. Кроме того, использование технологии позволит проводить восстановление и ремонт габаритных деталей и модифицировать поверхности с помощью наплавления улучшенного слоя.

Технологию и оборудование – технологический лазер PLD-6 – разработали и внедрили в серийное производство специалисты саратовского Научно-производственного предприятия (НПП) «Инжект».

В РТУ МИРЭА разработали геодезическое приложение.

Оно позволяет управлять геодезическими приемниками и мониторить окружающую среду. Приложение универсально и подходит для любого оборудования с ОС Android. Оно помогает решать множество задач: от составления карт до городского планирования и мониторинга окружающей среды.

Приложение позволяет подключиться к приемнику через USB или беспроводное соединение Bluetooth/WiFi. Оно написано на языке программирования Kotlin и работает на мобильных устройствах Android – планшетах и смартфонах. Приложение упрощает сбор и анализ геодезических данных, обеспечивая стабильную и надежную работу с сигналами ГНСС.

Оно интегрирует данные в геоинформационные системы, улучшая точность и скорость обработки информации. Визуализация координат на картах делает информацию более доступной и понятной. Приложение гибкое и может быть настроено под разные задачи, предлагая новые возможности для его использования. Современные технологии и удобные интерфейсы делают работу с приложением простой и понятной.

В Перми усовершенствовали устройство очистки трубопроводов.

Ученые Пермского Политеха разработали усовершенствованную конструкцию устройства гидроструйной очистки, которая повысит эффективность технологических работ и продлит срок службы трубопровода. На разработку выдан патент.

Специальное устройство подает во внутреннюю полость трубы жидкость под высоким давлением (до 500 бар). Такая струя воды удаляет с поверхности различные загрязнения – ржавчину, смолы, лакокрасочные покрытия, битум.

Политехники повысили устойчивость и надежность рабочего механизма благодаря несущей конструкции, которая соединяет две поверхности силой нажатия или прижатия. Гидроструйную установку также оснастили системой амортизации, она регулирует прижим и перемещение корпуса.

Для улучшения процесса работы в труднодоступных участках (труба под наклоном, изгибы, выпуклости) канал для подачи жидкости с определенной скоростью – сопло – снабжен системой визуально-лазерного контроля. Это устройство, которое использует видеокамеру и лазер для сканирования внутренней поверхности. Такая технология помогает провести точную диагностику состояния трубы на наличие потери геометрической формы и проанализировать степень отложений.

Также усовершенствованная конструкция устройства содержит направляющие ноги и колеса, они обеспечивают большую маневренность, а шланг подачи промывочной жидкости оснащен скользящей обмоткой спирального типа, которая защищает механизм от быстрого износа и повреждений.

В Перми нашли способ повысить эффективность системы городского теплоснабжения.

Ученые Пермского Политеха с коллегами из компании «СофтМ» разработали и протестировали интеллектуальный модуль, включающий наиболее эффективные модели корректировки результатов нейросетевого прогнозирования. Это снизит риски возникновения ошибок и повысит эффективность расходования энергоресурсов.

Ученые впервые использовали и сравнили две модели уточнения результатов прогнозного нейросетевого управления, а также проанализировали эффективность каждой. Рассматривалась статистическая регрессионная линейная модель, поскольку она наиболее высокоточная и простая в обучении, а также модель на основе деревьев решений XGBoost. Последняя представляет собой графическую схему, состоящую из вершин (узлов), конечных узлов (листьев) и ребер (ветвей), которые описывают вероятности развития событий. Каждая следующая ветвь разрабатывается так, чтобы исправить ошибку предыдущей, уменьшая среднее отклонение. Это происходит до тех пор, пока ошибка не снизится, либо не выполнится одно из правил ранней остановки.

Для обучения и тестирования моделей политехники выбрали 10 многоквартирных домов, данные для которых за определенный период содержат наименьшее количество пропусков по техническим причинам. Для каждого построили отдельную модель, с использованием которой вычислялись температуры теплоносителя на входе в многоквартирные дома. Затем результаты сравнили с реальными значениями из заданной выборки.

Максимальное отклонение вычисленной температуры от измеренной в XGBoost составило 4,8 град. С, а в линейной модели – 6,1 град. С. Это значит, что первая эффективнее, поскольку величина ее ошибки гораздо ниже. Предложенные методы апробированы на реальных данных, что подтверждает возможность их использования при разработке интеллектуальной информационной системы управления теплоснабжением.

Пермские ученые определили, насколько точно компьютерная модель прогнозирует промерзание дорог.

Ученые Пермского Политеха провели мониторинг температур дорожной одежды на глубине до трех метров и установили, насколько точно с аналогичной задачей справляется компьютерная модель. Большую опасность при строительстве и эксплуатации дорог представляют силы морозного пучения.

Ученые измерили глубину промерзания грунта в полевых условиях, а затем сравнили свои замеры с теми, которые получили при численном моделировании. Вглубь грунта погрузили 32 температурных датчика с помощью пластиковой трубы длиной 3 м. Они способны измерять температуру в диапазоне от -55 до +125 град. С. Так получены данные в течение осенне-зимнего периода.

Аналогичный процесс промерзания дорожного полотна моделировался в специальном ПО – программе GeoStudio, одной из самых удобных в своем роде. В ее состав входит модуль Temp, который учитывает различные исходные данные и позволяет моделировать процессы промерзания грунта земляного полотна и дорожной одежды.

На последнем этапе сравнили результаты, полученные в реальных условиях с теми, что показала программа. Глубина промерзания грунта по опытным данным составила 1,73 м, а по результатам численного моделирования – 1,9 м. То есть погрешность моделирования оказалась невелика – 8%. Таким образом, это ПО позволяет достаточно точно отображать процессы промерзания и оттаивания земляного полотна и дорожной одежды автомобильных дорог.

Исследование показало, что численное моделирование прогнозирует глубину промерзания с достаточной для практических расчетов точностью. Это позволяет экономить на измерении показателей, а также открывает новые возможности для разработки рекомендаций по проектированию и эксплуатации дорог в различных климатических условиях России, что особенно важно для обеспечения их надежности и долговечности в зимний период.

В Перми нашли метод, повышающий устойчивость стали к износу.

Ученые Пермского Политеха внесли корректировки в технологический процесс изготовления оборудования. Они исследовали азотируемость деформированного лейнера из стали 08Х17Т со сварным швом и влияние состава насыщающей среды на конечный результат. Для снижения хрупкости слоев процесс проводили в азотно-водородных средах с различным содержанием аргона и добавками метана.

Так, в среде аммиака твердость азотированного слоя в центре сварного шва существенно выше, чем в других его зонах. Это отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках изделия. Азотирование в среде аргона, азота, водорода и метана при температуре 500 град. C и длительности выдержки 12 часов позволяет сформировать по всей внутренней поверхности лейнера равномерный упрочненный слой, включая зону сварного шва.

В ПНИПУ разработали новый клей на основе полиэтилена для производства фанеры.

Ученые нашли способ, который позволяет получать фанеру более экологичным способом, сохранив прочностные свойства по склеиванию древесного шпона в соответствии с нормативно-технической документацией на такую продукцию. На изобретение выдан патент.

Для изготовления фанеры на более чем 80 предприятиях России используют клей с токсичной формальдегидной составляющей. Это требует обязательного контроля произведенного продукта на содержание альдегида, поскольку стопроцентной поликонденсации клея, то есть образования полимеров при производстве изделий не бывает.

Ученые предложили при использовании полиэтилена в качестве клея максимально реализовать возможности перекисного модификатора. Это нужно для создания прочных связей между полиэтиленом и природными полимерами в древесине. Разработанный метод позволяет «подшивать» полиэтилен, то есть изменять его молекулярную структуру и свойства. При этом сокращается технологический процесс изготовления изделий.

Предлагается использовать в качестве модификатора перекись с температурой разложения выше температуры плавления полимера. Ее наносят на поверхность полиэтиленовой пленки и тем самым создают пленочный клей. Горячее прессование пакета из слоев шпона и такого клея приводит поэтапно к плавлению полимера, прививке к нему природного и, при необходимости, к созданию определенной степени сшивки его макромолекул.

Адгезионная прочность взаимодействия клея с древесиной шпона определялась в соответствии с ГОСТ. Предел прочности при скалывании выполнялся на образцах, которые прошли влажностную и температурно-влажностную обработку по режимам, указанным в соответствующей нормативно-технической документации. Результаты испытаний показали соответствие адгезионной прочности требованиям стандартов.

Предложено решение по оптимизации 3D-печати металлами.

Ученые ПНИИПУ выявили основные факторы, влияющие на качество 3D-печати металлических изделий методом электродугового наплавления присадочной проволоки (WAAM), и разработали конструкционные и программные решения. Это повысит уровень производства и качества получаемых деталей.

Ученые проанализировали процесс 3D-печати металлами и выявили основные факторы, снижающие качество изделий. Во-первых, это деформация проволоки в изолирующем канале, приводящая к нарушению контакта с наплавляемой поверхностью. Во-вторых, сдвиги слоев из-за неравномерного воздействия на расплавленный материал, что приводит к неоднородным образованиям и другим дефектам. В-третьих, изменение погонной энергии, затрачиваемой на длину сварного шва при плавлении металла.

Чтобы минимизировать воздействие на материал и сдвиг высоты слоя, рекомендуется внедрить систему управления с ИИ – он автоматически оптимизирует параметры наплавки на основе данных о структуре поверхности — регулирование температуры, скорости подачи материала, т.д. Также необходимо установить камеры для точного определения места возникновения дефекта и его коррекции на последующих слоях.

А для решения проблемы изменения погонной энергии требуется использование датчиков температуры для автоматической регулировки параметров производства.

Иоланта Вольф