Звоните в Измайлово

звоните в измайловоНабираю семизначный номер. Прошу к телефону профессора Михайлова. Ответы однообраз­ные: «Его нет», «Он на линии», »Звоните в Измайлово». Но и в Измайлово не дозвониться… Ког­да, наконец, с пятидесятой или сотой попытки прорываюсь через частокол коротких гудков, слышу в трубке приветливый голос: «Приезжайте. Разыскать нас не трудно. Первая улица Измайлов­ского зверинца, 19. Завод желе­зобетонных изделий».

Даже коренному москвичу не легко найти эту улицу. Пыльная, неказистая, она вплотную прилепилась к кольцу Окружной доро­ги. То и депо гремят поезда По­началу трудно поверить, что этот забытый даже градостроителя­ми уголок столицы стал постоян­ным местом работы группы уче­ных из крупнейшего научно-ис­следовательского центра — Инсти­тута физической химии Академии наук СССР.

Впрочем, уже после первого посещения опытной линии, соз­данной проф. Н. В. Михайловым и его товарищами, понимаешь, что иначе быть не могло: ведь именно здесь, на небольшом за­воде железобетонных изделий нашли свое практическое при­менение идеи и закономерности молодой науки — физико-хими­ческой механики.

Перекресток

Уже в самом названии этой науки соединены наименования трех важнейших наук: физики, химии и механики. Каждая из них принесла на этот тройной перекресток очень многое.

Прежде всего, физико-химиче­ская механика — это современное материаловедение. Одно из ее главных практических предназна­чений — выжать из реальных (и веками известных, и только что созданных) материалов все, что они могут дать. Ни для кого не секрет, что теоретическая проч­ность всех материалов во много раз выше практической. В книгах мы часто видим рисунки идеально упорядоченных, абсолютно сим­метричных кристаллических реше­ток металлов, солей, окислов, ми­нералов. На деле все далеко не так стройно. В любом материале есть микроскопически малые строго упорядоченные участки, но они обязательно чередуются с зо­нами, строение которых далеко от идеального. Здесь бесчислен­ное множество дислокаций — смещений отдельных атомов и кристаллов. По этим зонам и раз­рушается материал при нагрузках, значительно меньших, чем теоретически допустимые.

Разными путями идут ученые к достижению максимально воз­можной прочности. Очень попу­лярный сейчас путь — выращива­ние тончайших нитевидных кри­сталлов — «вискерсов», почти на­чисто лишенных дислокаций и, как следствие этого, внутренних напряжений. По-иному подошел к этой проблеме академик Петр Александрович Ребиндер, осново­положник физико-химической ме­ханики. Главный его тезис таков: для получения сверхпрочных ма­териалов их надо прежде всего разрушить, предельно измельчить. При этом будут уничтожены все слабые зоны, а микрокристаллы с большой прочностью останутся невредимыми. Нужно вновь сое­динить эти кристаллики, но соеди­нить по-новому — очень тесно и очень плотно.

Первыми помощниками ученых и на стадии созидательного раз­рушения материалов, и на стадии их реконструкции стали поверх­ностноактивные вещества и виб­рация.

Поверхностноактивные вещества проникают в поры и микро­трещины материалов. Они обво­лакивают поверхности микрокристаллов, ослабляя силы взаимно­го притяжения между ними. Ма­териал, обработанный такими веществами, измельчать значитель­но легче.

Но особенно эффективно од­новременное воздействие на материал поверхностноактивных веществ и вибрации строго оп­ределенной частоты и амплитуды. Нужно было подобрать оптимальные сочетания: вид и количество поверхностноактивных веществ и характеристики приложенной вибрации.

Сотрудники лаборатории физико-химической механики сдела­ли еще один важный вывод: можно подобрать такие сочетания вибрации и добавок поверх­ностноактивных веществ, которые не только помогают измель­чению, но и превращают в легко-текучие жидкости даже самые «крутые», самые высоковязкие бетоны. Этот вывод очень важен для домостроительной про­мышленности, и не только для нее. Ведь с высоковязкими, струк­турированными жидкостями при­ходится работать и технологам пластмасс, и асфальтировщикам, и пекарям, наконец.

Можно рассказать еще много интересного о теоретических ос­новах физико-химической механи­ки. но и сказанного достаточно, чтобы понять особенности смысл и принципы работы опытной ли­нии в Измайлово. Но сначала несколько слов об экономике.

Вместо щебня песок

В районах новостроек вы не встретите гранитных бортов тро­туаров, гранитной облицовки зда­ний. И в том, и в другом случае гранит заменен бетоном. И все-таки поезда, груженые гранитом, идут и идут в столицу. Идут за тысячи километров. И виноват в этом… бетон. Дело в том, что для производства высокопрочного и морозостойкого бетона нужен гранитный щебень. Спрос на бе­тоны высоких марок М-400, М-500 и более растет (цифра в обозна­чении марки — это удельная про­чность бетона). Получить бетон с прочностью выше 400 килограммов на квадратный сантиметр без гранитного щебня практически невозможно.

Впрочем, и более дешевый из­вестняковый щебень тоже есть не везде. И его приходится возить за многие километры. Поэтому сейчас уже не цемент, а щебень становится самым дорогим компонентом бетона высоких марок.

Бетон, разработанный профес­сором Михайловым и его сотруд­никами, называют песчаным.

Действительно, единственным заполнителем такого бетона служит песок. Дорогостоящий ще­бень исключен из состава полно­стью. Более того, затраты цемен­та на производство песчаного бе­тона в полтора — два раза меньше, чем на обычный.

Естественно возникает вопрос, как все это сказывается на проч­ности?

Возьмем бетоны с одинаковой себестоимостью, скажем, 10 руб­лей за кубический метр. Обычный бетон выдерживает нагрузки в 150 килограммов на квадратным сантиметр, а песчаный — 400! Ку­бометр обычного бетона такой же прочности (с гранитным за­полнителем) обходится в 19 руб­лей.

Таким образом, переходя на песчаный бетон, строители могут выбирать, на чем выигрывать. Можно за те же деньги получить вдвое — втрое более прочный ма­териал и, как следствие этого, сделать конструкции легче, а здание — выше, а можно при прочих равных условиях почти вдвое уде­шевить строительство.

Линия на пружинах

Идем в цех. Внешне все выглядит обычно. Мельницы, сушил­ки, смеситель, желоб для стока готового бетона. Но бросается в глаза одна деталь: все аппараты, установленные здесь, опираются на пол или балки через пружины.

В начале линии — небольшая мельница, внешне похожая на шаровую. Кандидат технических наук Наум Борисович Урьев рас­сказывает:

— Как и другие подобные ап­параты, эта мельница на две тре­ти заполнена металлическими ша­рами и цилиндрами.

Он включает аппарат, но привычного вращения нет, мель­ницу «затрясло». Изнутри слышен глухой гул перекатывающихся, ударяющихся друг о друга ша­ров. Вибрация помогает доизмельчить цемент и некоторую часть песка. Чем мельче будут размеры частиц, тем больше их общая поверхность.

Реакция цемента с водой при­водит к образованию цементного камня — главного носителя проч­ности бетона. Эта реакция идет тем скорее, чем больше поверх­ность цемента. Но здесь же лежит и ограничение.

Условная поверхность частиц в 1 грамме обычного портланд­цемента равна примерно 3000 квадратных сантиметров. Можно измельчить его еще больше, до­вести поверхность одного грамма до 5—7 тысяч квадратных сантиметров, но бетонная масса на ос­нове такого цемента станет очень густой, мало подвижной формо­вать ее будет чрезвычайно труд­но. Что делать в этом случае? По­низить вязкость избытком воды. Это сделать не сложно, но тогда потеряешь выигрыш в прочности, который давало дополнительное измельчение. Другие пути? Дол­гое время промышленность строй­материалов не знала их…

Физико-химической механике удалось устранить противоречия реологии (наукн о течении ве­ществ) и сопротивления материалов. Увеличение поверхности це­мента позволяет значительно уменьшить его общий расход. В обычном бетоне на образование цементного камня рас­ходуется лишь половина портланд­цементе, а другая половина за­полняет самые мелкие полости в структуре материала. А в песчаном бетоне эту роль играет дополнительно просушенный и из­мельченный песок, побывавший в вибромельнице. Измельчать весь песок не нужно, достаточно измельчить лишь 10—15% от об­щего количества.

Ну хорошо, предположим удалось измельчить песок и це­мент до размеров элементарных кристалликов, но ведь нужно еще сформовать изделие из бе­тона.

Мы входим в другое отделе­ние цеха. Здесь происходит фор­мование. Урьев продолжает рас­сказ.

— Вибрация помогает и на этой стадии производства. Но для оптимизации процесса перемеши­вания и уплотнения бетонной мас­сы подходит не всякая вибрация, нужны строго определенные па­раметры. Их удалось установить и использовать на этом производ­стве. Оказалось, что наилучшее уплотнение бетона получается при одновременном приложении вибраций двух видов — с малой амплитудой, но большой частотой колебаний, и с малой частотой, но большой амплитудой. Низкоча­стотная вибрация делает черно­вую, предварительную работу.

Песчаный бетон — не единственное направление в лаборатории физико-химической механики. Здесь ведутся работы по созданию и применению аппара­тов виброкипящего слоя. Реакции в кипящем слое, когда твердое вещество поддерживается на весу га­зовой струей и словно кипит, известны сравнитель­но давно. Сотрудники лаборатории создают кипя­щий слой с помощью вибрации. Разработанные здесь виброустановки найдут применение на мно­гих химических производствах.

На снимке — действующая модель одной из та­ких установок. С помощью вибрации она транспор­тирует снизу вверх сыпучие материалы, например песок или зерно. Одновременно материал просуши­вается.

установкаА в соседних комнатах с позиций физико-химиче­ской механики изучается реология крови, решается проблема продления навигации на северных реках…

высокочастотная — углубляет, со­вершенствует ее действие. В ре­зультате при формовании дости­гается такое уплотнение песчано­го бетона, что панель толщиной всего в пять сантиметров выдер­живает тот же напор воды, что и 15-сантиметровая, изготовлен­ная из обычного бетона.

Вот, посмотрите, образцы па­нелей, которые будут испыты­ваться на одной из северных пло­тин…

Слева от стенда стоят удиви­тельно тонкие железобетонные плиты. Из них, как обычно, торчат стержни напряженной арматуры. Ни малейших следов растрески­вания, хотя расстояние между стержнями намного меньше, чем обычно.

Но от бетонных изделий тре­буется не только прочность и влагоустойчивость, но и морозо­стойкость. Любой бетон, как бы хорошо спрессован он ни был, — вещество пористое. Весной и осенью температурные переходы через ноль происходят почти ежедневно, и часто не один раз в сутки. Днем, когда пригревает солнце, бетонная деталь насыщается водой, а ночью вода за­мерзает, и лед разрывает мате­риал…

Около года назад проходили испытания напряженные железо­бетонные шпалы из песчаного бе­тона. После 1200 циклов замора­живания и оттаивания их качество проверяла авторитетная комис­сия. Ни в одном образце она не обнаружила следов разрушения. Обычный бетон начинает разру­шаться после 150 таких циклов.

Уход от серости

Песчаный бетон обладает еще одним преимуществом. С его по­мощью можно украсить новые районы. Он очень легко смеши­вается с минеральными красите­лями. Всего двухпроцентная до­бавка этих веществ прокрашивает панель на всю глубину. На опыт­ной линии профессора Михайло­ва мне показывали красные, тем­но-серые, зеленые образцы, очень похожие на мрамор. А с по­мощью коллоидного цементного клея, разработанного здесь же, можно окрашивать только лице­вую часть изделий.

Об устойчивости «клеевой» окраски можно судить по такому факту.

В небольшой корпус на терри­тории завода ведет крыльцо из песчаного бетона. Оно ярко-крас­ное. Тончайший слой краски на­несен с помощью коллоидного це­ментного клея. Больше года шаркают по крыльцу подошвы, бьют дожди. Наледь, которая об­разуется зимой, счищают, как обычно, скребками, а цвет крыльца не меняется.

Этот же клей позволяет на­дежно крепить к бетонным и же­лезобетонным панелям керамику самой различной расцветки. В Кун­цево уже построен жилой дом, украшенный этим способом.

Но, пожалуй, не это главное. Коллоидный цементный клей ши­роко применяется для ремонта бетонных плит автострад, надежно скрепляя старый бетон с новым. Прочность места склейки неиз­менно оказывается большей, чем прочность самого бетона. Этот клей, так же как и песчаный бе­тон, был получен с помощью ультраизмельчения цемента, поверх­ностноактивных веществ и вибра­ции.

Не слишком ли долго?

На экспериментальной линии в Измайлово я видел изделия из песчаного бетона, надежную ра­боту машин, слаженные действия небольшого коллектива экспери­ментаторов.

— Вам, наверное, кажется, что на линии все благополучно? — говорит профессор Михайлов. Не скрою, мы довольны результа­тами испытаний нашего бетона.

Но разве нормально, что нам, работникам исследовательского, в основном, теоретического инсти­тута приходится самим занимать­ся разработкой новой и приспо­соблением к нашим процессам уже существующей аппаратуры? Результаты были бы значительно лучше, если бы те новые аппараты, которые мы установили здесь, были всесторонне продуманы и просчитаны более квалифициро­ванными конструкторами-машиностроителями. Однако организа­ции, объединяющие их, до сих пор стоят в стороне от наших работ, хотя мы не раз предла­гали им творческое сотрудни­чество.

Не подумайте, что мы боимся черновой работы и хотим лишь давать идеи, дескать, остальное — дело разработчиков. Просто дол­жно быть разумное распределе­ние труда, чтобы каждый делал то, что он лучше всего умеет.

Ученого можно понять. Ведь основы производства песчаного бетона были созданы еще в 1958 году. Не слишком ли долог его путь к стройке?

Конечно, было бы неправиль­ным утверждение, что создание и внедрение в практику строитель­ства песчаного бетона и цементно­го коллоидного клея — заслуга только Николая Васильевича Ми­хайлова и его сотрудников. Ученым помогали и продолжают помогать инженеры и рабочие нескольких заводов железобетон­ных изделий. Постоянную под­держку оказывает и Управление строительных материалов во главе с Н. П. Дудоровым.

И все-таки, покидая опытную линию а Измайлово, не можешь избавиться от горького привкуса досады. Семь долгих лет пона­добилось исследователям, чтобы привести на стройки созданные ими перспективные материалы. И очень хочется верить, что по­следние этапы нелегкого пути признания будут пройдены ими без помех.

Инженер В. Станцо

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>