КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

1. КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Заведующий кафедрой технологии строительных материалов, изделий и конструкций Заслуженный деятель науки Российской Федерации и Республики Татарстан Доктор технических наук, профессор Хозин Вадим Григорьевич 420043, г. Казань, ул. Зеленая, д.1 тел. (843) 238-39-13 - факс Е-mail: khozin@ksaba.ru О создании «Центра композиционных строительных материалов и изделий» при КГАСУ

2. Современный технический прогресс немыслим без композиционных материалов, наноструктурирование которых играет ведущую роль. Национальный Центр композиционных строительных материалов Республики Татарстан (ЦКСМ - КГАСУ) Цель: разработка новых и совершенствование известных композиционных материалов для их производства и внедрения в строительство Республики Татарстан

3. Предлагается создать Центр КСМ – РТ на базе КГАСУ (ул.Н.Ершова, 31) Центр композиционных строительных материалов РТ 1. Полимеркомпозитная арматура для бетонных конструкций 2. Древесно-полимерные композиты и изделия из них 3. Полимерные композиции как функциональные добавки в бетоны Д.т.н.Хозин В.Г., к.т.н.Старовойтова И.А., к.т.н.Антаков А.Б., асп.Гиздатуллин А., д.т.н.Пискунов А.А. (Москва-Казань), асп.Куклин А.Н. Д.т.н.Абдрахманова Л.А., д.т.н.Низамов Р.К., к.т.н.Колесникова И.В., к.т.н.Мубаракшина Л.Ф., к.т.н.Бурнашев А. Д.т.н.Хозин В.Г., к.т.н.Мурафа А.В., к.т.н.Красиникова Н.М., д.т.н.Хакимуллин Ю.Н. (КГТУ)

4. Аргументы для создания Центра КСМ: • Специфика строительства: • огромный объем потребления материалов, изделий и конструкций (в том числе в дорожном строительстве), при котором даже небольшое снижение удельных затрат (на 1 м3, 1м2, 1 тн) приводит к огромным экономическим эффектам; • функциональная широта их номенклатуры; • расширение возможностей и экономической эффективности применения строительных изделий на основе композиционных материалов; • низкие капитальные затраты на организацию производства композиционных материалов на полимерных связующих.

5. Для чего армируют цементный бетон и каковы преимущества ПКА перед стальной • Бетон – главный конструкционный материал XXI века во всем мире и, возможно, 3-го тысячелетия. • Основные конструкционные недостатки бетона: • низкая прочность при растяжении (в 15-20 раз ниже, чем при сжатии); • низкая трещиностойкость (хрупкость) и малое относительное удлинение при растяжении 0,01-0,15% (деформация сжатия 0,15-3%); • низкая стойкость к кислым средам, хлоридам, сульфатам, СО2 и др. • Поэтому его армируют стальной арматурой, воспринимающей растягивающие напряжения, а он (в благодарность за это!), будучи щелочной средой (Са(ОН)2, рН=12-13), защищает её от коррозии.

6. Недостатки стальной арматуры: • большая объемная масса – 7850 кг/м3 (плотный бетон – 2200-2400 кг/м3); • большая теплопроводность λ = 58÷60 Вт/м•К; • коррозия в воде, растворах кислот, солей, СО2 атмосферы и т.д. • Что такое ПКА? • Профильно-погонажный материал (профиль обычно круглый), состоящий из однонаправленно-ориентированных волокон (стеклянных, базальтовых, углеродных, арамидных), плотно упакованных и связанных в монолит полимерными матрицами (эпоксидными, винил-эфирными и др.). Получают методом пултрузии (протяжкой пропитанного ровинга через фильеру) любого заданного профиля и размеров (технология непрерывная).

7. Арматура на рынке представлена двумя видами: • АСП (стеклопластиковая) – из стеклянных волокон (стеклоровинт марки ЕС ТУ 6-48-00205009-116); • АБП (базальтопластиковая) – из базальтового ровинга НРБ ТУ 5952-001-13308094. • Связующим является эпоксидно-диановые смолы или винил-эфирные. • АСП и АБП выпускаются в виде стержней круглого сечения диаметром от 2,5 до 32 мм с профилированной поверхностью (близкие профилю стальной арматуры) для обеспечения лучшего сцепления с бетоном. • Достоинства АСП и АБП: • высокая прочность на разрыв (в три раза выше прочности стали А3); • низкая объемная плотность ~ 1900 кг/м3; • низкая теплопроводность – 0,45 Вт/м•К (сталь – 58 Вт/м•К; Бетон = 1,7 Вт/м•К); • высокая коррозионная стойкость во всех агрессивных средах (солях, кислотах, щелочах), кроме сильных окислителей; • высокое электрическое сопротивление (диэлектрик).

8. Сравнительные технические показатели арматуры разного типа МПа δв1300 1200 АБП АСП δв 390 МПа 2,2 14 ε, % ε, % Производители ПКА в России: 1. ООО Бийский завод стеклопластиков (г.Бийск); 5. ООО НПФ «Уралспецарматура» (г.Пермь); 2. ООО «Гален» (г.Чебоксары); 6. ООО «Армастек» (г.Пермь); 3. ЗАО «Матек» (г.Зеленоград, Московская обл.); 7. ООО «Блиц-строй» (г.Казань); 4. ООО «АСП» (г.Москва); 8. ООО «КоМар» (г.Ижевск). Стоимость 1 пог.м ПКА на 15-30% ниже стоимости равнопрочного стержня из стали.

9. РАВНОПРОЧНАЯ ЗАМЕНА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ АРМАТУРЫ AIII НА НЕМЕТАЛЛИЧЕСКУЮ БПА И СПА * В табл. представлена средняя рыночная цена на I-II квартал 2010г. (данные ООО «ТеплоДом», г.Казань)

10. Нынешнее состояние применения ПКА в России • В реальной практике широкое применение ПКА нашло только лишь в качестве так называемых гибких связей в стеновых конструкциях гражданских зданий (главным образом, жилых). • Это – трехслойные стены из кирпича, бетонных мелких блоков, в которых средний теплоизоляционный слой выполнен из эффективных ТИМ: пенопластов, минеральной ваты и др., а также для крепления наружной теплоизоляции (фасадные дюбели). • Опыт применения ПКА в несущих конструкциях (сжатых и, особенно, изгибаемых) в мировой практике пока отсутствует. Причины: • неизученность длительной совместной работы ПКА с бетоном с учетом её возможно высокой ползучести и невысокой длительной прочности, релаксации напряжений, температурной «чувствительностью» свойств; • низкая теплостойкость (не более 120-130 0С), горючесть; • высокая стоимость полимерных связующих.

11. Назрела острая потребность в ПКА (легкой, высокопрочной, химстойкой, неэлектропроводной) для современных несущих изгибаемых конструкций (перемычек, стеновых панелей из плотных и ячеистых бетонов), ж.д.шпал, плит покрытий, мостовых конструкций, а также для бетонных труб, колец и резервуаров, опор ЛЭП и многих десятков видов других конструкций. • Для этого необходимо: • разработать необходимые для проектировщиков методики расчета и проектирования бетонных конструкций, армированных ПКА, учитывающие её специфические свойства, обусловленные полимерным связующим: низкий модуль упругости, возможно высокая ползучесть, низкая (возможно) длительная прочность, высокий коэффициент температурного расширения; • 2) разработать новые виды технологичных связующих с более высокой теплостойкостью (не ниже 250 0С), химстойкостью и долговечностью, меньшей стоимостью; • 3) разработать новые составы быстротвердеющих и высокопрочных бетонов с химическими добавками для проектирования новых геометрических форм легких несущих пролетных конструкций и оболочек малых поперечных сечений, снижающих общий вес зданий и сооружений.

12. На кафедре ТСМИК КазГАСУ (Хозин В.Г., Старовойтова И.А.) разработан новый тип наноструктурированного гибридного связующего (патент РФ № 2286315), которое по техническим свойствам более пригодно для производства ПКА, чем эпоксидные связующие. • Конкурентные преимущества ПКА • на наноструктурированных гибридных связующих • Высокая тепло-, термо- и огнестойкость, обусловленные применением новых связующих органо-неорганической природы (их показатели значительно выше, чем у промышленных аналогов); • Высокая химическая стойкость, в первую очередь, щелочестойкость; • Снижение полимероёмкости и более низкая сырьевая себестоимость (по сравнению с промышленными аналогами) за счет введения в состав связующего дешевых неорганических компонентов (до 20-30%).

13. Сравнительная характеристика БПА-КГАСУ с промышленными аналогами Сейчас мы работаем над дальнейшим совершенствованием технологических и физико-технических свойств этого связующего и технологий его применения в композиционных строительных материалах.

14. Полимеркомпозитная арматура для бетонных конструкций Научн.рук-ль: д.т.н., проф.Хозин В.Г. ; научн.консультант: д.т.н., проф.Пискунов А.А. (применение ПКА в конструкциях мостов и метрополитена); отв.исполнители: к.т.н.Старовойтова И.А. (гибридные связующие технологии ПКА); к.т.н., доц.Антаков А.Б. (армирование бетонных конструкций, их проектирование, методы расчета); асп.Гиздатуллин А.; асп.Куклин А.Н. • Цель – создание в РТ промышленного производства ПКА и армированных ею бетонных конструкций для промышленного, гражданского и дорожного строительства. • Задачи: • отработка технологии изготовления методами пултрузии и базальто- и углепластиковой стержневой арматуры на новых гибридных (органо-неорганических) связующих и наномодифицированных эпоксидных (и фурановых) смол для замены стальной арматуры в несущих (в том числе мостовых) армобетонных конструкциях; • физико-механические испытания (в том числе длительные: ползучесть, длительная прочность термоциклы) полимеркомпозитной арматуры по нормам международных стандартов, в частности Американского института бетона, с целью разработки отечественных нормативных документов, гармонизированных с международными; • разработка техрегламентов и ТУ на новые виды ПКА, их сертификация; • проектирование, изготовление и испытания образцов бетонных несущих конструкций с полимеркомпозитной арматурой; оценка эксплуатационной совместимости ПКА с различными бетонами (плотными, ячеистыми и др.), оптимизация технологии изготовления этих конструкций. Разработка норм расчета бетонных конструкций, армированных полимеркомпозитными стержнями, с учетом особенностей их релаксационных и теплофизических свойств (второе и третье предельные состояния); • освоение промышленного выпуска сборных бетонных конструкций различного назначения, армированных ПКА и производства монолитных конструкций на строительных объектах (в т.ч.дорожных, мостовых и др.).

15. Что нужно для быстрого и экономически эффективного освоения в РТ производства бетонных конструкций, армированных ПКА, в том числе и на основе наноструктурированных гибридных связующих 1. Создать Центр КСМ-КГАСУ (ул.Н.Ершова, 31), в составе которого организовать отдел ПКА для бетонных конструкций (отдел ПКА-БК), состоящего, в свою очередь из следующих подразделений (секторов): 1) технологического (разработка связующих и отработка технологий получения ПКА (с базовой пултрузионной установкой); 2) испытаний ПКА (с базовым комплектом современных испытательных машин и устройств); 3) проектирования, изготовления и испытания бетонных конструкций с ПКА (ПКА-БК) с двумя стендами-площадями: а) изготовления ПКА-бетонных конструкций; б) механических испытаний конструкций. Отдел ПКА для бетонных конструкций (ПКА-БК) подразделения (секторы) • проектно-испытательный ПКА-БК: расчет, проектирование, изготовление и испытание опытных образцов конструкций • стенд изготовления ПКА-бетонных конструкций; • стенд испытаний конструкций (5-6 млн.руб.) • технологический: • - разработка новых связующих; • отработка технологий • База: пултрузионная установка – 3,5 млн.руб. испытаний ПКА Комплект из 5-6 машин – 15-18 млн.руб.

16. Продукция технологического сектора – оптимизированные составы и технологические режимы получения методом пултрузии ПКА (базальто-, стекло-, углепластиковой) на новых связующих, выпуск опытных партий ПКА для собственных испытаний и для изготовления опытных бетонных конструкций; технологические регламенты на выпуск продукции. • Минимальная стоимость пултрузионной установки с монтажом и пуско-наладкой – 3,5 млн.руб. • Ежемесячные расходы на сырьевые материалы, электроэнергию, оплату труда и др. – 100-120 тыс.руб. • Срок монтажа и освоения – 4 месяца, выпуска опытных партий для испытаний – 1 мес. • Продукция сектора физико-механических испытаний, оборудованного современными испытательными машинами и средствами измерений на уровне мировых стандартов испытаний ПКА (кратковременных, длительных (ползучесть, длит.прочность)) – экспериментальные и статистически обоснованные расчетные значения прочностных и деформационных свойств, в том числе при разных температурах и видов агрессивных сред, необходимые для проектирования ПКА-БК; технические условия – ТУ на новые виды ПКА. • Стоимость комплекта испытательных машин (с монтажом и пуско-наладкой) – 15-18 млн.руб. • Ежемесячный фонд оплаты труда сотрудников – 45-50 тыс.руб. • Срок монтажа и запуска – 4 месяца, срок испытаний опытных партий ПКА – 6-8 мес. (кратковременных – 1-1,5 мес., длительных – 4-6 мес.)

17. Продукция проектно-испытательного сектора - изготовление и натурные механические испытания (кратковременные и длительные) опытных бетонных конструкций, армированных ПКА. • Единовременные затраты на изготовление форм и оснастки – 1,5-2 млн.руб. (срок – 4 мес.) – стоимость испытательного стенда – 5-6 млн.руб. • Расходные материалы и фонд зарплаты на месяц – 50-60 тыс.руб. (срок – 1 год). • На основе результатов экспериментальных исследований и испытаний опытных ПКА-бетонных конструкций будут разработаны: • - нормы и методики для их расчета и проектирования, технологические регламенты изготовления ПКА-БК; • - альбомы рабочих чертежей несущих конструкций из тяжелого, легкого и ячеистого бетонов, армированных ПКА, для передачи в проектные организации. • Стоимость работ – 500 тыс.руб. • Итого: Общий срок выполнения проекта – 2,5 года. • Необходимый объем финансирования: • для приобретения оборудования, приборов, оснастки и устройств – 27 млн.руб.; • ежемесячные текущие затраты (расходные материалы, зарплата, электроэнергия и т.д.) – 230 тыс.руб.

18. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! Наши координаты: 420043, г.Казань, ул.Зеленая, д.1 Казанский государственный архитектурно-строительный университет, каф.ТСМИК, тел./факс: (843) 238-39-13, E-mail:khozin@ksaba.ru