А между тем всё это создают в БГТУ им. В.Г. Шухова. О том, как возникла и чем сегодня занимается кафедра строительного материаловедения, изделий и конструкций, нам рассказал её заведующий, член-корреспондент Российской академии архитектуры и строительных наук, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Валерий Лесовик.
— Валерий Станиславович, вы руководите кафедрой, которую сами же создали. Когда и как это было?
— Кафедра была организована в 1989 году. Тогда подобные структуры в технических вузах назывались кафедрами строительных материалов. Я же решил шагнуть вперёд и уже тогда назвал её кафедрой строительного материаловедения, чем с самого начала придал фундаментальность, поскольку в первом случае мы имеем дело только с инженерией, а у нас инженерия идёт рука об руку с наукой. Тому подтверждение – количество подготовленных в рамках моей научной школы докторов технических наук. И география этих учёных широка: Бурятия, Якутия, Архангельск, Омск, Владивосток, Санкт-Петербург, Москва… Сейчас на нашей кафедре трудятся 6 докторов наук и 4 докторанта – они выпускники нашей кафедры. А под моим руководством 9 учёных работают над докторскими диссертациями. По рейтингу Министерства образования и науки РФ наша кафедра признана лучшей среди профильных кафедр вузов страны. И в 2010 году нам было присвоено звание «Золотая кафедра России».
— Каково направление вашей научной деятельности?
— Основная мысль, которую я вот уже несколько лет разрабатываю вместе с коллегами, это использование природных процессов и материалов в виде аналога. Например, (Валерий Станиславович берёт со стола камень) если бы не эта порода, не было бы нашего с вами интервью, нашей кафедры, а Белгород остался бы заштатным городом.
— Но в чём взаимосвязь?
— У меня в руках железистый кварцит. Вот эти полоски – это магнетит Fe3O4. Его добывают на Лебединском и Стойленском месторождениях. И наш университет не в последнюю очередь был создан, чтобы решить комплексно проблему использования минеральных ресурсов Курской магнитной аномалии (КМА). Небольшая часть из добываемого, около 5 %, используется в народном хозяйстве, а что делать с попутно добываемыми породами, с отходами обогащения железистых кварцитов? Ответом стали мои кандидатская и докторская диссертации.
Мы впервые в мировой практике исследовали нерудное сырьё Курской магнитной аномалии, писали отчёты. Результаты наших научных работ по комплексному использованию недр КМА внедрены при утверждении запасов попутно добываемых пород Лебединского, Стойленского, Коробковского и Приоскольского месторождений в Государственном комитете запасов СССР. Это обеспечило развитие данной отрасли на сотни лет вперёд. Наш опыт в решении сложнейших проблем комплексного использования нерудного сырья используется для решения схожих проблем при разведке Архангельской алмазоносной провинции.
— То, о чём вы рассказали, как‑то связано с геоникой?
— Так или иначе, все мои дороги в науке вели к ней. Я очень много наблюдал за различными материалами вокруг нас и пришёл к выводу, что материал под воздействием множественных факторов постоянно изменяется. А если есть постоянные изменения, движение, то должно быть управление, которым уже занимается кибернетика. Одно из направлений этой науки – бионика – изучает объекты органического мира. Результаты затем используются для проектирования атомных подводных лодок, кораблей. Также как и выводы учёных, занимающихся изучением насекомых и птиц, применяют в самолётостроении. И тут меня осенило: если мы изучаем органику, то должна быть наука, которая будет изучать объекты неорганического мира. Так в 1990 году и родилась геоника, или, как я ещё её называю, геомиметика.
Законы существуют в самой природе. Задача учёных – найти их, открыть и начать применять на пользу человеку. Вот снова возьмём этот железистый кварцит. Каждый строительный материал имеет природный аналог. И эти природные аналоги по своим свойствам значительно лучше, чем материалы, которые мы создаём. Посмотрите, порода напоминает кирпичную кладку: силикатный кирпич – раствор, опять кирпич, опять раствор. Если обратиться к обычной стене, возведённой с помощью раствора и силикатного кирпича, то предел прочности на разрыв по ГОСТу составляет у неё 5–6 кг. А вот в этом фрагменте, который я держу в руках, этот показатель в 100 раз выше.
Изучив контактную зону здесь и там, вижу: по сравнению с кирпичной кладкой в куске породы практически нет переходов, зазоров и пустот. Это позволяет мне сформулировать первый закон строительного материаловедения в третьем тысячелетии: для создания плотной слоистой системы необходимо, чтобы материал – в нашем случае раствор – на нано-, микро- и макроуровнях был аналогичен базовой матрице – поверхности. Как создать такую систему, например, для силикатного кирпича? С одной из моих аспиранток мы провели эксперимент. Взяли бой силикатного кирпича, помололи, добавили цемент в такой пропорции: 40 % цемента и 60 % боя, сделали раствор. В результате получили не только увеличение прочности сцепления с силикатным кирпичом, но и добились того, что кладка стала аналогична слоистой природе. Такие смеси можно, например, использовать при возведении домов в сейсмоопасных районах.
— А где можно применить изобретённые вами технологии?
— Вы видели по телевизору разрушенный Алеппо в Сирии? Мне тяжело смотреть на этот сирийский город, где я читал лекции в университете. В БГТУ им. В.Г. Шухова создан международный научно-образовательный Центр, который занимается теорией и практикой восстановления разрушенных городов. Есть группа аспирантов из Ирака, из Сирии и других арабских государств, которые решают эту проблему.
В теории это выглядит так: в здание, которое не подлежит восстановлению, по всему периметру устанавливают заряды, затем их взрывают, сооружение «складывается», образуя кучу щебня. Наступает очередь 3D-принтера. Он загребает щебень вовнутрь, дробит его, разделяет на фракции, смешивает с цементом пылевидную часть – так образуются композиционные вяжущие. И вот уже с другой стороны принтера в монолите строится новое здание из переработанного сырья. Это решает массу проблем: не нужно вывозить обломки и выделять деньги на сырьё для бетонирования – всё под руками, точнее, под ногами.
Фото Юрия Коренько
— Фантастика!
— Вовсе нет. Ещё три года назад вот что я докладывал на одной из международных конференций. Представьте себе: строится дорога, по ней движется сооружение шириной 20 метров, длиной – 500, высотой с четырёхэтажный дом. Впереди машины – диагностическое оборудование, которое изучает грунт, поглощает его, добавляет различные компоненты и таким образом создаёт дорожное основание. Движется этот принтер со скоростью примерно 10 километров в час, а за ним уже лежит готовая дорога с разметкой.
— Это, наверное, далёкое будущее…
— Пока таких машин нет, но подобные системы уже разрабатывают наши докторанты и аспиранты. Это не 5 и не 10 лет, но ближайшее, уверяю вас, будущее. Да, мне часто приходится слышать, что я занимаюсь будущим или чем‑то секретным (смеётся). Вот выступал однажды в США, в штате Колорадо. Прослушав мой доклад по геонике, коллеги воскликнули: да у нас такими проблемами занимаются только в НАСА! А я считаю, что мы занимаемся вполне приземлёнными вопросами. Если вспомнить историю развития науки материаловедения, то до 30-х годов прошлого столетия она была монодисциплинарной – каждый учёный занимался только своей проблемой. Но с развитием науки стало понятно, что это путь в никуда, и начали появляться междисциплинарные науки – геофизика, биохимия и т. д. Это был настоящий прорыв.
В 1990 году у меня вышла статья, где, в частности, говорилось о том, что визитной карточкой XXI века будет междисциплинарность. А уже в октябре 2014 года Европейский союз принял решение поддерживать материально преимущественно направления, где есть междисциплинарные связи. Кстати, в ноябре того же года наш президент Владимир Владимирович Путин, выступая в Санкт-Петербурге, поручил правительству финансировать именно такие проекты и разработки.
А сейчас я занимаюсь трансдисциплинарностью. Это следующий шаг вперёд. Система «человек–материал–среда обитания» – сложнейшая система, поставленная во главу угла в геонике. Например, в плане создания материалов, комфортных для человека.
— Имеется в виду создание экологичных строительных материалов?
— Это только малая часть того, что я предлагаю. Опять же, представьте себе недалёкое будущее. Вы задумали построить дом. Как вы это делаете сейчас? Заказали типовой проект, наняли бригаду, купили готовые материалы, слепили. Я же настаиваю, что придёт время, когда вы в строительную организацию будете приходить с флеш-накопителем, где заложена ваша биоматрица. Именно по ней вам подберут нужный для вас проект дома, проследят за отбором именно для вас подобранных материалов, а затем возведут дом в соответствии с вашими биохарактеристиками. Понятно, что в нём будет и комфортно, и экологично, и абсолютно органично для вас жить. А сейчас, к сожалению, у нас даже ИЖС ведётся очень усреднённо, по большей части в зависимости от того, что просто есть под рукой.
— А ваш дом построен по канонам вашей теории?
— Отчасти да, но он возводился давно. Если бы я строил его сейчас, то однозначно сделал бы в виде черепахи – это самая экологичная форма для человека. Прямые углы делать проще, но они негативно влияют на нашу энергетику. Конечно, занимайся я строительством сегодня, то я бы поработал и над составом стен, использовал не двадцати-, а сорокасантиметровый газосиликатный блок, обязательно сделал бы воздушную прослойку, сантиметра 3–4, утеплил бы основание.
Кстати, о температуре дома. Я как‑то связывался по скайпу со своей знакомой и удивился, увидев, что она сидит в тёплом вязаном свитере. Поинтересовался, что, дома так холодно, может, газ отключили? А она отвечает: когда я бываю у вас в России, у меня мозги закипают: у вас температура в помещении 22–24 градуса, а у нас в Европе 17–18 градусов для жилья считается оптимально. И она права – это самая комфортная для человека температура.
— Валерий Станиславович, каковы перспективы применения ваших разработок на практике?
— Вы напомнили мне один случай. 3 апреля этого года я выступал в Германии на VI Международном форуме по бетонной индустрии и XI международной конференции «Актуальные вопросы товарного бетона и ЖБИ. Практические примеры успешных проектов российских и европейских компаний». В частности, докладывал о создании на основе природоподобных технологий реставрационных смесей, штукатурных, кладочных и ремонтных составов нового поколения применительно к каждому виду стенового поколения, в том числе для 3D аддитивных технологий. После доклада у меня спросили: а знает ли о ваших выводах руководство страны? Я ответил, что мы уже реализуем президентский грант, который предполагает изучение свойств минералов для разработки новых технологий, в том числе и для космической индустрии.
— То есть геоника актуальна и для космоса?
— Мои предложения для «Роскосмоса», прозвучавшие на российско-китайском форуме космической инженерии и технологии в городе Хучжоу, были для них неожиданными. Свой доклад я посвятил теоретическим основам природоподобных технологий, базирующихся на моём научном направлении геоника (геомиметика). В нём я, в частности, говорил о том, что планета Земля переживает критический этап в своём развитии. Кроме того, я выразил мнение, что трансдисциплинарный подход необходимо использовать и при освоении космоса, являющегося даже более ранимой системой, чем планета Земля.
Отрадно было услышать, как Владимир Владимирович Путин, выступая на пленарном заседании Генеральной Ассамблеи ОНН в Нью–Йорке, подчеркнул: «Нам нужны качественно иные подходы, основанные на внедрении принципиально новых природоподобных технологий, которые не наносят урон окружающему миру, а существуют с ним в гармонии и позволят восстановить нарушенный человеком баланс между биосферой и техносферой». Собственно, это и есть поддержка основного концепта системы «человек–материал–среда обитания».