Подземные воды создали это природное явление невиданной красоты в одном месте – но стали источником проблем в другом. В Сатке прямо под городом расположены выработанные шахты, которые проседают из-за скопления в них подземных вод. Чтобы справиться с этой проблемой, необходимо заполнить пустоты и провести закладку шахтных выработок. Сделать это можно только с помощью вяжущего – особого вещества, способного затвердевать в результате физико-химических процессов.
С просьбой помочь в создании такого материала саткинский комбинат «Магнезит» обратился к ученым ЮУрГУ, с которыми уже не первый год поддерживает крепкие научные связи. Коллективу кафедры «Строительные материалы» архитектурно-строительного факультета понадобилось несколько лет, чтобы разработать и запатентовать уникальный способ получения доломитового вяжущего.
Безопасно, выгодно и эффективно
– Изготовлением строительных вяжущих из доломита в СССР активно занимались в 30-е – 50-е годы XX века, – дает историческую справку профессор кафедры, доктор технических наук Людмила Крамар. – Со временем эти работы прекратились, так как процесс получения из доломита вяжущего строительного назначения оказался очень сложным.
Сегодня ученые возвращаются к этой теме. Изучением более традиционного – магнезиального вяжущего на кафедре «Строительные материалы» занимаются уже более пятнадцати лет. За исследование доломита взялись всего три года назад. Сначала – в качестве эксперимента, потом – на уровне реального производства.
– В состав доломита входят карбонат магния и карбонат кальция, которые разлагаются при разных температурах, – объясняет тонкости исследования доцент кафедры Александр Орлов. – И чтобы получить качественное вяжущее, нужно было добиться, чтобы при определенной температуре карбонат магния разложился, а карбонат кальция – нет.
Ученые разработали технологические и химические способы решения этой задачи и начали экспериментально осваивать их в лаборатории. В ходе опытов выяснилось, что необходимо использовать добавки-интенсификаторы, чтобы получить качественное вяжущее, не склонное к растрескиванию.
Затем эксперимент вышел на промышленный уровень: на комбинате «Магнезит» была получена опытная партия доломитового вяжущего, которое удовлетворяло всем требованиям. Что самое важное, сырьем послужили отходы производства комбината, которые с каждым годом занимают всё большие пространства и наносят непоправимый вред экологии края. Таким образом, удалось решить научную задачу, поспособствовать при этом повышению экологической безопасности и разработать материалы для проведения закладки шахтных выработок под Саткой с минимальными затратами.
Доломитовое жилье
Одна из главных областей применения доломита – строительство. Доломитовое вяжущее может использоваться при изготовлении тяжелых и ячеистых бетонов, стеновых, теплоизоляционных, отделочных изделий, ксилолитовых материалов для возведения зданий гражданского и промышленного назначения.
– Традиционно в строительной индустрии используются такие вяжущие, как цемент и гипс, – рассказывает Людмила Крамар. – Однако для отделки нужны разные материалы, такие как магнезиальное и доломитовое вяжущее.
Учитывая наличие богатых доломитовых месторождений в Европейской части России – вдоль западного и восточного склонов Уральского хребта, в Поволжье, в Подмосковье, – использование этого минерала перспективно.
Разработки ученых ЮУрГУ сегодня актуальны и пользуются спросом. Кафедра «Строительные конструкции» ведет совместные работы с челябинской компанией по производству отделочных материалов: разработана уникальная рецептура и технологический регламент производства стекломагнезиального листа (СМЛ) – листового строительно-отделочного материала на основе магнезиальных вяжущих, который является альтернативой гипсокартону. В его рецептуру входят только экологически чистые компоненты и специально подобранные комплексы добавок-модификаторов, которые придают различным видам листов особые свойства. Полученный специалистами кафедры отделочный материал позволяет в комплексе решить проблему пожарной безопасности зданий, снизить трудозатраты на их отделку и повысить её долговечность.
Одним из конкурентов на рынке строительных материалов является Китай, который поставляет в Россию технологические линии для производства СМЛ. Однако впоследствии многие предприятия вынуждены обращаться к специалистам за помощью в наладке этих линий. Одно из направлений работы коллектива кафедры – курирование таких установок.
Ученые ЮУрГУ формируют крепкую научно-исследовательскую базу, которая позволит на основе магнезиального техногенного сырья с добавлением различных элементов получать качественное вяжущее для применения не только в России, но и в других странах. Сегодня научный коллектив пополняется молодыми учеными, которые остаются работать на кафедре и после защиты кандидатских и докторских диссертаций. Они продолжают исследования, начатые их учителями, вдохновляются их энтузиазмом и смело включаются в разработку новых материалов и способов их получения.