А.С. АРБЕНЬЕВ, доктор техн. наук, профессор, академик Петровской академии наук и искусств, заслуженный деятель науки и техники РФ, советник РАССН, Владимирский государственный университет

Приводятся характеристики строительства и причины аварий. Описываются основанные на законах фундаментальных наук особенности электроразогрева смеси и отклонения от них. Обосновывается и эффективность использования солнечной энергии, что дает возможность сократить стоимость строительства в 2-3 раза и выйти из кризиса.

Строительство - важнейшая отрасль народного хозяйства. В СССР строительство составляло четверть всего бюджета, и в нем было занято четверть работающих.

Построенные в Древней Руси соборы в Киеве, Новгороде и Владимире стоят почти тысячу лет, а наши строения – в основном не более 100 лет, и 50% жилых зданий подлежит сносу.

Ряд экономистов считает, что вывести из кризиса может только массовое жилищное строительство, как в США и Германии. Это – локомотив, способный оживить народное хозяйство, ликвидировать безработицу и улучшить благосостояние народа. В этом плане Россия отстала как минимум на 50 лет от развитых стран. Расходы электроэнергии на единицу продукции возросли в 3,5 раза, а в строительстве еще больше.

По В.В. Леонтьеву главное – это снижение затрат. Никакие зарубежные рекомендации России не помогут. Наши полувековые исследования показали, что можно в 2-3 раза повысить прочность и снизить затраты при возведении зданий и сооружений /1/, если строить по законам фундаментальных наук, а не вопреки им.

О деформации конструкций

Наше строительство было направлено на ускорение. Для этого применяли термообработку, химдобавки и жесткие смеси, а кто их не применял, объявлялись вредителями. Эти приемы были эффективны только в первые годы, а через 20-30 лет рабочего состояния вызывали деформации и снижение прочности конструкций.

В 1964 году в Москве прошла международная конференция по ускорению твердения бетона с участием 35 стран. На ней было отмечено, что при термообработке бетона возрастали деформации конструкций из-за неравномерного расширения его составляющих и что при температурах выше 500 ^оС за 5 минут на цементе образуются оболочки, тормозящие реакции /2/. Повышению деформаций способствует введение химдобавок на стройке сверх добавок, вводимых на цементных заводах, где учитывается еженедельно меняющийся состав сырья. Еще хуже применение жестких смесей: бетон испытывает недостаток воды и в нем не «залечиваются» трещины. Во Владимире в настоящее время 50% брака имеет место при изготовлении плит перекрытий.

Согласно закону Гука 1660 г. прочность изменяется прямо пропорционально деформации. При сжатии прочность бетона увеличивается, чем объясняется долговечность соборов. При растяжении прочность бетона падает, и конструкции разрушаются.

В рабочем состоянии на ослабленную структуру ежесуточно действуют природные и другие факторы: колебания температуры воздуха, влажности, ветра, льдообразование и особенно вибрация машин. Все это приводило к возрастанию деформаций, образованию трещин. Такой бетон разрушается даже от взрыва бытового газа, между тем как сжатый (плотный) бетон выдерживает любые бомбовые удары.

В бывшей ГДР снесли все жилье, построенное в послевоенные годы, а у нас создали Министерство чрезвычайных ситуаций. Сколько строим, столько сносим.

Возникновение электроразогрева смеси

В 1958 г. в целях создания плотной и сжатой структуры аспирантом НИИЖБ Академии строительства и архитектуры СССР А.С. Арбеньевым был предложен предварительный электроразогрев бетонной смеси (АС 168173). После укладки и уплотнения горячей смеси она остывала и сжималась, а при вибрации воздух вытеснялся, бетон сжимался, и увеличивалось сцепление с арматурой.

Для разогрева смеси в обычный бункер установили три электрода по типу лейденской банки 1745 г. (первый - конденсатор, генерирующий электромагнитную энергию).

5.01.1962 г. в тресте «Кузнецкшахтострой» забетонировали пять шестиметровых балок, которые на морозе -30 ^оС набрали 70% до замерзания, а к лету – 175% марочной. На следующий год приказом Главкузбасстроя началось массовое бетонирование на стройках Кузбасса и Алтая /3/. Затем в 1968 г. электроразогрев смеси включили в план Новой техники Госстроя СССР и в СНиП ШВ-1.70 с указанием «надлежит применять».

При бетонировании выяснилось, что 80% потерь происходит за счет испарения. В Главновосибирскстрое 90% всего объема бетона в 1970-х гг. стали укладывать в стальную неутепленную опалубку. Приехавшие в страну делегации Франции и Канады убедились в эффективности электроразогрева смеси. Во Франции был налажен серийный выпуск электроразогревательных устройств.

При этом экономится большое количество электродов, проводов и отпадает надобность в подогреве заполнителей и прогреве бетона, нарушающем его структуру и тормозящем реакции.

Искажение электроразогрева смеси

После того как строители убедились в простоте и эффективности электроразогрева смеси, началось его массовое освоение по стране. Однако с выпуском большегрузных самосвалов пришлось раздвинуть расстояние между электродами в бункерах, в результате чего электромагнитное поле исчезло.

ЦНИИЭП жилища в 1970 г. объявил, что электромагнитного поля нет и не было, и назвал метод «горячим формованием». Было изготовлено 300 типов различных электроразогревательных устройств, использующих только тепловой фактор.

Температуру разогрева повысили с 50 ^оС до 90-100^оС, удлинили время разогрева с 3 до 15 минут и стали утеплять бункера. Это привело к обрастанию электродов, обгоранию цемента, а также к замыканиям. Ввиду отсутствия магнитного контура все электроны вылетали, что обусловило ухудшение физико-механических свойств бетона, включая снижение его прочности.

Строителей убедили, что электроны при электроразогреве не возникают, а действует только тепловой фактор. В такой редакции это положение было включено в учебники строительных вузов.

Академик Н.Н. Семенов доказал, что на рост прочности бетона тепло практически не влияет, а сильно влияют радикалы, т.е. неспарившиеся электроны /4/. Воздействие электромагнитной энергии (электронов) в 1012 сильнее, чем воздействие тепловой энергии, хотя электроны и вылетают. Если их, электроны, удержать, то они образуют ковалентные связи, которые значительно сильнее ионных и других; в этом случае будут протекать цепные реакции /4/. Природа – материя электрическая, и все атомы вещества состоят из заряженных электронов по таблице Д.И. Менделеева.

Возрождение электроразогрева смеси

Электроника прочно вошла в радиосвязь. Академик П.Л. Капица, общепризнанный лидер электромагнетизма, убежден: «Будущее электроники - в энергетике», только надо научиться удерживать электроны /5/ . Еще в 1785 г. Кулон открыл закон притяжения зарядов электронов и замерил его силу. Эта кулоновская сила оказалась прямо пропорциональна произведению зарядов (электронов) и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Она была аналогична силе всемирного тяготения, но больше в 1047 раз. Преобразуя формулу Кулона, получили, что прочность зависит от напряженности электрического поля (пат. 221.49.12).

Во Владимирском госуниверситете впервые изготовили виброэлектрореактор типа «труба в трубе» и вдвое повысили напряженность электрического поля, где наружная труба служила замкнутым магнитным контуром. Для непрерывного вибродвижения бетонной смеси установили вибратор. Такое устройство было запатентовано в 12 крупнейших странах.

В 1985 г. Минстрой СССР рассмотрел результаты работ, а Минстрой РСФСР утвердил Временные технические условия – ВТУ-90, в которых отмечается, что расход цемента сокращается в 1,5-2 раза, электроэнергии - в 4-5 раз, металла - в 5-7 раз и трудозатраты - в 3-4 раза.

В 1990-х был изготовлен синергогенератор, в который добавили синергетические и другие воздействия, как то барботацию, давление, и применили литую смесь. Это усилило хаос, который может быть источником порядка /6/. Стоимость конструкций сократилась более чем в 2-3 раза.

Студенческие научно-производственные отряды организовали производство изделий с электроразогревом смеси на стройках Владимира и Санкт-Петербурга. Достижение прочности к полугоду – 300%.

Аспирантами при различных режимах и с использованием разных составов были изготовлены 62 балочки, которые набрали прочность более 1000 кг/см ². При этом разогревали смесь до прекращения роста силы тока, т.е. не более 3 минут. Таким образом, полностью отказались от электротепловой обработки и утепления, которые приводили к схватыванию и обгоранию цемента. В результате прочность и долговечность бетона резко повысилась.

Виброэлектробетонирование начали применять одновременно в 15 областях, но в 1990-е Минстроя не стало.

Солнечная электронизация бетонов и растворов

В 2000 г. Нобелевскую премию вручили вице-президенту Российской академии наук Ж.И. Алферову. Он доказал, что солнце – огромный естественный термоядерный реактор, посылающий на нашу планету большой поток электронов и других частиц. Кремний их легко усваивает и отдает /7/. Джон Бардин, единственный дважды лауреат Нобелевской премии, вместе со своими сотрудниками объяснил это явление. Н.Г. Басов, создатель полупроводниковой электроники, считает, что хотя большая часть энергии теряется, оставшейся энергии достаточно ввиду огромной ее силы. В 1992 г. Р. Маркус получил Нобелевскую премию за разработку механизма химической реакции с участием электронов.

В бетонах и растворах кремния более 50%. Для отработки новой технологии во Владимирском госуниверситете учебно-исследовательскую работу студентов включили в учебный план. Эксперименты проводились на различных составах бетонов и растворов. За 5 лет работы обучено более 600 студентов.

Установлено, что время разогрева смесей сократилось в 20-30 раз по сравнению с обычным разогревом, а электропроводность смеси повысилась в 8-10 раз. При этом обнаружили, что после отключения от сети по проводам шел ток. Это подтвердило, что это - не электроны цепи, а электроны, посланные солнцем, что и объясняло высокую прочность, поскольку и в первых экспериментах всегда после отключения выходил ток /7/. Таким образом, электроразогрев смеси можно с полным правом назвать электронизацией бетона /8/.

Такое повышение прочности дает возможность создавать новые, более экономичные архитектурные формы, что еще больше снизит стоимость бетона, а значит, и строительства.

Итак, чтобы электронизировать бетоны и растворы, надо их не нагревать, а вырывать электроны из кремния высокой напряженностью электрического поля и удерживать замкнутым магнитным контуром.

Дело за широким внедрением

Прошло более 50 лет со дня первых исследований, и в 2010 году исполняется 50 лет со дня внедрения технологий в производство, а также 30 лет исследований в университете с участием 20 кафедр. За это время проведено 12 научно-технических конференций. Опубликовано более 500 научных статей и получено свыше 40 патентов, в том числе 12 - из крупнейших стран мира.

За последние полвека уложено около 100 млн м ³ бетона с электроразогревом смеси. Почти миллион кубометров бетона уложен на строительстве Западно-Сибирского металлургического завода. Десятки миллионов кубометров бетона с электроразогревом смеси уложены на стройках Урала, Сибири и Поволжья. На Крайнем Севере, под Воркутой, в 1971 г. с использованием этого метода возведен мост длиной 500 м через реку Аяч-Ячу.

Роберт Гук (1635–1703) Шарль Огюстен Кулон (1736-1806)

Таким образом, электроразогрев смеси, превратившийся в электронизацию бетона, создает возможность использовать солнечную энергию в строительстве на основе эффективного применения законов фундаментальных наук. Не надо забывать законы строителей - Гука (для учета снижения прочности конструкций) и Кулона (для повышения прочности конструкций). Это гарантирует исключение аварий, снижение стоимости строительства в 2-3 раза и позволяет выйти из кризиса, а следовательно, решить жилищную проблему.

Библиографический список:

1. Арбеньев А.С. От электротермоса к синэргобетонированию. Владимир.1996. 272 с.

2. Труды международных конференций по проблемам ускорения твердения бетона при изготовлении сборных железобетонных конструкций. М Стройиздат, 1968, 400 с.

3. Арбеньев А.С. Бетонирование в зимних условиях с электроподогревом бетонной смеси. – ЦНИИОМТП: Стройиздат, 1963. 34 с.

4. Семенов Н.Н. Цепные реакции. Л.:Госхимиздат, 1934. 556 с.

5. Капица П.Л. Электроника больших мощностей и физика плазмы. М.: Наука. 1962. 403 с.

6. Пригожин И.Р.,Стенгерс И. Порядок из хаоса.: М., УРСС, 2003. 312 с.

7. Алферов Ж.И., Бородин В.И. Земные профессии солнца. М.: Советская Россия, 1981. 88 с.

8. Арбеньев А.С. Возможности элетроразогрева бетонной смеси // Вестник РААСН выпуск 13. 2009. С. 5-12.