Вода, лед и пар в строительных технологиях и материалах

Сравнительно недавно ООН в знак исключительного значения воды для мировой цивилизации установила всемирный праздник – «День воды», который отмечается 22 марта.

В сознании человечества всего три явления существуют одновременно в трех ипостасях:

• явление Божественное: Бог-Отец, Бог-Сын и Дух Святый;
• явление космическое: солнце источник тепла, света и жизни;
• явление Земное: вода в трех агрегатных состояния – жидком, твердом и газообразном.

О воде написано множество трудов: от псевдонаучных изысков Алана Чумака и Эмото Масура, до сочинений таких столпов науки как Д.И. Менделеев и В.В. Вернадский. Единственно, в чем ученые солидарны, так в том, что без воздуха жизнь на Земле может продолжаться, а вот без воды ни как не возможна.

Во многих зарубежных странах, испытывающих водный голод, объем научных исследований о воде, ее свойствах и структуре многократно превышает российские изыскания в этой области.

Возникает удивительный вопрос: почему российская наука так старательно избегает дискуссий на тему воды, современных водных технологий и водных материалов?

Данная работа лишь робкая попытка осветить многогранную водную проблему в строительстве и в жестких рамках журнальной статьи ее даже в общих штрихах не обозначить. Но время обстоятельного разговора о роли воды и пара, льда и снега в строительных технологиях и материалах уже давно назрело.

1. Вода обыкновенная: чудеса, легенды и факты

Казалось бы, что нового и интересного можно узнать о простом химическом соединение H2O – воде? Жители Земли настолько привыкли к воде, что для них обычны дождь и снег, течение рек и гладь озер, простор морей и ледяной покров гор. Они справедливо гневаются, когда в смесителе и сливном бачке нет воды, и приходят в ужас, наблюдая стихийные явления цунами и наводнений.

Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, химическом строении живых организмов, формировании климата и погоды. Вода является важнейшим веществом для всех живых существ на планете Земля.

Человек устроен так, что вода составляет 65% от его общего веса. Вода непременный участник всех сложнейших биохимических процессов переработки поступающей в организм пищи. Только в процессе питания люди потребляют за один год 16 м³ чистой питьевой воды. В 5 раз больше – около 300 м,³ – человеку необходимо и для удовлетворения других жизненных потребностей.

Вода естественный санитар человеческого организма – с ее помощью из организма выводятся все вредные и ненужные отходы обмена веществ, – в виде мочи, кала и пота, которые засоряют окружающую среду, и, как минимум, нужны водные технологии их очистки и переработки.

Люди издревле наделяли воду чудодейственной силой, видели в ней первооснову всего и всея. Во всех известных легендах о происхождении мира главная тема – первородство вод, – вод безжизненных или «мертвых».

О «живой» и «мертвой» воде мы наслышаны с детства. Став взрослыми, мы без удивления узнаем, что в реальном мире существует «мертвая» вода, в которой нет ничего живого: израильское Мертвое море, Большое Соленое озеро в Америке, множество соляных и кислотных водоемов.

По книге Бытия, жизнь на земле возникла тогда, когда вода начала «рожать», путем оживляющего проникания «Духа Божьего» в мировые воды. Действительно органическая связь жизни с водой, в ее различных видах и формах наблюдается повсюду.

Даже закоренелые атеисты убедились в целебных свойствах «Святой воды» и в праздник Крещения выстраиваются у православных храмов и купелей в многочасовую очередь, чтобы запастись чудесным напитком и окунуться в прорубь. По убеждению воцерковленных христиан, Крещение Христа в водах Иордана освятило само естество воды, и явило миру великое чудо. Ученые уже два тысячелетия пытаются, но бессильны, объяснить уникальные качества «Святой воды».

Академик А.П. Карпинский назвал воду «наиболее драгоценным ископаемым». Ученый утверждал (а другие подтвердили), что запасы воды на Земле составляют около 1359 млн км³. Но вот беда – лишь 3% из них, – то есть 40 млн км,³ пригодны для питья и приготовления пищи. Однако теоретически ее должно хватить на 1 трлн населения планеты.

Но гладко было на бумаге. Цифры вещь скучная, но необходимая для наглядности. Получается, что каждый представитель вида Homo sapienssapiens потребляет около 360 т питьевой воды в год, и примерно таким же объемом своих экскрементов травит нашу планету.

Для того, чтобы вырастить только один килограмм растительной пищи требуется примерно 2 т воды, а для 1 кг мяса – в 10 раз больше. В любых технологических процессах промышленности, при производстве строительных материалов и строительно-монтажных работ вода также является незаменимым компонентом. Причем вода по своим биохимическим данным необходима та же, что и для человека.

По расчетам ученых, если жить в гармонии с природой, то чистой воды вполне хватит и для 100 млрд человек. Однако всем известно, что человек уже давно нарушил эту гармонию. Добыча угля и нефти, производство стали, синтетического волокна и бумаги, работа тепловых и атомных электростанций нуждается в сотнях и тысячах км³ воды.

2. Мифы о воде

В наше время неуклонного роста населения Земли, бурного научно-технического прогресса и урбанизации – пресная вода, поистине всеобщий источник жизни на земле, – стала уже дефицитным ископаемым, стратегическим сырьем и предметом межгосударственных конфликтов.

Как только Крым вернулся в состав России ее сосед – «самое европейское и самое демократичное» украинское государство не поленилось «понадкусать» водные ресурсы полуострова, то есть, попросту прекратив поставки питьевой воды по каналу из Днепра. Реальная угроза гуманитарной катастрофы в Крыму мировое демократическое сообщество совершенно не обеспокоило.

С 1992 г. в поселке Слюдянка, что уютно расположился на берегу знаменитого и священного озера, предприимчивые американцы штамповали кубики льда размером 5х5х5 см, и продавали их по всему миру под беспроигрышным брендом «Лед Байкала – самый чистый в мире». Прибыль получили баснословную – почти 4000%. Но американские экономические санкции, попомнили «русскому сиволапому медведю», что транжирится стратегическое российское сырье, и прибыльную лавочку прикрыли.

Какой невообразимый скандал подняли наши добропорядочные западные партнеры. «Русские варвары пытаются задушить человечество жестокой рукой водного голода». «ООН обязана взять общемировое достояние – Байкал под свою юрисдикцию». Таковы далеко не самые агрессивные темы зарубежных СМИ.

Безусловно, что национальным достоянием и национальной гордостью России является уникальное, естественное воспроизводство пресной воды в озере Байкал. Безусловно, вода – стратегический национальный продукт России. Безусловно, Россия – страна, богатая водными ресурсами.

И здесь россияне дружно декларируют: «По запасу пресных вод Россия – впереди планеты всей». К сожалению, это не более чем миф.

По валовым запасам пресных вод наша страна занимает второе место в мире после Бразилии, а по водообеспеченности на душу населения – третье место после Бразилии и Канады.

В Бразилии и США наблюдается благоприятная константа равномерного распределения водных ресурсов по месяцам года. А в России значительная часть годового стока (от 40% до 60 %) на абсолютном большинстве наших реках проходит в период паводка.

Распределение воды по территории Российской Федерации крайне неравномерно и не соответствует размещению основных производственных мощностей. Так, на Европейскую часть страны, где проживает до 80% населения, выпадает лишь 8% речного стока, в то время как в Байкале сосредоточено 88% нашей пресной воды.

Нельзя назвать благоприятным и режим осадков. Прогнозируемые изменения климата, похоже, только ухудшат картину в связи с возрастанием неравномерности распределения осадков по месяцам.

Острой проблемой является завышенное потребление воды отечественной промышленностью. Так, если в Германии на производство 1 единицы ВВП тратится менее 1,5 тыс. м³, то в России этот показатель достигает 4,5 тыс. м³.

Крайне безалаберно построена система технологического обеспечения нашего строительного комплекса пресной водой. Полагают что в 2013 г. на его водоснабжение затрачено 5,2 км³ чистой пресной воды (5 200 млн м³). Много это или мало?

Во-первых, во многих строительных организациях статистический и аналитический учет водных расходов просто не ведется. А во-вторых, списывают затраты на водоснабжение и водоотведение «валом», как накладные расходы.

Строительные аналитики (и наши и зарубежные) не шутят, предупреждая о том, что 2015 г., впервые за всю многовековую историю, российская строительная отрасль столкнется с проблемой, когда стоимость затрат на основные конкурентные материалы: цемент и металл сравняется с затратами на водопотребление и водоотведение. При возросшей цене 1 м³ воды при водоснабжении до 24–25 руб. и водоотведении до 26–28 руб. это более чем реально.

3. Вода на стройке: друг или враг?

Так же, как и в главных отраслях жизнедеятельности человека, в строительстве основой являются физические, химические и электрические законы природы. Опираясь на них, современное строительство использует тысячи разнообразных строительных материалов, из которых при помощи определенных строительных технологий и возводится здание или сооружение.

Вода, в том или ином агрегатном состоянии, присутствует во многих природных материалах и, как правило, является обязательным компонентом строительных композитов, а тонкие водные пленки в нанотехнологии рассматриваются как нанообъекты.

Вода повсеместно доминирует в строительной технике: в качестве текучего транспортирующего средства, например, при укладке бетона и его твердении; при уходе за бетоном в процессе застывания; в качестве разбавителя для приготовления клеев и красок; для очистки поверхностей и многих и многих иных целей.

Лишь в 2012 г. молодые башкирские ученые под руководством д.т.н. Э.И. Мулюкова разработали вполне приемлемую классификацию видов воды во всех трех ее агрегатных состояниях в приповерхностной зоне земной коры. За неимением другого логического порядка определения структуры и таксонов воды, на сегодняшний день классификация доктора Мулюкова наиболее соответствует современным требованиям строительной науки. Классификация разделяет жидкую фазу воды на три класса: свободную воду в 5 видах и 14 разновидностях; воду связанную или аномальную в двух видах и 6 разновидностях; воду переходного типа в трех видах и 5разновидностях.

Главный интерес для строителей представляет свободная вода на поверхности грунтовых массивов. Перспективно и заманчиво использование аномальной воды в ее мономолекулярных и полимолекулярных разновидностях. Однако строительная наука пока не имеет веских оснований к ее использованию по причинам экологической безопасности.

Умудренные опытом строители четко разделяют цикл возведения здания (сооружения) и период его эксплуатации.

Так вот, в первом случае действительно «…– без воды и ни туды, и ни сюды» и она, прежде всего, помощник, ее негативное воздействие обычно списывают как статистическую ошибку.Но в процессе эксплуатации помещений вода становится неприятелем. Расхожее мнение – «вода это жизнь», эксплуатационниками воспринимается как издевательство над их убеждением – «вода это постоянная головная боль».

Список полезных качеств воды успешно и во благо применяемых в строительстве, светило российской науки Д.И. Менделеев «со товарищи» изложил в статье «Вода» Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона, аж на 34 листах. Нам до них дотянуться – «кишка тонка».

На сегодняшний день первое место среди весьма полезных и удобных качеств воды, следует отдать возможности рационально ее транспортировать на большие расстояния по трубопроводам и отводить технологические стоки от объектов проведения работ по системам канализации.

Успешно используются в строительной промышленности и строительстве полезные качества воды как универсального и незаменимого разбавителя минеральных вяжущих веществ, минералов, солей и оксидов.

В третьих, в строительном комплексе России, медленно и с великими трудами, реализуется долгосрочная программа максимального сбережения и предельной экономии водных ресурсов.

В условиях эксплуатации объектов строительства лидером в списке факторов, разрушающих конструкции зданий и сооружений, является вода, потому,чтозамерзая, она увеличивается в объеме. Просачиваясь в жидком виде в трещины конструкций и покрытий и превращаясь в лед, вода разрывает их. Кроме того, водяной пар, попадая в конструкции, ослабляет их защитные теплоизоляционные и звукопоглощающие свойства. При атмосферных осадках из воздуха на поверхность строительных конструкций могут транспортироваться вредные, разрушающие вещества.

Истинным бичом и строителей, и эксплуатационников является высокий уровень грунтовых вод. При нарушении технических нормативов строительства и эксплуатации они превращаются в трудно разрешимую проблему.

Бороться с этим негативным явлением возможно лишь воздействием отрицательных температур и использованием положительных свойств мерзлых грунтов.

4. «Делу строительному полезен русский холод»

Именно так утверждал И.Т. Посошков в своем экономическом труде «Книга о скудности и богатстве». Написан он «подлым» (простым народным) языком в 1724 г. и предназначался одному читателю – Великому Петру. Задолго до Ломоносова, Менделеева, Вернадского и Петрянова-Соколова русский купец-самоучка осмелился утверждать, что «холодный климат благо России, дела предпринимательства и строительства».

Само слово «Россия» вызывает ассоциации с огромной территорией, вечной мерзлотой и водкой для согревания плоти и поднятия духа в зимние вечера.

Общеизвестно, что территория России находится в наиболее неблагоприятном, холодном климатическом поясе. Ежедневные метеорологические наблюдения показывают, что самые холодные точки на земном шаре приходятся на один из районов России. Неудивительно, что максимально низкие температурные режимы, когда-либо зарегистрированные вне пределов Арктики и Антарктики, также относятся к России.

То, что Россия расплачивается за свой холодный климат комфортом жителей и экономической неэффективностью – совершенно очевидно. Вопрос в том, почему, и какова цена холода?

Удивительно, что вторая составляющая более всего интересует Американский центр социальной и экономической динамики Института Брукингса. В качестве основного мерила предложен простой индекс – «температура на душу населения», или ТДН. В своих исследованиях о влиянии холода ТДН базируется на средних значениях температуры января, как самого холодного месяца.

Взвешенные оценки показывают, что понижение ТДН на один градус приводит к сокращению валового внутреннего продукта на 1,5–2%. По этим подсчетам ежегодно выплачиваемый арктическими государствами «налог на холод» находится в границах 2,25–3% ВВП.

Естественно, у России пресловутая ТДН гораздо ниже, чем в США и Канаде, не говоря о скандинавских странах. Мудрые американские ученые делают вывод: российская экономика просто «крякнет» осваивая огромные территории за полярным кругом, которые по площади в два раза превышают аналогичные районы Канады, в 10 раз больше, чем на Аляске, и в 15 – по сравнению с Норвегией, Финляндией и Швецией вместе взятыми.

Выход, по мнению американских «пророков», один: ограничить территорию России с востока Уральским хребтом, и, заживут российские граждане в довольстве и богатстве. Ну, а территории, на которых найдены треть мировых запасов полезных ископаемых и 28 % питьевой воды, так и быть, придется «в ущерб себе» забрать американской экономике.

Однако российских граждан более всего тревожит первая составляющая вопроса. Почему русский народ перестал дружить с холодом, а российские строители крайне неэффективно используют благо Божье – разновидность твердой фазы воды, – вечную мерзлоту.

Вечная мерзлота... Площади, скованные ею, составляют четверть поверхности всей земной суши. Это территория в 10 млн км², что равняется всей Европе, – такую поверхность в России занимает вечная мерзлота. Это 75% всех земель нашей страны, и расположены они вдобавок преимущественно в районах наибольшего сосредоточения природных богатств.

Освоение территорий вечной мерзлоты всегда связано со строительством. Современные строители получили в наследство от предшественников, убедившихся в ее коварстве, не один печальный пример из опыта.

Две неприятности ожидают строителей в зоне вечной мерзлоты. Первая – это просадка при оттаивании мерзлых, насыщенных льдом оснований под фундаментами зданий, насыпями железных и шоссейных дорог, покрытиями аэродромов. Вторая — это выпучивание свай, фундаментов, опор мостов, оснований линий электропередач и т. д.

Строить на вечной мерзлоте сложно еще и потому, что ее свойства, в первую очередь температура и механические характеристики, теснейшим образом связаны с природной средой. Достаточно уплотнить или удалить снег зимой, снять растительный покров или осушить территорию, как свойства вечной мерзлоты начинают кардинально меняться. Сооружения будут устойчивыми, если сохранять стабильность вечной мерзлоты и по возможности не тревожить ее. Как этого достичь, особенно под зданиями, выделяющими тепло?

Если заглянуть в историю, то можно обнаружить, что еще в конце 20-х гг. XX столетия мерзлотоведы предложили строителям устраивать между фундаментом здания и его вечномерзлым основанием воздушную теплоизоляцию. Лучше всего для этого подходят свайные фундаменты. Сваи помещают в пробуренные скважины, и они вмораживаются в вечную мерзлоту с таким расчетом, чтобы силы смерзания сваи с вечной мерзлотой были намного больше сил выпучивания, действующих на сваю в слое вечной мерзлоты.

Первым промышленным сооружением на сваях стало здание Якутской тепловой электростанции. Прошло более 60 лет эксплуатации этой постройки, а она совершенно не деформировалась.

В последние годы конструкции свай на вечной мерзлоте были улучшены. Несущие сваи стали делать холодными: в них помещают охлаждающие устройства – термосифоны, наполненные незамерзающим хладагентом (керосином, фреоном, аммиаком). Зимой вследствие естественной циркуляции хладагента вечная мерзлота еще сильнее охлаждается, что увеличивает силы смерзания и повышает несущую способность свайного основания.

Свайные фундаменты – наглядный пример того, как разновидность воды в ее твердом состоянии – вечная мерзлота, – может служить человеку.

Делу строительному полезен русский холод … и вечная мерзлота.

5. От детских забав к «нордическому» строительству

Большинство представителей населения Земли видели снег только в холодильнике. Снегопады в субтропической и тропической зоне нашей планеты весьма редки и приводят жителей южных стран в состояние коллапса.

Иное дело Русь-матушка. В центральных областях России зима хозяйничает более полугода. Россияне ворчат зимой лишь во время... бесснежья: «Достала эта гнилая погода – когда же снежок выпадет?», «Что творится с климатом – дети в снежки не могут поиграть!».

Снег – хорошее подспорье не только для забав ребятни. Роль снега в создании комфортных условий климата, увеличении плодородия почвы, поддержании экологического баланса значительна и разнообразна.

Но перед строителями, в первую очередь, стоит задача рационально использовать снег, как разновидность твердой модификации воды, в интересах предмета своей деятельности – возведения зданий и сооружений.

Идея зимних построек из снега, даже детям понятна. По крайней мере, тем детям, которым знакомо, что такое снег. Из него легко можно слепить снежок и снежную бабу. А вооружившись лопатой и пригласив на помощь друзей, по силам и снежный городок, а в лучшем случае можно и снежную крепость построить.

Предки современных эскимосов, населявшие арктическое побережье Северной Америки в районе залива Коронации и Медной реки, еще во второй половине Iтысячелетия н. э. научились строить хижины из снега – «иглу».

Они прочны и достаточно теплы, а для их возведения не требуются привозные материалы. Все что нужно, а это снежные брикеты и вода – всегда под рукой. Куски на стыках снежных брикетов необходимо оплавить и приварить друг к другу морозным швом. Внутри хижины можно спокойно разводить огонь: повышенные температуры только упрочняет свод. Внутренняя поверхность оплавляется, ровная ледяная пленка ослабляет теплообмен, и дальнейшее таяние снега прекращается.

Снег в Арктике и на Севере нашей страны – естественная среда обитания, устойчивое основание и дармовой строительный материал. Снежные дома и склады-холодильники прослужат как минимум до лета. Уплотнив снег, применив его искусственное охлаждение и создав надежную наружную теплоизоляцию можно добиться и круглогодичной эксплуатации сооружений из снега.

Главный враг подобных построек – ползучесть. Снег очень сильно деформируется, причем снежная постройка может просесть под собственным весом. С другой стороны, со временем снежно-ледяная масса укрепляется, «спекается» в монолит.

6. О русской смекалке и мудрости инженерной гляциологии

Протиснувшись в окошко, прорубленное Великим Петром в Европу, наши «либерально мыслящие баре» благостно обозрели раритеты римской эпохи – акведуки, мосты и шоссе и в «изумлении» обозначили транспортную проблему России: «На Руси две беды – дураки и дороги».

Но еще давным-давно, усиленно почесав голову и иные места, русские «Иванушки-дурачки», в отличие от римских легионеров, создали свою эффективную транспортную сеть, не требующую ни финансовых затрат, ни привлечения рабочей силы и дорогостоящих строительных материалов. Лишь только мороз скует водные покровы прочным льдом, уже и протоптана тропинка на другой берег, а по руслу реки проложена «дорога многоезженная» – ровная да гладкая, не чета римскому «шоссе».

На Руси рационально использовали развитую озерно-речную систему и особенности крайне сурового климата – летом передвигались и перевозили грузы по воде, а зимой – по снегу и льду рек, ручьев и озер. Однажды, оттолкнувшись от Каменного Пояса, «русские дураки», всего-навсего за полвека, так далеко прогулялись по водным путям и ледяному покрову Сибири, что даже смогли перебраться из Евразии в Северную Америку.

Ледяные транспортные объекты одно из основных направление практической инженерной гляциологии или в просторечии «ледотехники».

Легендарный пример ледотехники – стратегическая автомобильная трасса, проложенной по льду Ладожского озера или «Дорога жизни». Во время Великой Отечественной войны она спасла осажденный Ленинград.

В северных районах России в прежние времена и железнодорожное полотно нередко прокладывалось непосредственно по льду рек и озер. В качестве примеров таких магистралей можно вспомнить длительно существовавшую переправу через Байкал длиной в 45 км, а также ледяные переправы через Волгу у Саратова в 1928 г. и через Северную Двину в Архангельске в 1943–1944 гг.

Транспортные схемы «зимников» (ледовых трас и переправ) издавна использовались, используются и будут использоваться. В частности, «многия и многия лета» действует ледяная переправа через реку Лену у города Якутска. Длина ее более 18 км. Но это отнюдь не рекорд, а лишь расхожий пример.

В Якутии, которая по площади в 5 раз больше Франции, основные автотрассы – 34 тыс. км зимников и более 2 тыс. ледовых переправ.

Современная транспортная схема высоких российских широт просто немыслима без множества ледовых аэродромов, площадок подскоков и станций наведения. Посадка самолетов на лед стала обычным явлением лишь после создания в Арктике первых исследовательских станций и вынужденной практики организации аэродромнох служб в годы Великой Отечественной войны.

Примечательно, что все руководства по устройству зимников, ледовых переправ и аэродромов изданы под грифом НКВД СССР. Они написаны так толково, что современные инженеры-гляциологи устроили настоящую охоту за раритетами «тюремного» творчества.

Русские умельцы использовали лед как строительный материал рационально и с большой выдумкой, а порой и просто забавлялись.Особо угодил мастеровой люд в 1740 г. императрице Анне Иоанновне, охочей до всяких забав и развлечений. Пожелала она справить свадьбу своего придворного шута князя М.А. Голицына в ледяном доме.

Потеха потехой, однако, дом выглядел внушительно: около 17 м в длину и 6 м в ширину, построен из плит чистого льда, политого водой; двери, окна, архитектурные украшения, мебель, даже пушки перед домом – все изо льда.

Современные инженеры гляциологи тоже не обделены смекалкой. И строят они все: от транспортных объектов и ледяных плотин, до искусственных островов и жилых объектов.

Строители Арктики и Заполярья давно используют в качестве строительного материала ледобетон. Так называют лед с включенной в него галькой. Ледобетон настолько прочен, что при работе с ним нередко ломаются даже стальные зубья экскаваторов.

Другим вариантом ледобетона является лед с добавлением к нему древесной пульпы («ледопласт»). Материал этот выдерживает давление до 50 кг/см² и может быть использован в качестве заменителя при постройке плотин на реках Заполярья.

Армирование льда волокнистым материалом повышает предел его текучести и увеличивает прочность. При использовании хлопковых и древесных волокон прочность увеличивается в 2–3 раза, стекловолокно дает увеличение прочности до 8 раз. Древесные опилки и размельченный торф, смоченные водой и нанесенные на поверхность льда, хорошо предохраняют от таяния складские помещения изо льда и ледяные причалы. Промораживание водонасыщенных плывунных грунтов укрепляет стенки котлованов на стройках и избавляет от необходимости производить откачку воды, что приводит к удешевлению строительства.

Грех не вспомнить и иностранных инженеров-гляциологов – больших выдумщиков по части ледового зодчества и даже ледового кораблестроения. В 1942 г. в Великобритании возникла идея создания авианосца из… плавающего айсберга. Ввиду того, что он представляет собой сплошную глыбу льда, ему не были страшны торпеды и бомбы. Правительство Великобритании прельстилось и абсолютную дешевизну проекта.

Совместными усилиями Великобритании и Канады такой ледяной корабль водоизмещением 2 млн т был построен. Он имел форму параллелепипеда с толщиной стенок в 9 м, и возвышался над водой на 15 м. В верхней части его располагалась взлетно-посадочная полоса размером 600х50 м. На корабле было смонтировано 16 холодильных установок, которые поддерживали температуру стен около – 15°C. Благодаря работе 6-ти моторов мощностью 20 тыс. лошадиных сил айсберг мог перемещаться со скоростью 7 узлов. Все надстройки на нем возводились из смеси льда с древесными опилками, ибо этот материал в 4 раза прочнее льда, обладает ковкостью и оказывает примерно такое же сопротивление взрыву, как бетон.

Авианосец даже совершил пробное плавание весной 1945 г. В связи разгромом гитлеровской Германии объект не понадобился, и ледовый «мастодонт» мирно растаял. Сегодня проект пытаются реанимировать в свете задачи усиления британского влияния в Артике.

В аналогичных целях инженерные гляциологи Канады недавно создали искусственную ледяную платформу диаметром 100 м и толщиной 4 м. Такая платформа способна выдержать нагрузки 500–1500 т, использовать ее можно в течение 90 зимних дней.

Лед, очень доступный и экологически чистый материал, становится основным технологическим средством инженерной гляциологии XXI в.

7. Водяной пар на стройке

Пар водяной (газообразная вода) – одно из трех агрегатных состояний воды. В природе, по классификации Э.И. Мулюкова, он проявляется в трех видах: в деятельном слое грунта, составе геологических газов и приземном слое. Именно последний вид характеризуется как «атмосферный, приповерхностный пар», который издавна используется человечеством.

Универсальные свойства водяного пара давно и хорошо известны. Это одно из самых теплоемких, и наиболее доступных экологически чистых веществ в природе.

Банная процедура – национальная традиция не только русского народа, ибо не чурались пара и древние римляне, вполне разделяют его полезные качества турки и японцы, финны и «прочие шведы». Люди с незапамятных времен оценили не только целебные свойства водяного пара, но и пытались применить его огромный энергетический потенциал себе во благо и с максимальной пользой: для преобразования тепловой энергии в механическую, безопасного нагрева, участия в химических реакциях и т.д. и т.п.

Многое человеческому разуму удалось:начиная с XVIIв. паровые машины изобретали и запатентовывали одну за другой. Спустя два столетия, в XIX в., или как его еще называли, «веке пара и дарвинизма» помимо паровоза и парохода появилось паровое отопление и крекинг нефти, который и отправил паровые двигатели на заслуженный отдых.

Сегодня пар высокого давления весьма эффективно трудится в атомной и тепловой энергетике, вращая лопасти турбин. Однако и не заслуженно забытый пар низкого давления выходит на новый пик своей популярности, в том числе и в строительной сфере.

Опытные строители разумно используют преимущества водяного пара низкого давления: его максимальную теплоотдачу и минимальные потери энергии при производстве пара, возможность производства пара в условиях строительной площадки и практическую безопасность при эксплуатации пара в распределительных системах.

В строительной промышленности водяной пар незаменим для прогрева инертных материалов и битума, производства товарного бетона и при пропарке железобетонных изделий после заливки, в процессе изготовления пенополистирола, полистиролбетона и гофрокартона.

Водяной пар эффективно используется в технологиях просушки древесины, допостроечной подготовке керамических материалов и при переработке глины.

В условиях строительной площадки водяной пар применяют для обогрева бытовых и производственных помещений, их санитарной обработки. При отрицательных температурах с помощью водяного пара прогревают автотранспорт, технику и оборудование. Используется пар для очистки стройплощадок от снега и льда.

Применение пара в строительных технологических процессах используется практически неограниченно: от заливки бетоном строительных конструкций и дальнейшего подогрева этой массы до беспламенного удаления мусора.

Решение задачи по расширению сферы применения водяного пара в строительстве во многом облегчают парогенераторы нового поколения – высокомобильные, простые в устройстве и доступные на строительном рынке.

8. Перспективы и задачи развития знаний об инновационной роли воды в строительной сфере

«Отставание в изучении фундаментальных проблем воды тормозит развитие всех естественных наук, наука должна повернуться лицом к воде. С водой связаны фундаментальные научные проблемы, которые в полной мере еще не сформулированы, но они есть и их надо будет решать», – таково единое мнение руководства Российской академии наук и властей России.

Зарубежные ученые, занимаясь нанотехнологиями, нанообъектами и наноматериалами вплотную заинтересовались наноразмерным состоянием воды. Именно в тонких пленках наноразмерного измерения проявляется большинство аномальных свойств воды. В частности, американские и японские ученые абсолютно уверены, что в изучении ее в таком состоянии кроется перспектива узнать о воде, ее свойствах и структуре все или почти все.

Самого пристального внимания заслуживает открытый американскими учеными Ольберном и Кларком эффект интенсификации некоторых химических и биохимических реакций в замороженных растворах. Он имеет прямее отношение к технологиям сохранения пищи и биологических тканей в мерзлом состоянии, а в перспективе – к решению почти фантастической проблемы «вечной жизни» – введение людей в состояние глубокого анабиоза в космических кораблях и холодильных установках на Земле.

Швейцарским химиком Куртом Клейном открыта «сухая вода». Им установлено, что при взаимодействии воды (90%) и гидрофобной кремневой кислоты (10%) образуется стабильный белый порошок, которыйв лабораторных условиях преобразуется в лед, сохраняющийся при положительных температурах. Стоимость его пока весьма и весьма высока. Но при разработке малозатратных технологий из него можно воздвигнуть рукотворные острова в Арктике и Антарктике, сооружать всепогодные здания и сооружения в высоких широтах, прокладывать гигантские планетарные автострады.

Основным стимулом для подобных разработок стала «нордификация» экономики развитых промышленных стран: перемещение добычи углеводородных ресурсов под ледяные покровы Арктики, развитие гидроэнергетики и судоходства в высоких широтах.

Не остаются в стороне от проблем «нордификации» строительной отрасли и российские ученые. На протяжении последнего десятилетия в Якутском университете успешно ведутся эксперименты по усилению прочности искусственного льда. Ледяной монолит оказывается особо прочным, если его создают из переохлажденной воды (до –40°C) и под воздействием ультразвука. При вмораживании 5–10-мм шариков из полиэтилена в лед прочность его многократно увеличивается .

В терминологии российской инженерной гляциологии наряду с природным льдом стало популярным понятие «технический лед», который создается послойным или обрызговым намораживанием, с добавлением армирующих компонентов – песка, гравия, древесноволокнистых материалов, стекловолокна. Он более прочен и легко обрабатывается ножом бульдозера. Уже сегодня на строительных площадках Арктики и Крайнего Севера применяются ледобетон и пенолед, а также дереволед, песколед и пластолед.

Изучению свойств и структуры воды посвящены тысячи работ, как теоретиков, так и экспериментаторов. Но в России все они разрознены, их исследования не скоординированы. Все выше изложенное прямо касается и строительной науки: «Все исследования, касающееся воды в строительной сфере, должны координироваться из одного центра», – заклинают наши ученые. «На сегодняшний день такого центра нет», – тут же печально констатируют они.

Основная задача профессионального российского строительного сообщества в ближайшее время создать подобный центр ( институт, технопарк – название значения не имеет) и последовательно решить все водные проблемы. Российские ученые и инженеры потенциально способны и на великие открытия, и на методическую работу в этом направлении.

В заключение

«Какова роль воды в строительстве?» – вопрос далеко не простой. Все, что было рассказано о ней в данной работе далеко от совершенства, ибо во многих случаях дать полный и ясный ответ пока невозможно.

«А кому это надо?» – нам строителям: и практикам строительной площадки, и специалистам промышленности строительных материалов, и тем кто подвизается на ниве строительной науки. Ведь мы «…без воды и ни туды, и ни сюды». А под лежачий камень и вода не течет.