Человек — материал — среда обитания

Ответы на эти вопросы всю свою жизнь ищет доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РААСН, заслуженный деятель науки РФ Валерий Станиславович Лесовик. Валерий Станиславович известен как ведущий учёный в области строительного материаловедения. В этом году В. С. Лесовик вместе со своей кафедрой строительного материаловедения, изделий и конструкций выиграл грант. О нём мы и расспросили учёного.

Валерий Станиславович, в чём суть проекта, который получил господдержку?

Наша кафедра выиграла очередной грант РНФ «Научно-технические основы производства строительных композитов нового поколения для улучшения среды обитания человека с использованием промышленных отходов Белгородской области». Это фундаментальная работа, которая посвящена научным основам новых материалов, которые ещё не производятся ни в Белгородской области, ни в России, ни за рубежом. Все теоретические основы мы разрабатываем с использованием основных положений новой трансдисциплинарной науки геоника (геомиметика). Кстати, рождена эта наука была в нашем университете, её автор — ваш покорный слуга. Это наука, которая решает инженерные задачи с использованием результатов, полученных при исследованиях природных процессов. И данное научное направление является трансдисциплинарым, что очень важно.

Все крупнейшие достижения 20 века связаны с междисциплинарностью. Улучшение среды обитания человека — сложнейшая проблема. И именно трансдисциплинарность позволяет подключить для решения этой задачи учёных всех направлений — и физиков, и химиков, и биологов, и медиков, тех, кто занимается пищевой промышленностью, и конечно материаловедов. Почему? Потому что до 90% своей жизни мы находимся в окружении строительных материалов. В зависимости от того, как эти материалы защищают нас от негативного воздействия аномальных природных и техногенных процессов, зависит и качество нашей с вами жизни.

И как выигранный грант поможет решить обозначенную вами проблему?

Мы будем разрабатывать теоретические основы создания из материалов широкой номенклатуры. В том числе высокопрочных конструкционно-теплоизоляционных материалов, которые будут защищать нас с вами, в том числе, от шумовой агрессии. Не говоря уже о воздействии других факторов на наш организм. Почему? Потому что под воздействием вот этих процессов наш организм теряет свой иммунитет, и это проблема касается всей цивилизации. Эпидемия COVID-19 это подтвердила.

Поэтому наша задача как раз разработать такие материалы, которые будут нас защищать. При этом мы будем использовать новые виды энергосберегающего сырья. Это будут композиционные вяжущие с заменой 50% цемента на промышленные отходы КМА. Не секрет, что производство цемента вносит серьезный вклад в загрязнение окружающей среды. В мире сегодня производится около 5 млрд тонн цемента, при этом в атмосферу выбрасывается около 4,7 млрд тонн таких вредных веществ как CO2, пыль и т. д. Поэтому замена 50% цементной составляющей при производстве композиционных вяжущих позволит решить важнейшую задачу — экологическую.

Данные подходы мы теоретически обоснуем и в течение 3 лет будем проводить эксперименты по апробации наших теоретических положений. Данный грант — это фундаментальное исследование. Впоследствии, если какие-то наши фирмы или заводы захотят использовать наши достижения, тогда при их финансировании в рамках НИОКР для каждого завода непосредственно, для их оборудования мы предложим технологию внедрения данных разработок. Я думаю, что этим направлением обязательно заинтересуются и его будет развивать не только Белгородская область, но и другие регионы Российской Федерации, и даже зарубежные партнёры.

Валерий Станиславович, какова сумма гранта и на что она будет использована?

Грант рассчитан на 3 года. Общая сумма гранта — 21 млн рублей, то есть в год будет использоваться по 7 млн рублей. 50% этих средств пойдёт на приобретение необходимого оборудования. Остальные деньги — на зарплату, публикацию статей и прочие расходы. Мы намерены привлекать молодых исполнителей — у нас прописано в проекте, что 30% команды, которая будет реализовывать грант, составят именно молодые учёные — наши бакалавры, аспиранты, магистранты. Они будут не только принимать участие в сложных исследованиях, но и приобретать опыт, чтобы затем защищать диссертации, писать научные статьи.

Какое сырьё будет использовано для исследований?

В первую очередь это сырьевые материалы, промышленные отходы, которые имеются у предприятий Белгородской области. Но давайте вернёмся к истории вопроса. Дело в том, что наша область была организована и создана благодаря горной породе, которая называется железистый кварцит. Если бы такой породы не было в недрах нашего региона, то не было бы Белгородской области, не было бы Белгородского технологического института строительных материалов.

Я напомню историю его создания. После Великой Отечественной войны страна должна была развиваться большими темпами, нужны были полезные ископаемые, нужен был металл. И тогда учёным была дана команда разработать стратегию развития всех регионов Советского Союза. Перед нашим регионом была поставлена задача обеспечить страну сырьем для чёрной металлургии. У нас была создана Белгородская геологоразведочная экспедиция, которая бурила скважины при детальной разведке Лебединского и Стойленского месторождений железистых кварцитов. А вот керны попутно добываемых пород (пробы твёрдого вещества, представляющие собой цилиндрический столбик, отбираемый с целью изучения) возили нам, в 138-ю аудиторию главного корпуса — лабораторию моей кафедры.

И в чём состояла ваша задача?

Наша задача была сверхактуальной. Почему? Ну судите сами: стройиндустрия берёт срез с глубины до 100 метров. Ниже не выгодно, а при добыче железистых кварцитов в зону горных работ попадают кварцитопесчаники, породы сланцевой толщи, опытного использования которых в мировой практике не было. Мы впервые в мире, получив керны этих горных пород, изучали их минералогию и петрографию, химический состав и так далее. В общем, применяли все методы исследования, которые были возможны. Как раз тогда я использовал трансдисциплинарный подход. И именно тогда рождались основы науки геоники (геомиметики).

Мы изучили эти материалы, а затем разработали технологию изготовления многих строительных материалов с использованием данных пород. По результатам своих исследований, которые заняли 4 года, мы написали 4 тома научного отчёта. А вот по результатам наших отчётов и отчётов НИИКМА государственная комиссия по запасам утвердила запасы, в том числе и нерудных пород. То есть впервые в мире мы эти породы сделали полезными ископаемыми. Этим самым мы обеспечили развитие сырьевой базы нашей Белгородской области на столетие вперёд.

А как происходит обогащение железистых кварцитов?

При получении железорудного концентрата из железистых кварцитов используется магнитная сепарация: идёт дробление породы, помол, затем увлажнение, затем она проходит через систему магнитного поля, где частицы магнетита притягиваются. Те, кто видел, кто держал в руках железистый кварцит, знают, что блестящие полоски на нём — это магнетит, который имеет формулу Fe3O4. А всё остальное — порядка 72% — это отходы мокрой магнитной сепарации, которые обычно выбрасываются, поскольку нет опыта их применения.

Мы в рамках своей работы с использованием отсева дробления кварцитового песчаника, а также отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов будем разрабатывать композиты нового поколения, которые смогут нас защищать от негативного воздействия аномальных природных и техногенных процессов. Сейчас мы разработаем фундаментальные основы проектирования композитов. Мы должны изучить процессы структурообразования при твердении бетонных смесей и научиться управлять этими процессами. Полученный материал должен быть, с одной стороны, пористым, совмещающим в себе тепло- и звукоизоляционные свойства, а с другой — должен быть достаточно прочным, чтобы из него можно было строить и коттеджи, и высотные дома, а также использовать для создания архитектурных ансамблей города.

Какие первоочередные задачи вы ставите перед собой сегодня?

Начну опять же, с истории. В своё время в разных городах Советского Союза возводились унылые, однообразные постройки. Это объясняется тем, что в те годы нужно было быстро обеспечить людей жильём, а значит необходимо было быстро ввести в строй множество домов. Сегодня эти постройки выглядят угнетающе. Но унылому однообразию городов приходит на смену новая реальность. Сейчас будущее строительства, будущее архитектуры и дизайна определяется именно материалами нового поколения. Кстати, у нас есть предложения по концепции проектирования архитектурного памятника Курской магнитной аномалии в Белгородской области. Мы согласовали наше видение с Российской академией архитектуры и строительных наук, и там дали согласие рассмотреть вопрос об участии ведущих архитекторов Российской Федерации в создании архитектурного ансамбля, который не имел бы аналогов в мире.

Кроме того, я считаю, что необходимо сейчас поставить задачу и губернатору нашему, и областной Думе, чтобы со временем превратить город Белгород в город-наукоград. Это нужно для того, чтобы улучшить жизнь каждого человека. И дальше — для реализации всего, о чём я говорил выше, нужны изменения в законодательстве Российской Федерации. Например, предприятие, которое будет использовать промышленные отходы, должно получить субсидию, чтобы у него был стимул. Ведь в мире в настоящее время ежегодно образуются десятки миллиардов тонн отходов, которые не используются и загрязняют окружающую среду. А при объявлении конкурсов на финансирование различных работ в смету необходимо закладывать от 2 до 5% расходов на научные исследования.

Чем ваши исследования могут помочь поколению нынешнему и будущим поколениям?

Наша задача сейчас — разрабатывать технологию. А на основе этих разработок мы будем использовать в том числе и бетонный лом, обломки разрушенных зданий и сооружений для разработки таких материалов, которые мы могли бы использовать для восстановления разрушенных городов. Почему меня данный вопрос очень интересует? Я был в Сирии 5 раз — в своё время читал лекции в университетах Хомса и Алеппо. И когда спустя время я видел эти разрушенные города, мне становилось просто страшно.

Сейчас мы в рамках международного научного-образовательного центра «Теория и практика восстановления разрушенных городов» совместно с сирийским университетом проводим работу, чтобы на базе одного из городов Сирии внедрить наши разработки. Есть разрушенный город, есть фрагменты разрушенных зданий и сооружений. Из них мы создадим новые материалы — композиты нового поколения, а затем построим новые здания на том самом месте, где они находились. Причём всё это без привлечения каких-то новых сырьевых ресурсов в огромном количестве. Сирийцы ухватились за эту идею и сейчас ищут финансирование для этих целей. Я предложил им привлечь бизнес — иностранные корпорации, богатейших людей мира, для того, чтобы затем в этом восстановленном городе на каком-то историческом месте были написаны на века фамилии этих людей, которые будут финансировать создание нового облика города из обломков зданий и сооружений. И эта тема имеет очень большое будущее. Поскольку речь не только о разрушенных войной городах идёт — такие же подходы могут быть использованы в тех местах, где здания и сооружения были разрушены природными стихийными бедствиями — наводнениями, смерчами, землетрясениями, а также при реализации программ реноваций.

Сегодня всей мировой цивилизации нужны новые природоподобные технологии, которые не наносят урон окружающему миру, а существуют с ним в гармонии и позволяют восстановить нарушенный человеком баланс между биосферой и техносферой. Собственно, это и есть поддержка основного концепта моей науки геоники (геомиметики) — «Человек-материал-среда обитания».