Анализ современных тенденций внедрения новых строительных технологий и материалов в экономически развитых странах мира позволяет утверждать, что основой динамичного внедрения в практику на ближайшие 10-20 лет станут материалы и технологии, полученные на основе достижений и разработок в области нанотехнологий. По прогнозам ученых-экономистов, к 2015 году стоимость нанотехнологической продукции в общемировом промышленном производстве должна составить 1 трлн. долларов. Бурное развитие нанотехнологий, с одной стороны, предполагает использование достигнутых результатов фундаментальных исследований в прикладных областях строительной науки, а с другой — само развитие нанотехнологий невозможно без новых подходов к проектированию и строительству объектов.

 

Действительно, производство нанотрубок или любых других нанообъектов невозможно разместить в зданиях, предназначенных для традиционных промышленных производств. Производственные нанотехнологии ставят специфические задачи перед проектировщиками и строителями всех специальностей. Строгие требования к параметрам воздушной среды, температурно-влажностному режиму, акустическим и антистатическим параметрам помещений, виброизоляции определяют новые требования к проектированию зданий, их конструктивному и объемно-планировочному решениям, а также к выбору материалов и технологий, применяемых при возведении зданий. Символично, что именно конструктивная схема архитектора Букминстера Фуллера, подсказавшая Гарольду Крото и Ричарду Смолли строение структуры знаменитого соединения углерода С60, положила начало широким исследованиям в области нанотехнологий.

Результаты использования в строительстве достижений фундаментальных исследований в области нанотехнологий уже сегодня выглядят впечатляюще. Это конструкционные композиционные материалы с уникальными прочностными характеристиками, новые виды арматурных сталей, уникальные нанопленки для покрытия светопрозрачных конструкций, самоочищающиеся и износостойкие покрытия, паропроницаемые и гибкие стекла. Фантастически выглядят перспективы дальнейшего развития. Например, основания зданий с саморегулирующей системой компенсации усадок грунтов, несущие конструкции зданий, осуществляющие мониторинг собственного напряженно-деформированного состояния, ограждающие конструкции и кровли, аккумулирующие энергию солнца, покрытия, реагирующие на психофизическое состояние людей, фотокаталитические покрытия, — все это должно стать основой современного «умного дома» нового поколения.

К сожалению, перспективы развития прикладной отечественной нанотехнологии могут быть не такими оптимистичными. И дело здесь не в отсутствии талантливых ученых или недостатке финансирования. Беда в том, что выделяемые российским бюджетом деньги могут быть в очередной раз использованы на фундаментальные разработки, плодами которых воспользуются другие государства. Чем отличается «утечка мозгов» из страны от утечки идей? Принципиально ничем. И в том и другом случае государство берет на себя самую трудную и дорогостоящую работу — подготовить специалиста или заложить теоретическую основу будущих практических успехов. А что дальше? Реальные практические результаты, воплощенные в виде конкретных технологий и материалов, в большинстве своем получены в зарубежных научных центрах, хотя и учеными с российскими фамилиями. Согласно информации ректора МГУ, академика В. А. Садовничего, подготовка одного специалиста в МГУ стоит 400 тыс. долларов. Только выпускники МГУ ежегодно «увозят» за границу 120 млн. долларов. И это не считая научных разработок. Стоимость «утечки мозгов» из России за последние 10 лет оценивается в несколько сот миллиардов долларов!

К сожалению, цепочка, обеспечивающая во всем мире успех реализации научных идей и разработок от ее рождения до воплощения в законченную технологию, у нас в России разорвана и заканчивается на стадии фундаментальных исследований или в лучшем случае — на стадии НИОКР. Это в полной мере относится и к строительной науке. Отрыв прикладной науки от фундаментальной и наоборот приводит к появлению популистских «новаций» в виде бетона, модифицированного нанопорошками, стоимостью в сотни долларов за грамм, производимого с использованием дорогостоящего оборудования, отличающегося при этом повышением прочности бетона всего на 30 процентов.

Между тем практическое использование достижений фундаментальной науки в области нанотехнологий для строительства является стратегическим направлением развития прикладной строительной науки. В данном случае показателен зарубежный опыт. Так, например, современное производство бетонов и строительных растворов в развитых странах мира ориентировано именно на применение модифицированных составов. В отдельных странах уровень использования модифицированных бетонов и растворов достигает 100 процентов. Применение модификаторов позволяет создавать бетоны и строительные растворы различного функционального назначения с широким спектром заданных свойств. Индустрия модификаторов на сегодняшний день является высокоинтеллектуальной отраслью строительного производства, своего рода хай-теком строительства. Новым направлением в модификации бетонов и строительных растворов является применение ультрадисперсных, наноразмерных частиц. Работы в данном направлении проводятся в крупнейших компаниях, таких, как «Зика» (Швейцария), BASF (Германия), «Майти» (Япония), «Элкем» (Норвегия). Анализ публикаций и материалов конференций и симпозиумов, проводимых за рубежом по проблемам практического применения наноматериалов и технологий в последние годы, показал, что данному направлению уделяется особое внимание. В российских источниках также большое внимание уделяется использованию наночастиц при производстве строительных материалов, в том числе бетонов и строительных растворов. Однако в публикациях рассматриваются составы бетонов модифицированных наночастицами, зачастую не имеющие перспектив практического применения в силу высокой стоимости наномодификаторов.

Ситуация, сложившаяся в России с прикладными исследованиями в области нанотехнологий, кардинально отличается от развитых зарубежных стран. Основной вклад в прикладные исследования в строительстве за рубежом вносят научные подразделения промышленных компаний, разработки которых базируются на фундаментальных исследованиях крупных научных центров. Отечественные строительные компании, хотя и понимают необходимость этого, не в состоянии финансировать научные исследования в одиночку. Поэтому стратегической задачей развития нанотехнологий в строительстве является создание доступной инфраструктуры как для разработчиков, так и для потребителей новых строительных материалов и технологий. С этой целью современные подходы к разработке строительных технологий и материалов требуют кардинальной модернизации материальной базы научных и прикладных исследований, применения новых научных методик и использования уникального, как правило, дорогостоящего, оборудования для получения новых научных знаний о процессах формирования и свойствах материалов, получаемых на основе нанотехнологий. С учетом современного состояния материальной научной базы большинства научно-образовательных организаций, занимающихся прикладными исследованиями в области строительства, можно сказать, что без концентрации финансовых средств и координации исследовательских и прикладных разработок достичь прогресса в данной области вряд ли возможно. Основой в данном направлении должны стать центры коллективного пользования и единая открытая научно-образовательная сеть, объединяющая ученых, занимающихся фундаментальными и прикладными исследованиями. Обеспечить все научные центры страны современным научным оборудованием вряд ли возможно даже в условиях благоприятной экономической ситуации, а вот обеспечить возможность доступа к современному оборудованию каждому ученому и дать возможность реализации свежих идей — это реально, и путь к этому — создание научно-образовательных инновационных центров с открытым доступом к их материально-технической базе. Любой желающий реализовать свои идеи и воплотить их в конечный реальный продукт должен иметь эту возможность, и задача таких центров — создать им все необходимые условия. Не секрет, что основной причиной «утечки мозгов» из страны является отсутствие возможности реализовать свои идеи в России. А причиной тому становится недоступность для многих ученых современной материальной базы, которая во многих случаях остается незагруженной и невостребованной внутри крупных научных центров.

Внедрение нанотехнологий в области строительства сдерживается также неготовностью специалистов-строителей воспринимать новый уровень развития строительных технологий и материалов. Это естественно. Без предварительной подготовки сложно понять, как при смешении разнородных и несовместимых на первый взгляд материалов в результате правильного структурирования получается материал со свойствами, нехарактерными для традиционных материалов. Без специально полученных знаний сложно разобраться, как ранее непроницаемые стекла оконных проемов способны пропускать пар или в зависимости от времени суток пропускать заданное количество света строго определенного спектра.

В данном случае неотъемлемым условием успешного внедрения нанотехнологий в строительстве является модернизация образовательного процесса в области строительства. Применение нанотехнологий в строительном производстве увеличивает потребность в высококвалифицированных видах труда. Междисциплинарный характер нанотехнологий и их динамичное развитие определяют новые подходы к образованию и в первую очередь предполагают его непрерывный характер и доступность, что в территориальных масштабах России невозможно без создания открытой сети дистанционного образования. Новые подходы соответственно требуют и новых образовательных стандартов, учебных программ и методик обучения, направленных в первую очередь на развитие системного междисциплинарного подхода. Реализация этих идей должна привести к нивелированию образовательных границ между очным, вечерним и заочным обучением и предоставить обучающимся свободный доступ к занятиям с лучшими преподавателями для любого гражданина России, независимо от его места проживания.

Реализация данных подходов в области строительных нанотехнологий предполагается на базе «Инновационного научно-образовательного центра», создаваемого в рамках инновационной образовательной программы МГСУ «Подготовка нового поколения специалистов в области строительства, создающих безопасную и комфортную среду жизнедеятельности». Основными задачами центра являются: создание общедоступной материально-технической базы коллективного пользования для проведения научных исследований и научного сопровождения инновационных строительных технологий и материалов; формирование открытой научно-образовательной сети в области строительства. И уже сегодня все заинтересованные предприятия и организации, ученые, преподаватели и студенты, работающие в области строительства, могут принять участие в формировании будущего российской строительной науки.
Андрей Пустовгар, к.т.н., доцент МГСУ