Флагман строительной науки на Кольском Севере (к 60-летию Отдела технологии строительных материалов ИХТРЭМС КНЦ РАН) Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 061.6:69(470.21)

ФЛАГМАН СТРОИТЕЛЬНОЙ НАУКИ НА КОЛЬСКОМ СЕВЕРЕ (к 60-летию отдела технологии строительных материалов ИХТРЭМС КНЦ РАН) Н.Н. Гришин, О.Н. Крашенинников, О.В. Суворова

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН

Аннотация

Дан краткий обзор 60-летней деятельности лаборатории строительных материалов, в дальнейшем отдела технологии строительных материалов (ОТСМ) ИХТРЭМС КНЦ РАН. По научным разработкам ОТСМ было организовано в Мурманской области производство рядового и цветного силикатного кирпича, шлаковидных плит, облицовочных каменных изделий, закладочных смесей из граншлаков комбината «Печенганикель», бадделеитового концентрата высокотемпературной изоляции из вермикулита Ковдорского месторождения, глазурованных панелей. Выполненными исследованиями установлены возможности получения на основе природного и техногенного сырья Кольского п-ова гидравлических и воздушных вяжущих веществ, бетонов (тяжелых, легких, ячеистых, мелкозернистых, декоративных, радиационнозащитных, огне- и жаростойких), керамических, огнеупорных и стеклокристаллических материалов. Результаты исследований представлены в 2000 опубликованных работах, в т.ч. в 21 монографии, 110 авторских свидетельствах и патентах. Разработки отмечены 22 медалями на международных и всероссийских выставках. Сотрудники ОТСМ принимают активное участие в подготовке инженерных кадров для строительной отрасли.

Ключевые слова:

отдел технологии строительных материалов ИХТРЭМС КНЦ РАН, основные результаты деятельности.

12 декабря 1952 г. постановлением № 656 Президиума АН СССР в Кольском филиале (КФ) АН СССР была создана лаборатория строительных материалов (далее - Лаборатория). Вначале она входила в состав Геологического института, с января 1961 г. была включена в состав создаваемого Горнометаллургического института, а в апреле 1966 г. переведена в ИХТРЭМС. По настоящее время подразделение такой направленности является единственным в системе отечественной академии наук.

Создание Лаборатории связано с необходимостью освоения богатейших минеральносырьевых ресурсов Мурманской области, и в первую очередь на начальном этапе - решением задач по изучению возможностей использования побочных продуктов медно-никелевого

производства комбината «Североникель» и отходов обогащения железорудного сырья Оленегорского ГОКа для получения строительных материалов.

Территориально Лаборатория размещалась в г. Мончегорске на освобожденных

комбинатом «Североникель» производственных площадях. Первым заведующим Лаборатории был специалист в области нерудных полезных ископаемых к.г.-м.н. Дмитрий Дмитриевич Теннер, бессменно руководивший лабораторией около 20 лет.

В этот период были достигнуты следующие основные результаты деятельности Лаборатории, с 1966 г. преобразованной в Мончегорскую группу лабораторий (МГЛ):

■ установлена возможность использования в производстве силикатных строительных материалов отходов обогащения оленегорских железных руд. На основании научных разработок

Лаборатории была внедрена технология получения силикатного кирпича из этих отходов и местных карбонатитов Ена-Ковдорского месторождения и построен завод в г. Оленегорске. За счет этого кирпича, объемы производства которого в годы интенсивного строительства в Мурманской области достигли почти 100 млн шт. в год, полностью обеспечивалась потребность региона в стеновых материалах;

■ доказана возможность применения огненно-жидких шлаков комбината «Североникель» для получения ряда строительных материалов: минеральной ваты, литого и пористого шлакового щебня, шлаколитых блоков и вяжущих материалов. Комбинатом «Североникель» на практике реализована разработка Лаборатории по организации промышленного производства минеральной ваты и минераловатных изделий, обеспечивающих многие годы потребность народного хозяйства Мурманской области;

■ изучен ряд перспективных месторождений облицовочного камня Кольского региона и заложены основы создания камнедобывающей и камнеобрабатывающей промышленности Мурманской области. Результаты исследований способствовали созданию нескольких предприятий по добыче и переработке облицовочного камня;

■ выполнен комплекс физико-химических исследований вермикулита и слюд Ковдорского месторождения. Постановлением Совета Министров РСФСР (№ 1293 от 25.09.1962) на КФ АН СССР была возложена координация исследований по проблеме вермикулита в целом по стране, основные задачи которой выполнялись коллективом Лаборатории;

■ установлена возможность использования гранулированных шлаков комбината «Печенганикель» для получения различных вяжущих: шлакощелочного, известково-шлакового цемента, шлакопортландцемента и бетонов на их основе. Совместно с Горным институтом КФ АН СССР была реализована технология закладки выработанных рудничных пространств смесями с использованием граншлаков комбината «Печенганикель».

К 1970 г. в состав МГЛ входили три лаборатории: синтеза силикатов (зав. лаб. к.г.-м.н. Д.Д. Теннер), физико-химических исследований вермикулита и слюд (зав.лаб. к.т.н. С.И. Хвостенков), природного камня (зав. лаб. А.Ф. Туркин); сотрудниками последней был создан Музей цветного камня (ст. инженер В.Н. Дав). Общая численность сотрудников МГЛ достигла 90 чел. Неоценим вклад ее ведущих сотрудников в развитие научных направлений и реализацию вышеуказанных разработок: с.н.с., к.т.н. Е.Е. Россинского, с.н.с., к.т.н. Л.А. Гудович, с.н.с., к.т.н. Б.А. Брянцева, с.н.с., к.т.н. Н.Ф. Брянцевой, с.н.с., к.т.н. Б.И. Гуревич, с.н.с., к.т.н.

А.П. Зосина, зав. лаб.

Рис. 1. Д.Д. Теннер, Е.Е. Россинский, С.И. Хвостенков, Л.А. Гудович, А.П. Зосин, А.Ф. Туркин

В феврале 1973 г. на базе МГЛ в структуре ИХТРЭМС был создан отдел технологии строительных материалов (ОТСМ) в составе лабораторий: технологии керамических материалов (зав. лаб., к.т.н. Б.А. Брянцев), технологии стеновых и облицовочных материалов (зав. лаб., к.т.н. О.Н. Крашенинников), технических и вяжущих материалов (зав.лаб., к.т.н. Маковчук, позднее к.т.н. А.П. Зосин), экспериментальных мастерских и группы оформления. Отдел занимал 2 лабораторных корпуса с технологическим отделением, здание камнерезно-шлифовальной мастерской и стендовых работ. Основной задачей ОТСМ являлась разработка эффективных технологий комплексного использования природного и техногенного сырья Кольского п-ова с целью создания эффективных строительных и ряда технических материалов и развития строительной индустрии Мурманской области.

Рис. 2. Б.А. Брянцев, А.П. Афанасьев, В.Н. Макаров

В ноябре 1975 г. было принято постановление Президиума КФ АН СССР о перебазировании Отдела из

г. Мончегорска в г. Апатиты, где ему передавался лабораторный корпус.

К 1978 г. был завершен окончательный перевод в г. Апатиты ОТСМ, руководимого в тот период (с 1973 г. по 1980 г.) к.т.н. Б.А. Брянцевым. В

дальнейшем заведование Отделом осуществлялось: д.г.-м.н. А.П. Афанасьевым (1980-1990 гг.), д.т.н.

В.Н. Макаровым (1990-2004 гг.) (рис. 2), д.х.н. Н.Н. Гришиным (с 2004 г. по настоящее время). Основные результаты деятельности ОТСМ в «послемончегорский» период (в скобках указаны ответственные исполнители работ):

• разработана технология керамических связок с использованием местного сырья для абразивного инструмента, запатентованная в 8 странах мира; разработка внедрена на ряде предприятий метало- и камнеобрабатывающей промышленности (к.т.н. Б.А. Брянцев, к.т.н. В.С. Кабанов);

• разработана технология цветного силикатного кирпича с органосиликатным покрытием, внедренная на Оленегорском заводе силикатного кирпича (к.т.н. Н.Ф. Брянцева) (рис. 3);

• исследовано ковдорское бадделеитсодержащее сырье и разработана технология

производства сталеразливочных стаканов из обожженного материала для промежуточных ковшей непрерывной разливки стали, а также плавленолитых блоков для печей выплавки кобальта; разработка реализована на Ковдорском ГОКе, освоившем выпуск бадделеитового концентрата. На основе кейвских и хизоваарских кианитов разработаны муллитсодержащие огнеупоры и порошки для точного литья по выплавляемым моделям, внедренные на

предприятиях авиапрома. Разработаны форстеритсодержащие огнеупоры из оливинитов

Хабозера и Ковдора; на ОАО «Северсталь» выплавлено 1 млн т стали при испытании промышленных партий (к.т.н. М.Е. Кононов и к.т.н. О.А. Белогурова (рис. 4), д.х.н. Н.Н. Гришин);

Рис. 3. С.н.с., к.т.н.

Н. Ф. Брянцева за исследованием хвостов обогащения Оленегорского ГОКа

Рис. 4. С.н.с., к.т.н. М.Е. Кононов, с.н.с., к.т.н. О.А. Белогурова -разработчики огнеупорных материалов

• усовершенствована технология однослойных стеновых панелей из легкобетонных смесей с использованием синтетического пенообразователя, реализованная в ПКПО «Апатитстройиндустрия», а также технология стеновых легкобетонных камней при полной утилизации пылей-уноса Мурманского завода шунгизитового гравия (к.т.н. О.Н. Крашенинников, М.А. Меос);

• изучено глинистое сырье месторождений Мурманской области и показаны возможности использования его для получения керамических изделий; технология глазурованных стеновых

панелей внедрена на Мурманском домостроительном комбинате (П.А. Кособокова, к.т.н. Б.И. Гуревич, Н.Ф. Щербина) (рис. 5);

• разработаны эффективные виды композиционных газобетонных изделий на основе техногенного сырья Кольского п-ова (к.т.н. А.А. Пак, Р.Н. Сухорукова (рис. 6);

Рис. 5. Н.с. Н.Ф. Щербина Рис. 6. С.н.с., к.т.н. А.А. Пак,

за обжигом керамических изделий н.с. Р.Н. Сухорукова - разработчики

композиционного полистиролгазозолобетона

• разработаны эффективные виды вермикулитсодержащих композиционных поропластов, негорючих кровельных покрытий, жаростойких бетонов, огнезащитных покрытий и заделок проходов электрических кабелей через строительные конструкции; внедрена технология тепловой изоляции вермикулитсодержащими смесями промышленных водогрейных котлов в ОАО «Апатит» (д.т.н. О.Н. Крашенинников, Г.В. Журбенко, к.т.н. С.В. Бастрыгина);

• для основных видов огнеупорного сырья Кольского п-ова теоретически обоснованы технологические решения получения высококачественных огнеупоров и разработаны высокотермостойкие огнеупоры нового поколения форстеритового и муллитового составов (д.х.н. Н.Н. Гришин, к.т.н. О.А. Белогурова);

• исследован ряд новых видов облицовочного камня Мурманской области и на основании рекомендаций группы камня создано несколько камнедобывающих и камнеобрабатывающих предприятий. Проведена геолого-экономическая оценка индустрии облицовочного камня (А.Ф. Туркин, Б.И. Бибиков, к.т.н. В.В. Лащук);

• изучены вскрышные породы горнодобывающих предприятий Мурманской области и установлены возможности их использования в строительстве (д.т.н. В.Н. Макаров, д.т.н. О.Н. Крашенинников, к.т.н. Т.П. Белогурова, к.т.н. В.В. Лащук) (рис. 7);

• систематизированы данные о влиянии геохимических процессов на состав и структуру серпентинов, определены области применения различных типов серпентинсодержащих материалов, в т.ч. для иммобилизации тяжелых металлов с перспективой утилизации токсичных остатков в составе вяжущих композиций (д.т.н. В.Н. Макаров, к.т.н. И.П. Кременецкая) (рис. 8);

• на основе изучения диаграмм состояния в системах: пироксены - полевые шпаты -кварц, пироксены - полевые шпаты и пироксены - полевые шпаты - оливины разработаны декоративные стекла, а также получены стеклокристаллические и керамические материалы с повышенными физико-химическими характеристиками на основе горнопромышленных отходов (д.т.н. В.Н. Макаров, к.т.н. Е.К. Назимова, к.т.н. О.В. Суворова);

• выполнен комплекс геоэкологических исследований, направленных на решение проблем комплексного использования минерального сырья Кольского п-ова, а также охраны окружающей среды. Дана классификация горнопромышленных отходов по степени их экологической опасности (д.т.н. Макаров В.Н.);

• разработаны гидравлические (портландцемент, шлакопортландцемент, шлакощелочное) и воздушные (известковые и гипсосодержащие) вяжущие на основе кольского природного сырья и горно-промышленных отходов (вед.н.с., к.т.н. Б.И. Гуревич, с.н.с., к.т.н. В.В. Тюкавкина) (рис. 9).

• методами механоактивации в присутствии CO2 разработан ряд смешанных цементов и геополимеров на основе природного техногенного сырья Кольского п-ова (д.х.н. А.М. Калинкин, к.т.н. Е.В. Калинкина, к.т.н. Б.И. Гуревич).

Рж. 7. С.н.с., к.т.н. Т.П. Белогурова u техтк С.Н. Мельтков прu пpоведенuu жпыташй бетона на рудшке Кпровскый OAO «Aпатuт»

Рж. 8. С.н.с., к.т.н. И.П. Кременецкая, с.н.с., к.т.н. В.В. Лащук, астрант ВЛ. Кумарова отбupают пробы на Оленегорском хвостохpанuлuще

К настоящему времени коллектив ОТСМ численно сократился за годы реформирования Российской академии наук и составляет 40 чел. (в т.ч. 2 доктора наук и 10 кандидатов наук), структурно представлен лабораторией бетонов (зав. лаб., д.т.н. О.Н. Крашенинников), сектором огнеупоров (зав. ОТСМ, д.х.н. Н.Н. Гришин), лабораторией минерального сырья и силикатного синтеза (зав. лаб., к.т.н. О.В. Суворова), экспериментальным участком и шлифовальной мастерской (рис. 10).

Рж. 9. Вед.н.с., к.т.н. Б.И. Гуpевuч, с.н.с., к.т.н. В.В. Тюкавтна -pазpабоmчuкu вяжущш маmеpuалов на основе местного сырья

Рж. 10. В.В. Степанов в шлuфовальной мастерской

С 1977 г. на базе ОТСМ функционирует Кольский испытательный центр строительных материалов и изделий, осуществляющий деятельность в области технологического и строительного инжиниринга, оказывая помощь предприятиям Мурманской области в оценке качества местного минерального сырья и строительной продукции, а также в обследовании технического состояния зданий и сооружений (рук. центра д.т.н. О.Н. Крашенинников, зам. к.т.н. А.А. Пак).

Рис. 11. Участники международной научной конференции «Фундаментальные проблемы комплексного использования природного и техногенного сырья Баренцева-региона в технологии строительных материалов», приуроченной к 50-летию ОТСМ (ИХТРЭМС, апрель 2003 г.)

Общее количество

опублико-ванных научных

трудов сотрудниками ОТСМ за годы его деятельности составляет около 2 тыс. ед. Изданы 34 тематических сборника статей (в том числе 21 сборник в изд-ве «Наука»), 21 монография; получено 110 авторских свидетельств и патентов. Коллективная монографическая работа Отдела «Строительные и технические материалы из минерального сырья Кольского полуострова», ч. 1.2 (2003 г., 430 с.) признана победителем первого областного конкурса монографий, направленных на социально-экономическое и инновационное развитие Мур-манской области. В связи с 50-летием ОТСМ, по инициативе коллектива Отдела в 2003 г. в г Апатиты была проведена международная научная конференция «Фундаментальные проблемы комплексного использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных материалов» (рис. 11), ставшая первоосновной следующих конференций этой направленности: в Республике Карелия (Петрозаводск, 2005 г.), Республике Коми (Сыктывкар, 2007 г.) и Архангельской области (Архангельск, 2010 г.). В 2013 г. проведение подобной конференции, приуроченной к 60-летию ОТСМ, вновь планируется в Апатитах.

Разработки Отдела экспонировались: на ВДНХ и награждены 10 медалями (1 золотая, 3 серебряных и 6 бронзовых); на 5 международных выставках в области высоких технологий в 2001-2006 гг. (Москва, Санкт-Петербург) и награждены 8 медалями (1 золотой, 5 серебряными и 2 бронзовыми); на Всероссийском научнопромышленном форуме «Россия единая - 2003» (Н. Новгород) и награждены серебряной и бронзовой медалями; на международной выставке «Недра 2005» (Москва) и награждены медалью; на международном строительном форуме

«Интерстройэкспо 2005» (Санкт-Петербург) и награждены медалью «За выдающиеся технологии и качество продукции»; на VII и VIII международных форумах «Высокие технологии XXI века» (Москва, 2006 и 2007 гг.) и награждены медалью и Дипломом; на международной торговой ярмарке технологических инноваций (Брюссель, 2007 г.) и награждены бронзовой медалью; на специализированных выставках «Экспо Дом» (Мурманск, с 2004 г. по 2012 г.) и отмечены Дипломами за активное участие в выставке (рис. 12).

За значительный вклад в социальноэкономическое развитие Мурманской области, а также решение актуальных проблем изучения и рационального использования минеральных богатств Кольского п-ова для получения строительных и технических материалов ряд сотрудников Отдела награждены Почетными грамотами и благодарностями Губернатора Мурманской области и Мурманской областной

Рис. 12. У экспозиции «Инновационные разработки ИХТРЭМС КНЦ РАН для получения строительных материалов из природного и техногенного сырья Мурманской области» на VIIМеждунар. строительной выставке «ЭКСПО Дом 2009» (Мурманск, май 2009 г.)

Думы. В 2011 г. Крашенинникову О.Н. присвоено Почетное звание «Заслуженный строитель Российской Федерации».

Актуальность выполняемых в настоящее время в ОТСМ работ в первую очередь определяется задачами, поставленными «Стратегией социально-экономического развития Мурманской области до 2025 года» (постановление правительства Мурманской области от 26.08.2010 № 338-ПП). Среди конкретных задач, связанных с обеспечением рационального использования местных природных ресурсов и вовлечением в производство техногенных отходов различных отраслей промышленности для получения эффективных видов строительных материалов, на выполнение которых направлены исследования Отдела, следует отметить:

■ организацию производства керамических материалов (кирпич, облицовочная плитка) из местного глиняного и техногенного сырья;

■ освоение выпуска в регионе портландцемента (шлакопортландцемента);

■ развитие местной минерально-сырьевой базы для увеличения производства щебня для строительных работ и организацию выпуска декоративных заполнителей бетонов;

■ освоение производства пористых заполнителей для легких бетонов из местных вспучивающихся сланцев проявления Цыпнаволок п-ова Рыбачий;

■ выпуск высококачественных огнеупоров из местного сырья;

■ производство огне- и жаростойких материалов на основе ковдорского вермикулита;

■ освоение технологии получения высокоэффективных теплоизоляционных, стеновых, и отделочных материалов из промышленных отходов местных производств.

Начиная с 2008 г., научные

сотрудники Отдела принимают непосредственное участие в подготовке инженерных кадров для строительной отрасли региона по новой специальности «Промышленное и гражданское строительство» в Мурманском Государственном

техническом университете и его Апатитском филиале (рис. 13). Ими подготовлено несколько методических указаний по выполнению студентами лабораторных работ (составители: кандидаты наук, доценты

С.В. Бастрыгина, О.А. Белогурова, Т.П. Белогурова, В.В. Лащук,

A.А. Пак, О.В. Суворова,

B.В. Тюкавкина). Издано учебное пособие «Краткий курс строительного материаловедения и технологии строительных материалов» (автор

д.т.н., проф. О.Н. Крашенинников).

Коллектив ОТСМ, понимая важность задач, стоящих перед ним как в плане результатов научных исследований и разработки эффективных видов строительных материалов и изделий на основе местных видов природного и техногенного сырья, так и в направлении педагогической деятельности по подготовке столь необходимых региону квалифицированных строительных кадров, готов и в дальнейшем прикладывать свои знания и опыт для выполнения этих ответственных задач.

Рис. 13. Научные сотрудники ОТСМ- доценты кафедры химии и строительного материаловедения Апатитского филиала МГТУ со студентами 3 курса специальности «Промышленное и гражданское строительство» (ОТСМ, июнь 2008 г.)

Сведения об авторах

Гришин Николай Никитович - д.х.н., зав. отделом технологии строительных материалов, зав. сектором огнеупоров; e-mail: grishin@chemy.kolasc.net.ru

Крашенинников Олег Николаевич - д.т.н., зав. лабораторией бетонов, рук. Кольского испытательного центра строительных материалов и изделий, заслуженный строитель РФ; e-mail: krash@chemy.kolasc.net.ru

Суворова Ольга Васильевна - к.т.н., зав. лабораторией минерального сырья и силикатного синтеза; e-mail: suvorova@chemy.kolasc.net.ru