Победители программы «Умник» Андрей Бояринцев (2019 г.) и Александра Зыбцева (2022 г.)

Композитные сваи – тема исследований Андрея Бояринцева, старшего преподавателя кафедры геотехники СПбГАСУ. За пять лет получено четыре патента на данную тему, а в марте 2024 г. запатентовано пятое по счёту изобретение. Вместе с выпускницей магистратуры нашего вуза Александрой Зыбцевой молодой учёный создал средство для измерения температуры грунта.

«Одним из направлений в изучении композитных свай было их теплотехническое и теплофизическое взаимодействие с верхней частью грунтов при замерзании и оттаивании в течение года. Мы проводили моделирование и эксперименты, где замораживали лоток с грунтом и размещённой в нём сваей. В ходе работы обнаружили, что при определённых условиях материал сваи не влияет на увеличение глубины промерзания грунта. Это очень важно для строительства, потому что в данном случае свая не является мостиком холода и не усугубляет физико-механические процессы, протекающие в грунте при его промерзании», – рассказал Андрей Бояринцев.

Проведение экспериментов стало возможным благодаря гранту на 500 тыс. руб., полученному Александрой Зыбцевой по итогам конкурса Фонда содействия инновациям по программе «УМНИК» для обучающихся в образовательных организациях высшего образования России по программам бакалавриата, специалитета, магистратуры или аспирантуры. Проект Александры назывался «Разработка средства измерения температуры многолетнемёрзлого грунта на основе композитных материалов».

• Исследователи определили момент, когда материал сваи начинает влиять на увеличение глубины промерзания, или, другими словами, в какой момент свая становится мостиком холода. Это может быть очень востребовано при геотехническом мониторинге на Крайнем Севере.

Средства измерения мёрзлого грунта, которые применяются сейчас, изготавливаются из стальных труб. Но такая труба обладает значительной теплопроводностью, что искажает результаты измерений. Исследователи предложили использовать термоизолирующий композитный материал – стеклопластик, который не пропускает через своё тело теплопотоки из атмосферы в грунт.

Конструкция прибора устроена таким образом, что вся её длина разделена на сегменты, выполненные из композитных трубок и соединённые стальными муфтами. Хитрость заключается в том, что к стальным муфтам изнутри крепятся датчики для измерения температуры грунта. Таким образом, муфта очень быстро переносит температуру грунта к датчику измерения температуры, а стеклопластиковые стержни между муфтами исключают случайные теплопотоки между стальными муфтами. Именно эти муфты измеряют температуру грунта. В итоге удаётся очень точно измерить температуру грунта в конкретной точке.

«Мы планируем доработать конструкцию, чтобы можно было извлекать датчики для проверки. Пока конструкция трубки этого не предусматривает, и ею можно пользоваться только два года. Хотим поставить наши термотрубки в качестве опытных образцов в компании, которые ведут геотехнический мониторинг на Крайнем Севере, чтобы они с ними поработали и дали обратную связь о том, что можно улучшить», – сообщил Андрей Бояринцев.

На устройство получен патент на полезную модель № 224461.