http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=0c431025-9476-4257-b565-a4765397fc0f&print=1© 2024 Российская академия наук
Академик РАН Евгений Каблов — о том, как изменение климата и другие факторы влияют на разрушение материалов и конструкций
Прямые потери от коррозии, старения и биоповреждений материалов, согласно данным Международной ассоциации инженеров-коррозионистов, составляют триллионы долларов в год. Статистика касается прежде всего США, где ведут регулярные оценки данных процессов. В России подобные подсчеты сейчас не проводят, как не делают и прогнозов влияния окружающей среды на те или иные конструкции. Один из самых известных материаловедов России, академик РАН, директор Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ) Евгений Каблов рассказал «Известиям» о том, как грибы заполняют баки с авиационным керосином, а мутировавшие бактерии прожигают металл и почему необходимо воссоздать сеть центров климатических
— О том, что такое коррозия, знают, наверное, все. А что имеется в виду под старением?
— С научной точки зрения старение — это процесс физико-химических реакций, которые происходят непосредственно в полимерном материале. Структура полимера — длинные цепи, которые по-разному сшиты. Процесс разрыва этих цепей под воздействием внешних факторов (ультрафиолет, вода, влага) приводит к изменению свойств материала. Проще говоря, если вы купите в магазине ведро, изготовленное из полимерного материала, и оставите его на солнце, через один-два года ведро потеряет цветовые качества, а главное — прочность. Необходимо отметить, что температура поверхности любого материала всегда выше, чем температура окружающей среды. Это дополнительно инициирует процессы разупрочнения, так называемой деградации материала. А не так давно появился дополнительный фактор воздействия.
— Биоповреждения?
— Да. С повышением агрессивности климата возникли грибы, которые развиваются на полимерах, различных герметиках и химических соединениях. Опаснее всего, когда грибы развиваются в топливных баках с керосином. Самолет прилетает, его заправляют, а в керосине уже содержатся мицеллы грибов, которые начинают активно развиваться. Пока самолет прилетит в Россию, например, из Юго-Восточной Азии, грибов в керосине будет уже много. В кессоне образуется продукт жизнедеятельности грибов — студенистая масса, которая может привести к тому, что топливные насосы, подающие керосин из топливных баков в двигатель, просто забьются. Двигатели при этом могут отказать, а самолет — разбиться. Такие случаи были. Для решения этой проблемы ВИАМ занимается разработкой специальных добавок, которые уничтожают такие грибы.
— Только грибы оказывают биоповреждающее влияние?
— Еще один негативный фактор — бактерии. Они мутировали, и появились новые виды, устойчивые к веществам, которые используют как средство борьбы с ними. Воздействие отдельных бактерий привело к тому, что интенсивность коррозии увеличилась на 20–30%. Даже нержавеющие материалы, которые никогда не корродировали, эти бактерии прожигают, как лазер. Они передвигаются по металлической поверхности, и продукты их жизнедеятельности разрушают нержавейку. Раньше усилия исследователей были направлены на то, чтобы понять процесс увлажнения, выяснить, как на поверхности детали образуется пленка воды, в которой возникают электролиты, определяющие скорость процесса коррозии. Сейчас в центре внимания — биологическая пленка, содержащая микроорганизмы.
— То есть разрушающих факторов стало больше. Урон от них в мире оценен?
— Расчеты показывают, что в США коррозия выедает 4% от ВВП. К сожалению, в России подобной статистики не ведется. Но даже опираясь на оценки только зарубежных экспертов, видно, насколько огромны убытки. А вот Япония, территория которой находится во влажном климате на островах, теряет всего 1% от ВВП. Дело в том, что на протяжении 58 лет японские ученые системно исследуют эту проблему. Они разработали национальную систему защиты. Мосты и трубопроводы очищают и обрабатывают раз в два-три года, чтобы исключить возможность разрушения металлического материала, который несет нагрузку. Это серьезная работа, частоту проведения которой нужно соотносить с климатическими условиями, которые могут отличаться кардинально даже на территории одной страны. Например, если стальную конструкцию стянуть болтом и посмотреть, через какое время она разрушится, то в условиях Подмосковья это займет 500 дней, а в Геленджике или Сочи — 14.
— А если сравнивать скорость разрушения конструкций в Геленджике 50 лет назад и сейчас, это тоже будут разные сроки?
— Да. Любой человек может заметить разницу: вода на побережье Черного моря сегодня забита водорослями. Микроорганизмы в воде ускоряют процесс разрушения бетонных сооружений. Сначала разрушается бетон, а затем микроорганизмы добираются до арматуры.
— Какие аварии, связанные с описываемыми вами процессами, не удалось предотвратить?
— Их очень много. В 1991 году на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе накренилась огромная 150-метровая дымовая труба из-за того, что разъело арматуру бетона. В итоге произошел надлом трубы, над взрывоопасным производством ароматических углеводородов навис обломок массой 700 т. В результате трубу пришлось взорвать. К таким случаям относится и катастрофа Ан-24 в Черкесске в 1997 году, когда фюзеляж самолета просто рассыпался в воздухе. В 2005-м в городе Чусовом Пермского края в бассейне «Дельфин» металлические фермы и 42 бетонные плиты, образовав в крыше дыру размером в 100 кв. м, упали прямо на детей. На балки постоянно воздействовал поднимающийся из бассейна пар и содержащиеся в нем соединения хлора, которыми обычно дезинфицируют бассейн. Балки заржавели быстрее, чем предполагали расчеты. Еще один случай — обрушение Басманного рынка в Москве в 2006 году, в результате которого погибли 68 человек. Там корродировали тросы, на которых держалась крыша.
— Это всё результат того, что не была учтена увеличившаяся в последние годы скорость разрушения материалов?
— Конечно. И результат отсутствия профилактики, которая должна стать таким же естественным действием, как утром умыться и почистить зубы. В зонах, где очень высокая агрессивность среды, нужны системные меры по минимизации ущерба, наносимого сложным техническим системам коррозией, старением, биоповреждением.
— Возможно ли оценить, измерить уровень агрессивности среды?
— Для этого в стране должна быть восстановлена система мониторинга. Территория Российской Федерации включает в себя семь представительных климатических зон, каждая из которых имеет разные зоны агрессивности, по-своему влияя на материалы и конструкции. В Советском Союзе город Батуми был расположен в самой жесткой субтропической зоне с очень высокой влажностью, высокими среднесуточной температурой и содержанием солей в атмосфере. Но в этой же климатической зоне есть места, где воздействие среды не столь существенно. Агрессивность определяется по итогам выставления на стенд определенного набора образцов: стали, меди, алюминия и магния. С этими образцами работают во всем мире. Только так можно понять уровень агрессивности и каким образом среда влияет на конкретный материал, конкретную конструкцию. Категорию агрессивности среды необходимо знать и для того, чтобы точно рассчитать коэффициент амортизации для сложных технических систем, сооружений, оборудования и отдельно взятых деталей, узлов. У нас же коэффициент амортизации для разных регионов, как правило, установлен еще в 1960-е годы. Притом что сейчас агрессивность климата на порядок выше, чем в те времена.
— Неужели нельзя на компьютере смоделировать воздействие разных факторов?
— Критерием истины является только практика. Только экспонирование образцов материалов на натурной экспозиции дает возможность учесть все факторы. Если в лаборатории ВИАМ поместить материал в камеру и искусственно создать влажность, добавить соль — получим абсолютно другой результат.
— У нас в стране есть центры, где проводят климатические испытания материалов?
— ВИАМ в Геленджике построил уникальный центр климатических испытаний, заключения которого признают во всем мире. Он включен в международную сеть станций климатических испытаний Atlas Material Testing Technology LLC (ATLAS), уровень оснащенности центра и подготовки специалистов соответствуют мировому. Но для всей страны этого мало. В России необходимо воссоздать сеть центров климатических испытаний.
— Что нужно для создания такой сети центров?
— Единое информационное пространство, единые методики оценки испытаний и, конечно, хорошо обученный персонал. Сегодня подготовка инженеров-коррозионистов в нашей стране оставляет желать лучшего. Например, большинство вузов разрабатывают образовательные программы самостоятельно, без привлечения академических и отраслевых научных организаций. А содержание этих программ базируется на научно-технических работах, проведенных еще в 1960‒1980-х годах. Для решения вопроса подготовки инженеров-коррозионистов ВИАМ подготовил проект создания научно-образовательного центра на базе нашего филиала в Геленджике. Здесь мы планируем вести разработку образовательных программ, стандартов, курсов с последующей подготовкой специалистов, магистров и аспирантов по направлению «Коррозия, старение и биоповреждения».
Создание научно-образовательного центра отвечает интересам всей отечественной промышленности. Это важнейший национальный проект, направленный на снижение экономических убытков от внешних факторов воздействия, и мы делаем всё возможное для его реализации.