Растущий спрос на экологически чистые и легкие строительные материалы привел к поиску инновационных альтернатив традиционному бетону. пенополистиролбетон (EPSC), в состав которого входят гранулы пенополистирола в качестве частичной замены крупнозернистого заполнителя, представляет собой многообещающее решение благодаря меньшему весу и надлежащим конструктивным характеристикам. Промышленные отходы и продукты после использования, такие как пенополистирол (EPS), используемые для упаковки продукции, в основном утилизируются путем захоронения на свалках или сжигания, что приводит к загрязнению окружающей среды. Таким образом, использование пенополистирола в легком бетоне также снижает опасность загрязнения воздуха для экосистем.

Легкий пенополистиролбетон (EPSC) завоевал значительное внимание в современном строительстве благодаря своим уникальным свойствам. EPSC - это композитный материал, получаемый путем смешивания гранул пенополистирола с цементом, заполнителем и другими добавками, в результате чего получается легкий, но прочный материал. Малый вес материала упрощает процесс строительства, облегчая обработку, транспортировку и монтаж стеновых панелей, что особенно полезно на удаленных или сложных строительных площадках.  Его низкая плотность, обычно составляющая от 300 до 1800 кг/м3, делает его идеальным выбором для сферических куполов, где снижение веса конструкции и поперечного сечения конструктивных элементов имеет решающее значение для минимизации нагрузок на фундамент и затрат на строительство. В районах, где нет снеговой нагрузки, легкий EPSC особенно полезен для бетонных сферических куполов - конструкций, в которых преобладает собственная нагрузка. Этот материал позволяет создавать удлиненные пролеты без потери устойчивости и без необходимости усиливать их.

EPSC не использовался в оболочечных конструкциях. Поэтому исследование сосредоточено на анализе мембранных напряжений, анализе изгиба и потери устойчивости куполов EPSC с процентом замены EPS, равным 0%, 10%, 20%, 30% и 40%. Купола с пролетами 40 м, 50 м и 60 м и постоянной толщиной 0,1 м анализируются в трех различных условиях нагружения: 1) равномерное давление, 2) неравномерное равномерное давление и 3) сочетание сосредоточенной нагрузки на вершине и равномерного давления. Для оценки реакции конструкции используются методы конечных элементов и теоретический анализ, позволяющие получить представление о распределении напряжений и стабильности. 

Для подтверждения результатов анализа был изготовлен и протестирован небольшой купол из пенополистирола (размах 2 м, высота 0,5 м, толщина 3 см, радиус кривизны 1,25 м) с заменой пенополистирола на 40%. Экспериментальное исследование включает в себя воздействие на купол равномерно распределенных нагрузок, концентрированной нагрузки на вершине и ударных нагрузок. Результаты сравниваются с численным анализом FEA для оценки реальных характеристик куполов EPSC.

Диссертация состоит из пяти глав, в которых систематически рассматриваются задачи исследования. В главе 1 дается общее представление о традиционном бетоне и бетоне из пенополистирола, рассказывается о свойствах материалов, входящих в их состав, и их применении. В главе 2 рассматриваются структурные особенности куполов и аналитические методы, используемые для их оценки. В главе 3 подробно описаны лабораторные эксперименты, проведенные для определения механических свойств смесей EPSC.

В главе 4 представлены результаты аналитического и численного анализа, в котором обсуждается влияние различных процентных соотношений пенополистирола, размеров купола и условий нагружения на эксплуатационные характеристики конструкции. Анализируются ключевые параметры, такие как распределение напряжений, сопротивление изгибу и потере устойчивости, для определения оптимального состава пенополистирола для строительства купола. В главе 5 демонстрируется практическая реализация купола EPSC, сравниваются экспериментальные результаты с численными расчетами для оценки осуществимости.

Сереке Иссайас Андай поступил на факультет гражданского строительства Эритрейского технологического института (EIT) в 2004 году. В 2008 году он получил степень бакалавра в области гражданского строительства, а в 2009 году с отличием окончил инженерно-технологический колледж. Сразу после окончания университета в 2009-2010 годах он работал преподавателем инженерного черчения в технической школе. Впоследствии, в 2010-2012 годах, он работал инженером-проектировщиком в Министерстве общественных работ.  В 2012 году ему предложили работать в EIT в качестве аспиранта-ассистента на кафедре гражданского строительства, где он преподавал лабораторные курсы на 2-м курсе, а в 2016 году был повышен до должности ассистента преподавателя.

В 2016 году он получил стипендию для продолжения обучения в магистратуре Российского университета дружбы народов. В 2019 году он успешно окончил его с красным дипломом. Вернувшись в Эритрею, работал старшим преподавателем на кафедре гражданского строительства, читал курсы: Железобетонные конструкции, структурный анализ, строительство зданий, проектирование стальных конструкций. Параллельно он также участвовал в различных внеклассных мероприятиях.

В 2021 году он вновь получил стипендию Российской Федерации для получения степени доктора философии. в РУДН, в очной аспирантуре факультета гражданского строительства по направлению 08.06.01 “Инженерия и строительные технологии”. В мае 2025 года он защищает диссертацию в аспирантуре по специальности “Строительные конструкции, здания и сооружения” на тему “Возможности применения пенополистиролбетона в строительстве сферических куполов”. В целом, за время своего пребывания в РУДН в 2021-2025 годах Иссайас провел ряд исследований, опубликовал 6 статей и принял участие в 5 конференциях, а именно:

- Международная научная конференция по развитию гражданского строительства. 26-28 апреля 2023 г., Ташкент, Узбекистан.

- Международная конференция по инфраструктурному строительству: материалы, конструкции и технологии ICMSTech-2024. 15-16 мая 2024 г., Юго-Западный государственный университет, Курск, Россия.

- 4-й научно-технический форум БРИКС по механике космического полета, космическим конструкциям и материалам. 28 ноября – 01 декабря 2023 г., Москва, Россия.

- Международная научно-практическая конференция "Перспективы развития инженерной науки и промышленного производства: системы, материалы, технологии". 06 – 07 марта 2025 года, Казахстан, Алматы.

- Международная научно-техническая конференция "Физика материалов, конструкций и технологий в строительстве и промышленной инженерии". 28 – 30 апреля 2025 года, Владимир, Российская Федерация.