Сергей Иноземцев: «Асфальтобетон со свойством самовосстановления»
Группа молодых ученых из Московского государственного строительного университета представила отечественную разработку – самовосстанавливающийся асфальтобетон. Особый компонент умного материала позволяет ликвидировать часть образовывающихся в процессе эксплуатации трещин, тем самым увеличивая сроки нормативного состояния отдельных участков дорог. Подробнее о самовосстанавливающихся асфальтобетонах «Строительному еженедельнику» рассказал руководитель исследований Сергей Иноземцев, кандидат технических наук, доцент кафедры строительного материаловедения НИУ МГСУ.
– Сергей Сергеевич, как пришла идея заняться разработкой и созданием этого умного материала?
– Мы наблюдали, как у классического щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-15 в некоторых случаях проявляется эффект естественного восстановления, связанный с термопластичными свойствами битума преимущественно за счет легких фракций. Однако самовосстановление показателей происходит при повышенных температурах, что не дает возможности использовать данный потенциал, ведь нельзя позволить «размягчить» дорогу до такой степени, чтобы она восстановилась. И мы приступили к работе над тем, чтобы данный эффект кратно усилить и научиться им управлять, получили поддержку от Российского научного фонда и сформировали команду ученых, которая занялась исследованием этой проблемы.
– Какую технологию самовосстановления удалось разработать вашей команде?
– Ключевым компонентом нашей технологии являются специальные капсулы-контейнеры с полимером внутри, которые добавляются в асфальтобетонную смесь. Они предназначены для того, чтобы запасать вещество внутри себя, и, как только в процессе эксплуатации асфальтобетон начнет разрушаться и будут формироваться дефекты и трещины, из капсул высвободится полимер, который, полимеризуясь, склеит берега трещин и вернет асфальтобетону способность сопротивляться нагрузкам. Таким образом достигается эффект самовосстановления.
Мы апробировали капсулу на щебеночно-мастичных смесях ЩМА-15 и определили, что оптимальная концентрация капсул на уровне 3% от количества битума позволяет достичь максимального восстановительного эффекта.
– Какой полимер заложен в основу технологии? И самое главное – это российский продукт?
– С самого начала наших исследований на данную тему мы применяли только те компоненты, которые производят в России. В качестве активного компонента мы рассматривали несколько веществ и в конечном итоге выбрали тот, что дает лучший эффект самовосстановления. Производят этот AR-полимер в Казани, и я не уверен, что за рубежом есть аналоги.
– На данный момент в МГСУ есть опытные образцы?
– Да, конечно. Исследовательская работа еще не завершена, поэтому мы преимущественно работаем на опытных образцах, созданных в лаборатории.
На конкретных дорожных участках пока не работаем, но если представители отрасли будут заинтересованы в том, чтобы на текущем этапе осуществить работы по апробации, то мы готовы в этом направлении двигаться, чтобы достаточно быстро подготовить и необходимые материалы, и документы.
– В целом на каком этапе сейчас находится научная работа?
– Проект поддержан Российским научным фондом и рассчитан на несколько лет. Суть заключается в том, чтобы разработать общую концепцию того, как создавать подобного рода материалы. Не просто разработать самовосстанавливающийся материал, а сформулировать общие подходы, для того чтобы у отрасли были инструменты для создания собственного варианта подобного материалов.
На данный момент сама концепция принципиально готова, и у нас достаточно материалов, чтобы перейти к созданию промышленной партии. Вопрос в заинтересованности отрасли.
– Подобный материал существует в российской и зарубежной практике? Это импортозамещение или отечественное открытие?
– Само по себе исследование в области умных материалов, включая и самовосстанавливающиеся, является общемировой тенденцией в строительном материаловедении. За последние десять лет количество работ, посвященных данной теме, выросло в 3–3,5 раза, и в их числе есть ряд зарубежных и отечественных.
Иностранные исследователи предлагают использовать в качестве запасающего вещества внутри капсул различного рода масляные отходы, тогда как наше решение предлагает в качестве активного компонента применять полимер. В своих исследованиях мы сравнивали два этих подхода и доказали, что капсулы с полимерным активным веществом значительно превосходят масляные и обладают бо́льшим преимуществом.
– В чем заключается различие двух активных веществ и почему выбран именно полимер?
– Прежде всего отличается механизм воздействия на структуру асфальтобетона. Если в качестве восстанавливающего агента в капсулах используются масла, то в момент разрушения происходит следующий процесс: вещество высвобождается, смачивает стенки трещин, частично диффундируя, – по сути, разжижает материал омолаживая битум. В результате этого процесса происходит некоторое восстановление пластичности асфальтобетона.
В случае с применением полимера механизм действия иной. При разрушении капсул высвобождается полимер, который также смачивает берега трещин, частично диффундируя полимеризуется. В результате полимер изнутри склеивает часть дефектов, и за счет этого мы получаем не просто увеличенную пластичность, но и восстановленные связи внутри материала. В этом случае показатели самовосстановления асфальтобетона выше.
– Пластичность асфальтобетона иногда грозит образованием колейности на дороге. Как разрешаются эти риски?
– Как раз одним из главных недостатков применения масляных капсул является неблагоприятная пластичность, которая может привести к образованию колей. И для того, чтобы отойти от данного риска, нами было принято решение найти другой механизм действия. В случае с полимерным наполнителем капсулы склеивание трещин позволяет не допускать разжижения матрицы, давая лучшие показатели упругости и сопротивления.
– По информации МГСУ, подрядчики используют подобные технологии?
– Время от времени в прессе встречаются заголовки, посвященные умным материалам и нанотехнологиям в дорожном строительстве, но в России нет примеров внедрения или апробации асфальтобетонов со свойствами самовосстановления.
Знаю, что китайские коллеги запустили производство промышленного продукта в виде подобных капсул с масляным веществом внутри, однако информации об успешной реализации пока нет.
– Наверняка в вашей работе есть раздел, посвященный технико-экономическому обоснованию и целесообразности использования технологии самовосстанавливающихся асфальтобетонов. Можете поделиться данными расчетов?
– Разумеется, мы сделали экономические расчеты, которые основаны на оценке себестоимости и технического эффекта. Согласно нашим расчетам, использование капсул позволяет получать асфальтобетон, который не просто соответствует всем требованиям стандартов, но и обладает дополнительным набором уникальных свойств. Все это позволяет эксплуатировать участок дороги больший период времени. По сравнению с классическими щебеночно-мастичными смесями, несмотря на незначительное удорожание себестоимости материала, технико-экономическая эффективность достигает не менее 33%.
– В данном случае, что вкладываете в понятие эффективности?
– Мы исследовали стабильность во времени структурно-чувствительных параметров, таких как прочность. Со временем в процессе эксплуатации она уменьшается, то есть под воздействием различных факторов происходит разрушение материала и деструктивные процессы отражаются на показателях. Наблюдая за работой капсул, мы видим, что в период самовосстановления прочность возрастает, а технические показатели стремятся к первоначальным значениям. Этот эффект позволяет продлить время достижения момента, когда показатели достигнут критического значения, то есть дороге потребуется ремонт. По нашим оценкам, технология позволяет увеличить данный период нормативного состояния асфальтобетона более чем в 2–2,5 раза.
– Россия – очень большая страна, территории которой находятся в различных климатических зонах (отличаются погода, грунты, интенсивность движения и другое). В связи с этим вопрос: где и в каких условиях лучше всего проявят себя самовосстанавливающиеся асфальтобетоны?
– Не хочется сейчас необоснованно как-то ограничивать применимость разработки, поскольку предстоящий этап внедрения как раз выявит наилучшие условия. Сами капсулы способны ликвидировать в асфальтобетоне часть дефектов и трещин, и мы считаем, что смеси с такими компонентами целесообразно использовать при устройстве верхних слоев одежды автомобильных дорог в условиях, которые провоцируют трещинообразование. Достаточно широкая формулировка, но это могут быть и северные территории, где при низких температурах асфальтобетон становится хрупким, и южные, где трещины образовываются по другим причинам, например, из-за старения вяжущего.
– Насколько сложен процесс производства самовосстанавливающихся асфальтобетонов, ведь не секрет, что подрядчики сами готовят смеси вблизи объектов строительства, ремонта или реконструкции.
– Мы достаточно давно занимаемся разработкой строительных материалов и понимаем, как важно, чтобы методика производства менялась в минимальной степени или вообще не менялась. Технология создания самовосстанавливающихся асфальтобетонов несложная и вполне может быть осуществлена на существующих асфальтобетонных заводах. Условно говоря, дополнительный компонент можно вводить в смесь как обычную добавку с помощью отдельного бункера с дозатором. Никакого специфического оборудования для этого не требуется.
Что касается самого синтеза капсул, то и он может быть организован с использованием отечественного оборудования. В своих исследованиях мы использовали компоненты российского производства, которые сегодня присутствуют на рынке.
19 мая группа компаний «КВС» отмечает 20-летие. В честь юбилея холдинга мы поговорили с Владимиром Трекиным, сооснователем и первым заместителем генерального директора, о том, почему он выбрал строительство делом своей жизни и как менялась компания и рынок в целом в последние два десятилетия.
— Владимир Владимирович, почему вы выбрали профессию строителя?
— Скорее профессия нашла меня. Я окончил Ленинградский строительно-архитектурный техникум. Учиться мне нравилось, преподавали профессионально. Высшее образование получил в СПбГАСУ, совмещая учебу с работой в строительных организациях. Меня быстро продвигали — я начал с простого рабочего-штукатура, а с наступлением 90-х годов уже трудился в должности директора строительного управления.
— С 90-х годов ведут историю многие нынешние бизнес-империи. Почему вы основали компанию не в этот благоприятный период для открытия своего дела, а позднее?
— Я бы не назвал это время благоприятным для открытия частного строительного бизнеса. Для торговли — наверное, да. Строительство гораздо сложнее. Любой объект возводит цепочка подрядных организаций. В те годы деньги быстро обесценивались, приходилось работать по бартеру, придумывать сложные схемы взаимозачетов, рассчитываться с подрядчиками квартирами, выдавать зарплату сотрудникам продуктами питания. Компании, которые шли этим путем, быстро окрепли, в отличие от тех, кто стремился получать оплату своей работы только деньгами.
В то время происходило становление строительного рынка, в Санкт-Петербурге большую роль в выстраивании взаимоотношений между застройщиками, подрядчиками, дольщиками и властью сыграл Владимир Анатольевич Яковлев, который был губернатором с 1996 по 2003 год.
— «КВС» начала свою работу, когда рынок сформировался?
— Да, мы поступательно развивались, пережили «переворот» на рынке, связанный с принятием ряда федеральных законов, регламентирующих взаимодействие строительного бизнеса и государства, затем кризис 2008–2009 годов.
— Кризис считается временем не только спада, но и возможностей. Что позитивное он принес рынку?
— Тогда строители перешли от расчетов в условных единицах (долларах) на рубли, с рынка ушли многие западные компании, на их место пришли отечественные, что, кстати, происходит и сейчас, стало больше российской строительной техники и материалов. Рынок успешно «переваривал» все экономические трудности. Компании, настроенные заниматься своим делом, несмотря ни на что, в конце концов решали свои финансовые проблемы.
Наша компания маневрировала: например, в случае спада продаж на рынке жилья акцентировала свою деятельность на бюджетных заказах. А когда мы взялись за первый девелоперский проект, ЖК «GUSI‐Лебеди», рынок был на подъеме, для нас все удачно сложилось. Мы прошли путь от субподрядчика до строительного холдинга полного цикла во многом благодаря продуманной рыночной политике. Успешен тот, кто быстрее реагирует на вызовы времени.
— В результате вы пришли от возведения отдельных зданий к комплексному освоению территорий…
— Мы не отказываемся от строительства отдельных зданий. Это более рентабельные проекты, чем КОТы. Ведь комплексное освоение территории подразумевает существенные вложения в инфраструктуру, большие расходы на подключение к инженерным сетям, огромные затраты труда на согласование линейных объектов. Но каждый проект КОТ — это стабильный долгосрочный заказ, который обеспечивает работой сотрудников и позволяет более спокойно переживать бури и потрясения в экономике.
— А какие проекты сейчас у вас в работе?
— Мы реализуем пять проектов комплексного освоения территории. Три из них расположены на территории Петербурга: жилые комплексы «Континенты» в Выборгском районе, «Любоград» в Стрельне и олимпийские кварталы «ЮгТаун» на границе Московского и Пушкинского районов города, которые возводятся в девять очередей и планируются к завершению в 2030-е годы. Мы обеспечили себя работой минимум на десятилетие вперед. Два проекта КОТ во Всеволожском районе Ленобласти находятся на завершающей стадии строительства: «Новое Сертолово» к северу от города и «Ясно.Янино» к востоку.
Из отдельно стоящих зданий возводим бюджетные объекты по заказу Комитета по строительству Санкт-Петербурга — школы, детские сады. В работе — жилой дом на улице Солдата Корзуна.
Сегодня мы не только загрузили свои мощности на 100%, но и привлекаем подрядные организации, поскольку на выполнение всех заказов собственных ресурсов не хватает. Мы обеспечили себя работой на перспективу. А это важно. Ведь главное — уверенно смотреть в будущее, зная, что завтра есть чем заняться, есть куда прикладывать усилия.
Главгосэкспертиза России предлагает открыть отчеты о результатах инженерных изысканий, чтобы заказчики могли избежать повторных затрат при реализации проектов на одном и том же земельном участке, сократив финансовые издержки до 50% и снизив сроки сбора исходных данных с 25 дней до нескольких минут. Проект представили молодые специалисты в рамках конкурса «Экспертиза будущего 5.0» и получили высокую оценку вместе с правом на его реализацию. Подробнее о планирующемся нововведении в интервью «Строительному Еженедельнику» рассказал один из авторов — начальник отдела локальных экспертиз Саратовского филиала Главгосэкспертизы и капитан команды «Спектр-2» проекта «Экспертиза будущего 5.0» Антон Селифонов.
— Расскажите, в чем заключается идея проекта и как он должен работать?
— Основная идея проекта состоит в объединении множества источников фондовых сведений и материалов изысканий прошлых лет, так необходимых при проведении инженерных изысканий, в единый фонд инженерных изысканий, в том числе достоверность которых подтверждена.
Стратегия реализации проекта включает пять этапов. На первом запланировано создание дополнительного сервиса ГИС ЕГРЗ, обладающего удобным интерфейсом и позволяющего получать отчеты по результатам инженерных изысканий для государственных организаций. Дальнейшие этапы включают интеграцию с существующими фондами и системами обеспечения градостроительной деятельности.
— Антон, приведите пример, когда результаты изысканий предлагается использовать повторно при реализации различных проектов на одном и том же земельном участке.
— Анализ производства инженерных изысканий по материалам повторных государственных экспертиз проектной документации и результатов инженерных изысканий показал, как на одних и тех же участках с различной периодичностью разными исполнителями проводились инженерные изыскания. Причем необходимость повторных изысканий в полном объеме не всегда продиктована проектными решениями, и достаточно выполнить актуализацию ранее подготовленных отчетов по инженерным изысканиям. Типичный случай, когда в один полевой период выполнялась топографическая съемка сначала участка железной дороги, затем автодороги и следом — моста, при этом отчеты подготовлены различными исполнителями в разные периоды времени и не синхронизированы между собой.
— Как будет работать схема по использованию существующих результатов изысканий?
— Сейчас процесс получения фондовых данных занимает до 30 дней, учитывая последующий анализ и оцифровку дополнительно не менее 10 дней. Сроки и способы получения информации из фондовых данных затрудняют ее использование. Практическая реализация фонда позволит получать услугу в рамках одного окна в течение нескольких минут сразу и в электронном виде.
— На чем смогут сэкономить заказчики, проектные и изыскательские компании при использовании единого фонда результатов изысканий?
— В настоящее время изыскатели сталкиваются с необходимостью запрашивать информацию в десятках различных организаций. Огромное количество источников информации и сложность получения к ней доступа негативно влияют на результаты работ, выполняемых изыскателями. В последнее время стали появляться первые открытые площадки инженерных изысканий, которые предоставляли доступ к своим фондовым данным на коммерческой основе и на условиях площадки. В результате для изыскателей было создано множество дополнительных источников информации, которые, к сожалению, не обладали всеми необходимыми достоинствами. Предлагаемый к реализации фонд способен заменить множество источников информации единым и, соответственно, повысить доступность фондовых данных, сократить сроки их предоставления, что, безусловно, позитивно повлияет на сокращение периода выполнения проектно-изыскательских работ и позволит получить экономию средств заказчика за счет актуализации ранее выполненных инженерных изысканий.
— Но как убедиться, что именно эти отдельно взятые данные — достоверные? И как понять, что при реализации конкретного проекта актуальные данные изысканий не требуются (ведь будут предложены те, что были проведены некоторое время назад)?
— Если мы рассматриваем первый этап реализации проекта, то стоит отметить, что достоверность и достаточность отчетов по результатам инженерных изысканий, безусловно, достигается в процессе проведения государственной экспертизы, и данные, которые содержатся в ГИС ЕГРЗ, являются результативными. Реализация проекта на последующих этапах поможет изыскателям получать исходные сведения в рамках единого окна за счет интеграции баз данных.
— Потребуется ли согласие авторов на повторное использование результатов изысканий?
— На данном этапе сервис позволит получать отчеты по результатам инженерных изысканий, выполненных для государственных организаций и за государственные деньги, поэтому по сути государство является владельцем отчетов по результатам инженерных изысканий.
— Расскажите о тестах проекта. Опробовали опытную модель? Если да, то на каких участках или объектах?
— «Пилот» (опытная модель) сервиса был представлен на защите проекта «Экспертиза будущего 5.0». На текущий момент мы занимаемся адаптацией сервиса для предоставления пользователю максимального спектра возможностей и функций системы. География проекта весьма широка и включает всю территорию Российской Федерации.
— Какой отклик идея встретила в сообществе проектировщиков и изыскателей?
— Изыскательским сообществом проявлен интерес к теме нашего проекта, предложено выступить на мероприятиях. Так, осенью 2022 года члены команды приняли участие в IV международной научно-практической конференции «Российский форум изыскателей» и выставке строительных технологий и материалов «СТИМэкспо-2022», а 29 ноября — 2 декабря 2022 года — на XVI общероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации», состоявшейся в Москве. Все это позволило учесть замечания профессионального сообщества, выявить дополнительные возможности и риски при реализации проекта.