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.
В канун профессионального праздника один из самых уважаемых представителей строительной отрасли Северной столицы, координатор Ассоциации «Национальное объединение строителей» по Санкт-Петербургу, президент СРО А «Объединение строителей СПб» поделился со «Строительным Еженедельником» своими мыслями об особенностях своей работы, о проблематике профильного образования, о любви и служении своему делу.
— Александр Иванович, в преддверии Дня строителя хотелось бы поговорить о том, что означает для профессионалов отрасли само понятие «строительство». Это ведь очень богатый по смыслу термин, не всегда связанный непосредственно с возведением зданий. Что для вас лично означает это слово?
— Первое, что необходимо выделить, — созидательный характер труда строителя. Об этом часто говорят, но и на самом деле это очень важный аспект нашей работы, во многом отражающий жизненную позицию людей, отдавших жизнь этой профессии. Я не воспринимаю строительство как технологический процесс, несмотря на то, что он состоит в том числе из заливки бетона, укладки кирпича, оштукатуривания и прочего. Строительство — это даже не сумма этих процессов, а созидание, рождение чего-то нового.
Второй очень важный, на мой взгляд, фактор: плоды труда строителя остаются на родной земле. Это одна из немногих отраслей, конечный продукт которой не предназначен для экспорта. В этом смысле очень характерен сам термин «недвижимость». Все здания и строения остаются там, где построены, и используются теми, кто живет в этом месте.
Третий момент — долговечность результатов работы строителя. Преимущественно все они рассчитаны на многолетнее — иногда на протяжении веков — использование. Таким образом, «прочность» и «качество» — ключевые для строителя понятия. Даже через многие годы он имеет возможность видеть результат своего труда, оценить, насколько то или иное построенное им здание вписалось в конкретное место и долго ли прослужит людям. Для строителя его объект навсегда остается чем-то родным и близким. Во всяком случае, лично для меня это так.
Даже несмотря на то, что сейчас я гораздо реже бываю на стройке, в багажнике машины у меня всегда лежат резиновые сапоги: если надо — я готов зайти на стройплощадку. Я люблю пройти по объекту, увидеть своими глазами, как идут работы. И, вопреки витающей вокруг цементной пыли, каждый такой визит для меня — как глоток свежего воздуха.
Со стройкой связана вся моя жизнь, мои заботы и радости, мои успехи и неудачи. Я не могу представить себя вне стройки. Поэтому меня радует, что за последние годы престиж строительных профессий стал расти, что в профильные вузы сегодня большой конкурс, а молодежь охотно осваивает в том числе и рабочие специальности. В отрасль приходит много талантливых, увлеченных молодых людей, а значит, у нее есть будущее.
— Что бы вам, исходя из вашего богатого опыта, хотелось сказать молодым представителям отрасли — не в смысле профессионального мастерства, а о жизненной позиции строителя?
— Главное, на мой взгляд, — любить свою профессию. Вообще в любом деле и, более того, в жизни в целом главное — любовь. Это касается и профессионального аспекта. Труд, который приносит радость, эмоциональную отдачу и удовольствие, придаст полноту всей жизни.
Когда ты любишь свое дело, ты начинаешь ему служить. А служение — это высшая форма труда, искреннее стремление нести пользу, сделать все как можно лучше, как раньше говорили «не за страх, а за совесть». Может быть, именно поэтому слово «служить» сохранилось сейчас в употреблении применительно лишь к военным, священникам и театральным актерам.
— Какие события или результаты вашей деятельности являются предметом вашей личной профессиональной гордости?
— С одной стороны, не могу сказать о каком-то объекте «без меня его бы не было». А с другой, как я уже говорил, каждый объект, на котором я работал, оставил о себе память. И, когда видишь его, всегда ощущаешь тепло.
Например, когда-то я участвовал в строительстве первого в нашем городе крупного производственного объекта, принадлежавшего зарубежному собственнику, — лифтового завода известного концерна OTIS. Сегодня таким уже никого не удивишь: в Санкт-Петербурге работают предприятия иностранных брендов автомобильного кластера, фармацевтического, пищевой промышленности. А тогда это было событие: мы осваивали новые технологии, получали знания об устройстве современных промышленных зданий: все было в новинку.
Ну и, конечно, много нового я узнал и понял в самый, пожалуй, напряженный и плодотворный период своей деятельности, когда занимал пост вице-губернатора в городском правительстве Валентины Матвиенко. Тогда мы только осваивались с рыночными механизмами в сфере строительства, и приходилось искать новые формы работы. Это коснулось очень многих направлений: первый в новых условиях Генплан Санкт-Петербурга, земельные аукционы, программа санации хрущевок и многое другое. Конечно, бывало, мы ошибались, но в целом нащупывали верные пути. Многие из идей, появившихся в те годы, продолжают работать и сейчас. Как иллюстрацию приведу только две цифры. В 1996 году, когда я только начал работу в городской администрации, годовой объем ввода жилья в Петербурге составлял всего 700 тыс. кв. м, а в 2010-м, когда я уходил с госслужбы, — 2,65 млн кв. м. А значит, то, что мы делали, тот тренд на развитие, который был нами тогда задан, пошел на пользу и городу, и отрасли в целом.
— Вы работали со многими известными людьми. Общение с кем из них показалось вам наиболее интересным?
— Действительно, по долгу службы мне доводилось общаться со многими известными людьми, включая президентов, глав правительств страны, министров и губернаторов. Были выдающиеся современные архитекторы, замечательные ученые, крупные бизнесмены и яркие общественники — но я бы не хотел сейчас заниматься перечислениями. Очень интересных людей было много, и не хочется никого упустить.
Но все же одного человека выделю — первый президент Татарстана, а ныне государственный советник этой страны Минтимер Шаймиев. Петербург активно помогал региону в подготовке к празднованию 1000-летия Казани, включая и строительство метро. В тот период мы неоднократно встречались и общались. Этот крупный политический деятель произвел на меня неизгладимое впечатление своими целеустремленностью, здравомыслием, терпением и какой-то глубочайшей человеческой мудростью. На мой взгляд, то, что Татарстан является одним из наиболее динамично развивающих регионов, заслуга главным образом именно Минтимера Шаймиева и его команды — ведь и нынешний вице-премьер Марат Хуснуллин, и глава Минстроя России Ирек Файзуллин — это яркие члены команды Минтимера Шаймиева.
— Вы активно участвуете в жизни отрасли. Если говорить стратегически, какие сегодняшние процессы в строительном комплексе вы считаете наиболее важными, определяющими ситуацию на перспективу?
— Российская строительная отрасль, без преувеличения, прошла за последние десятилетия длинный и сложный путь. Если вспомнить 1990-е годы, не хватало очень многого — современных качественных материалов, инновационной техники и технологий, другого. Сегодня проблемы эти ушли в прошлое: в России появились собственные высокотехнологичные производства, выпускающие практически все виды строительных материалов. Импортируется только что-то редкое — натуральный камень, плитка ручной работы и подобное, ориентированное больше на объекты элитного жилья. То же касается и технологий производства работ, и современной специализированной строительной техники.
В целом у нас очень неплохой уровень профильного образования. Хотя, безусловно, существующая сегодня болонская система для подготовки инженеров и технических специалистов, на мой взгляд, недостаточно эффективна. Надеюсь, что когда-нибудь, со временем, вернется старая, проверенная практикой схема строительного образования.
В то же время под влиянием требований федерального центра и особенностей современного спроса застройщики переходят от строительства квадратных метров как таковых к созданию комфортной для проживания среды.
Все это очень важные изменения, дающие основу для дальнейшего поступательного развития отрасли и обеспечивающие ее конкурентоспособность, в том числе и на международном уровне.
Из направлений, по которым нам еще необходимо серьезно поработать, я бы выделил два. Первое — это цифровизация, максимально широкое внедрение информационных технологий. Второе, это, как говорят, печально известные «СНиПы-хрипы». На мой взгляд, нам остро необходима гармонизация наших стандартов с европейскими. Это достаточно эффективный механизм, который, с одной стороны, позволяет быстро внедрять инновационные разработки, а с другой — отличается достаточной гибкостью, позволяя менять нормативы в зависимости от традиций и климатических условий разных стран. Отмечу, что по обоим направлениям сейчас идет огромная работа, инициированная в том числе и федеральным центром. Так что есть все перспективы, чтобы и в этих вопросах перейти из дня вчерашнего в день завтрашний.
— Что бы вы хотели пожелать коллегам в день профессионального праздника?
— И прошлый, и этот год оказались сложными с точки зрения эпидемиологической обстановки. Но они же показали, что, несмотря ни на что, стройка не просто выживает, но и является драйвером экономики. Я уже не говорю о тех подвигах, которые совершили строители, создавая ускоренными темпами новые медицинские объекты. В этот день я хотел бы пожелать всем крепкого здоровья (сегодня это особенно актуально), семейного благополучия, интересных крупных объектов, новых контрактов и вообще всяческих успехов в нашем деле! Помните, пока город строится — он живет!