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.
Минстрой России и Главгосэкспертиза России переживают глобальную трансформацию и ведут активные преобразования — во-первых, идет подготовка к внедрению обязательных к использованию технологий информационного моделирования, во-вторых, Главгосэкспертиза совершила планомерный переход в сторону клиентоориентирования, и в настоящее время стратегической вехой развития организации стало движение от узкого нормоконтроля к экспертному сопровождению и экспертному консалтингу. Подробнее о новых возможностях экспертизы мы поговорили с Игорем Маныловым, руководителем Главгосэкспертизы России.
— Игорь Евгеньевич, с чем связана такая глобальная трансформация?
— Экспертиза традиционно считалась исключительно органом нормоконтроля, который должен определить лишь то, соответствуют решения в проектной документации всем требованиям или нет. Но при таком подходе из зоны внимания полностью выпадает другая, не менее важная составляющая: проект может быть безупречным с точки зрения установленных норм, но совершенно бесполезным, если посмотреть на его эффективность и целесообразность. Так вот расчет оптимальности — это уже инжиниринговая задача, которая наряду с оценкой соответствия технических параметров и сметы установленным нормам решает вопрос соответствия проектных решений современным технологиям, новейшим практикам, макроэкономическим показателям.
Президент еще несколько лет назад призвал строительную отрасль перейти от сложившейся архаичной практики работы, которая состоит из разрозненных нестандартизированных процедур, к управлению жизненным циклом объекта капитального строительства с использованием технологий информационного моделирования. Строительство — процесс многогранный, в нем очень много стадий: разработка инвестиционного замысла, подготовка задания на проектирование и технико-экономического обоснования, проектирование, экспертиза проекта, строительство, контроль, ввод в эксплуатацию, реконструкция, капремонт, наконец снос объекта... В этом изобилии процедур сама задача быстрого и качественного создания объекта зачастую уходит на второй план, потому что на каждом этапе можно застрять на годы. И так происходит во многих странах, не только в России. А управление жизненным циклом объекта все эти разрозненные процедуры объединяет в единый процесс и не позволяет потерять из виду главную цель — создание объекта.
Поэтому в стратегии развития экспертизы нормоконтроль как технологическая задача отходит на второй план, тем более что с всеобщим переходом на цифровизацию плохо проектировать в принципе будет сложно. И тогда ключевым становится другое: получить оптимальное решение с учетом уровня развития технологий, ситуации в регионе, конъюнктуры рынка, экономической, социальной ситуации и т. д. Именно в инжиниринге мы видим будущее: такой подход поможет решать, что не только надежно и безопасно, но еще и разумно. Ибо надежно и безопасно, но не нужно — это выброшенные деньги.
Сейчас меняемся не только мы, но серьезно модифицировался сам дискурс нашей работы с заказчиками: от экспертизы требуют не просто сообщить, правильно или неправильно составлен проект, а научить, как сделать правильно. И в этих условиях стали востребованы наши образовательные продукты, которые разрабатывает Учебный центр Главгосэкспертизы. Даже в разгар пандемии наши вебинары по разъяснению изменений в регулировании собирали тысячи человек. Не меньшим спросом пользуются и другие наши семинары. То есть экспертиза сегодня начинает работать еще и как система управления знаниями.
Все это мы предвидели и планировали, так что это — не начало перемен в нашей работе, но новый этап развития Главгосэкспертизы. И мы надеемся, что за нами в этом направлении потянутся другие экспертные строительные организации. Наша Стратегия развития, которую мы приняли в конце прошлого года и которая рассчитана на следующие пять лет, предполагает, что за этот срок мы из института, который просто принимает проектно-сметную документацию, рассматривает ее на соответствие всем требованиям и выдает по итогам экспертизы заключения, станем центром компетенций, который будет сопровождать строительные процессы на протяжении всего жизненного цикла объекта.
— Расскажите, как вы собираетесь этого добиться? Что уже реализовано?
— В 2020 году появился институт экспертного сопровождения как форма осуществления повторной экспертизы, но более оптимальная для наших заказчиков.
Раньше заход на повторную экспертизу был равен процессу захода в экспертизу нового проекта: снова собрать пакет документов, пройти процедуры приемки и т. д. Но с переходом на электронный формат работы такие процедуры стали не нужны, ведь значительная часть данных по проектам сохраняется в наших базах.
Сейчас же появилась еще одна форма экспертизы — экспертное сопровождение, когда договор заключается на один год уже после получения положительного заключения экспертизы. И все изменения, которые в течение года вносятся в ходе строительства и затрагивают конструктивную безопасность, экспертная организация рассматривает в короткий — от 10 до 20 рабочих дней — срок и выдает промежуточное заключение о соответствии, что является основанием для продолжения строительства объекта. Потом формируется новое заключение, которое и вносится в ЕГРЗ (Единый государственный реестр экспертных заключений).
— По вашим оценкам, насколько экспертное сопровождение позволяет ускорить процесс?
— Значительно. Этот формат дает возможность гибко реагировать на изменения в проекте без остановки стройки. Если сравнивать, то при традиционном подходе нужно заходить на полную экспертизу, а это 42 рабочих дня, здесь же требуется только 10–20 рабочих дней на рассмотрение и подготовку промежуточного заключения.
Такой же подход, по нашему мнению, должен быть применен и на предпроектной и проектной стадиях, когда проектно-сметная документация еще в полной мере не готова, но уже есть возможность оценивать основные технические решения и укрупненно оценивать стоимость объекта.
— Предпроектное сопровождение — это перспектива будущего?
— Да, это сейчас один из главных трендов повестки дня. И на его разработку и реализацию нам дано соответствующее поручение Минстроя России. В чем оно заключается? Мы предлагаем привлекать экспертов еще на предпроектной стадии — не дожидаясь окончания формирования полного пакета проектно-сметной документации.
Во-первых, это ускорит в последующем проведение экспертизы готового проекта. Во-вторых, позволит избежать ошибок, которые могут быть допущены в документации на стадии ее подготовки. Например, есть наиболее оптимальные пути решения, которые видят эксперты, но менять что-то поздно, потому что деньги на проектирование потрачены и все материалы собраны под то решение, которое к нам уже пришло. А на ранних стадиях мы сможем оказывать влияние на выбор тех или иных решений и предлагать наиболее эффективные и качественные подходы.
В итоге такая предварительная экспертная оценка позволит заказчикам строительства и проектировщикам быть уверенными, что большая часть принципиальных проектных решений нами уже согласована, что в свою очередь поможет избежать ненужных потерь и затрат.
— Год назад вы запустили Единую цифровую платформу экспертизы. Каковы ее возможности?
— Единая цифровая платформа экспертизы создана с учетом огромного опыта «цифрового общения» Главгосэкспертизы с участниками инвестиционно-строительного процесса на основе лучших современных практик и технологий. В основу ЕЦПЭ заложены платформенные решения, сквозные технологии и другие цифровые инструменты, которые обеспечивают интеграцию на уровне микросервисов, создавая условия для работы в едином цифровом пространстве всех заинтересованных сторон — заказчиков строительства объектов и застройщиков, федеральных органов власти и экспертов, а также для многих других участников строительной деятельности.
Платформа создана на основе технологий облачных решений и позволяет автоматизировать все основные этапы и процедуры проведения государственной экспертизы. В том числе она автоматизирует такие этапы работы, как представление на экспертизу и хранение документации, проверку комплектности поступившей документации, ведение договорных документов и контроль оплаты, подготовку замечаний и заключений, взаимодействие заявителя и экспертной организации и подписание документов усиленной квалифицированной электронной подписью, ведение официальной переписки по проекту экспертизы, отработку замечаний к комплектности и представленным документам, передачу заключения и документации в государственную информационную систему «Единый государственный реестр заключений экспертизы проектной документации объектов капитального строительства».
В числе основных преимуществ Единой цифровой платформы экспертизы есть и такие преференции для зарегистрированных пользователей, как возможность работы в едином пространстве с использованием единых методологических подходов с другими экспертными организациями, подключенными к ЕЦПЭ, и возможность в упрощенном порядке привлекать для участия в проекте экспертизы работников этих организаций в качестве внештатных экспертов. Ведь доступ к виртуальному офису экспертизы возможен теперь в любой точке, где можно подключиться к Интернету, что особенно актуально в условиях пандемии, а экспертные группы Главгосэкспертизы по всей России работают по экстерриториальному принципу. Платформа также обеспечивает полную информационную безопасность, а риски экспертных организаций и заявителей, связанные с техническим и функциональным сопровождением платформы, ложатся на Главгосэкспертизу.
Наша платформа — это инструмент для работы. И его можно настраивать под потребности организации, исключая те функции, которые не нужны в данном проекте. Ведь одно дело — построить гражданский объект и совсем другое — промышленный, который состоит из тысячи зданий, строений, сооружений и коммуникаций.
— То есть теперь есть возможность обмениваться не только данными, но уже и экспертами?
— Да, если поступает редкий объект или идет вал работ в конце года, то есть возможность взять аттестованного эксперта из другого региона, который находится на платформе. Этот принцип немного похож на сервис агрегаторов такси, когда на вызов приезжает ближайшая машина.
— ЕЦПЭ — уже часть единой информационной среды в строительстве. По вашему мнению, какой в идеале должна быть эта информационная среда, чтобы добиться главной цели — увеличения эффективности инвестиций?
— Правительство поставило отрасли задачу уже с января 2022 года работать по всем объектам госзаказа с использованием технологий информационного моделирования (ТИМ). Поскольку в информационной модели данные об объекте структурированы и существуют в цифровом формате, то и обитать они могут только в соответствующей среде — их нельзя распечатать, прошнуровать и передать. И это предполагает, что все участники работают в единой среде. То есть все работают в цифровом формате, у всех есть способы передачи данных, у всех есть усиленные цифровые подписи, есть средства защиты данных и т. д. Весь набор условий мы и называем единой информационной средой.
Последние пять лет мы готовились к этой работе — перешли в электронный формат, потом начали отлаживать дистанционную работу между своими офисами, автоматизировали процессы внутри, в том числе проверку документов, передачу и использование данных, интеграцию с другими системами.
— До января 2022 года осталось полгода. Успеваете?
— Мировой опыт показывает, что переход к моделированию как доминирующей форме никогда не происходит одномоментно. Мы уже выходим на стадию, когда у нас работают электронные форматы, ведь XML — это уже фактически ТИМ и единые системы. Да, модель данных пока может быть укрупненной — не до каждого винтика, но все участники уже говорят на одном языке, определен набор данных, который важен для всех участников и которые все воспринимают одинаково. Конечно, это еще не цифровой двойник объекта, нужно время для того, чтобы он появился. Но на верхнем уровне стыковка данных об объекте есть, и она понятна всем участникам отрасли.
Кроме того, сейчас не только эксперты, но и участники рынка, например, Газпромнефть, «Транснефть», Росатом, РЖД и многие другие крупные компании, проектируют свои объекты с использованием технологий информационного моделирования. Эксперты Главгосэкспертизы уже работают с моделями информационного моделирования в пилотном режиме, чтобы подготовиться к экспертизе проектов как моделей.
— Да, важно говорить с заявителями на одном языке. То есть вопрос замены форматов решен окончательно?
— Использование единого языка — это один из способов развития единой информационной среды. Решение о переходе на xml-формат экспертных заключений уже принято: с 26 июня начинается трехмесячный переходный период, когда поступающие в ЕГРЗ заключения экспертизы будут приниматься не в pdf, а в машиночитаемом xml-формате.
Для нас это — серьезный шаг на пути к xml-формату проектной документации. При использовании xml-формата вся работа по проверке и загрузке данных становится автоматизированной, без участия человека. Это дает колоссальную экономию средств и времени, но требует четкости при заполнении.
То же самое касается xml-смет, на которые мы переходим с 8 августа 2021 года, а уже 26 июня начинаем принимать сводные заключения в xml-формате. Xml-сметы позволят автоматизировать использование сметных данных. Для специалистов по ценообразованию эта новация — «золото», потому что с их помощью могут анализироваться данные по конкретным жизненным ситуациям, видам объектов, техническим решениям, ресурсам, уже прошедшим проверку экспертов.
— Да, изменений много. И к ним еще нужно подготовить заявителей, чтобы работа шла без остановок и была эффективной. Как проходит этот процесс?
— В плане технологической готовности наших заявителей мы работаем над обучением подходам в работе с данными и подготовкой специалистов по информационному моделированию. Сейчас это очень востребованная тема. Учебный центр Главгосэкспертизы предлагает немало образовательных продуктов, которые помогают перестроиться и научиться работать в новых реалиях.
— Экспертное сопровождение в стыковке с ТИМ тоже возможно?
— Это один из возможных форматов работы на предпроектной стадии.
— Какие новые услуги и сервисы планирует внедрить Главгосэкспертиза в ближайшее время?
— Скоро у нас появится Центр содействия реализации проектов — своеобразный МФЦ для юрлиц. Благодаря этому новому формату работы мы будем помогать заявителям собирать разрешительную документацию в различных структурах перед заходом в экспертизу. Сейчас мы налаживаем необходимые для этого коммуникации и технические решения. Также сейчас мы работаем над Конструктором технических заданий. Этот сервис поможет заказчикам избежать ошибок и составить грамотное техническое задание на проектирование, без которого сделать качественный проект невозможно.
Кроме того, в стратегию развития Главгосэкспертизы заложено немало новых целей и решений, направленных на значительную модернизацию нашей работы и на процесс постоянного развития. Среди них и диверсификация деятельности — внедрение новых услуг и сервисов для заинтересованных лиц исходя из их потребностей и потребностей строительного комплекса, и трансформация экспертной деятельности, о которой мы с вами уже говорили. То есть переход в полном объеме от нормоконтроля к экспертному консалтингу, и выстраивание усовершенствованной системы ценообразования в строительстве, и выстраивание партнерских отношений на базе единой цифровой среды со всеми участниками процесса проектирования и экспертизы, и создание единой цифровой базы знаний и практик, внедрение предиктивной аналитики и технологий машинного обучения в нашей деятельности, и внедрение новой системы повышения эффективности Главгосэкспертизы — переход к процессной модели управления, и развитие компетенций участников инвестиционно-строительного процесса. Работы, как видите, очень много, и останавливаться в своем развитии мы не собираемся.
Этапы трансформации строительной отрасли и Главгосэкспертизы России:
2016 г. — прекращен прием документов в бумажном виде
2018–2020 гг. — формирование информационных систем
2021 г. — отказ от приема документов в pdf. Переход на машиночитаемый xml-формат
2022 г. — подготовка к введению обязательных ТИМ для ряда объектов капитального строительства