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.
О подготовке к сезону ремонтов, больших стройках, реализации национального проекта «Безопасные качественные дороги» и вопросах, которые дорожникам приходится решать каждый день, «Строительному Еженедельнику» рассказал председатель Комитета по дорожному хозяйству Ленобласти Денис Седов.
— Денис Станиславович, недавно была разработана Стратегия транспортного развития Ленобласти. Расскажите, пожалуйста, об основных ее положениях.
— Подготовке Стратегии было посвящено все второе полугодие прошлого года, а презентовали мы ее в январе этого. По сути, для нас это базовый программный документ в транспортной сфере на ближайшие пятнадцать лет. Он отвечает на ключевые вопросы: что строить, где строить, когда строить. Специалисты проанализировали тонну документов, включая генпланы, схемы территориального планирования, статистическую отчетность, провели опросы, посчитали транспортные потоки и создали большую математическую модель. Она показывает эффект от ввода каждого объекта.
Важно, что в первом горизонте планирования — до 2025 года — есть ряд объектов, которые мы уже сейчас строим либо проектируем. Я говорю, например, про идущую реконструкцию Колтушского шоссе и построенную развязку в западном Мурино. Буквально на днях мы получили положительное заключение экспертизы на проект другого важного объекта — развязки с Мурманским шоссе в Кудрово.
— Национальный проект «Безопасные качественные дороги» частично поменял формат. Что Ленобласть ждет от этих изменений?
— Область и Санкт-Петербург теперь входят в нацпроект как агломерация. Это логично, ведь значимость транспортных связей между Ленобластью и городом сегодня трудно переоценить. В этом году уделяем особое внимание ремонту так называемых вылетных магистралей, которые соединяют два субъекта РФ.
Я говорю прежде всего о таких объектах, как Гостилицкое шоссе, дороги Новый Петергоф — Низино — Сашино, Красное Село — Гатчина — Павловск и Петербург — Ручьи. Это не только те трассы, по которым ежедневно идет поток в несколько десятков тысяч машин, но и пути для развития внутреннего туризма. По Гостилицкому шоссе можно доехать до мемориалов «Атака» и «Непокоренная высота», из Нового Петергофа — до фонтанов в Петергофе, из Виллозей — до Демидовской усадьбы.
— Ленобласть в настоящее время ведет ряд больших дорожных строек — это и мосты через Свирь и Волхов, и путепровод во Всеволожске, и расширение Колтушского шоссе. Как вы оцениваете ход реализации проектов?
— Мосты однозначно радуют, мы идем со значительным опережением сроков. В Подпорожье сроки стройки сокращаются сейчас в два раза — пустим транспорт по переправе в начале 2023 года вместо 2026-го. В Киришах опоры нового моста уже вошли в Волхов. Кстати, в дальнейшем есть проект сохранения и ремонта старой переправы с тем, чтобы движение из города и в город шло по разным мостовым переходам.
По путепроводу во Всеволожске мы рассчитываем запустить движение машин в конце этого года. Избавим город от переезда на железной дороге, который сейчас за сутки в целом закрыт суммарно примерно в течение пяти часов.
Реконструкция Колтушского шоссе — это особый разговор. Чтобы убрать «бутылочное горлышко», в Янино надо решить два серьезных вопроса: изъятие участков, которых в зоне стройки больше 100 штук, и вынос инженерных сетей, включая самое сложное — переустройство газопровода. Дорожное строительство в период жилищного бума вообще очень сильно поменялось — сначала нужно получить миллион согласований с сетевыми компаниями и только потом можно начинать собственно работу, фигурально — первый ковш земли. Значимость этого объекта переоценить трудно, учитывая ежедневные заторы на дороге. Именно поэтому наш основной посыл к собственникам земельных участков, которые попадают под изъятие, состоит в том, что необходимо поставить интересы жителей Ленобласти в целом выше собственных. Потому что в данном случае речь идет о решении поистине государственной задачи.
— Про напряженные отношения дорожников и грузоперевозчиков известно давно. Какие нововведения Ленобласть готовит для любителей езды с перегрузом?
— Прежде всего — это установка автоматических постов весогабаритного контроля. Три уже поставили, сейчас вводим их в эксплуатацию. На очереди еще четыре. Основная идея — сделать «купол» с севера области, чтобы минимизировать ущерб дорогам от самосвалов из карьеров.
Кроме того, сейчас мы обсуждаем идею создания так называемого грузового каркаса: это список дорог, по которым разрешено движение большегрузов. Регулироваться это будет выдачей специальных разрешений, а ряд муниципалитетов будет закрыт для транзитного проезда фур и самосвалов знаками и камерами. Здесь должен работать револьверный принцип: заехал под знак — получил штраф, нагрузил машину — получил штраф.
При этом мы настаиваем на том, что ответственность за перегруз должна быть обоюдной: и грузоотправителей, и грузополучателей, и перевозчиков. Надо отучать от мысли, что перегруженные машины не несут ответственности за состояние дорожной сети, мол, я проехал, а дальше трава не расти. Только так мы сможем перебороть тенденцию использования региональных дорог как путей доставки нерудных материалов и повысить безопасность движения.
— Ленобласть в этом году переходит на новые ГОСТы по использованию асфальта. Это безусловный плюс или есть нюансы?
— Вообще, сам по себе переходный период на новые стандарты асфальтобетонной смеси растянут до 2023 года. Мы здесь идем с опережением в связи с тем, что нагрузка на региональные дороги растет постоянно.
В прошлом году мы опробовали метод «Суперпейв» при ремонте Дороге жизни. По этой технологии смесь подбирается исходя из климатических и нагрузочных параметров. С этого года опробуем «Евроасфальт». Таким образом, для обновления каждой магистрали подбирается уникальный состав асфальта и битума. За счет учета индивидуальных особенностей новый асфальт будет менее восприимчив к износу, в том числе и шипованными покрышками. Продолжим также использовать гофрированные трубы, они себя уже отлично зарекомендовали. Битумная лента для герметизации стыков также, что называется, в ходу.
— Расскажите, пожалуйста, о работе с федеральным центром. Как идет договорный процесс по поводу софинансирования из госказны областных объектов транспортной инфраструктуры?
— За два последних года мы наладили диалог с Минтрансом РФ и Росавтодором. Москва убедилась, что Ленобласть — надежный партнер, и поддерживает наши объекты: это и мосты через Свирь в Подорожье и Волхов в Киришах, и Колтушское шоссе, и уже построенная развязка в Мурино.
Однако наша позиция состоит в том, что поддержка строек должна идти параллельно с поддержкой ремонтов: Ленобласть сегодня является ведущим транзитным регионом России. Поэтому объем износа автодорог у нас очень большой. При этом мы видим, что существует практика поддержки региональных дорожных фондов федеральными целевыми трансфертами на ремонт, и рассчитываем, что она будет распространена также и на Ленобласть.
Справка
Напомним, в этом году в Ленобласти в рамках нацпроекта «Безопасные качественные дороги» планируется отремонтировать около 110 км региональных магистралей.
Речь идет о Гостилицком шоссе, дорогах Красное Село — Гатчина — Павловск (от Виллозей до Вайялово), Новый Петергоф — Низино — Сашино (полностью вся дорога от Князево до Сашино), Петербург — Ручьи (от КАДа до Лебяжьего) и Зеленогорск — Приморск — Выборг (от границы с Петербургом до коттеджного поселка «Финский бриз»), Волосово — Копорье на участках от райцентра до Гомонтово и от Лашковиц в сторону Копорья. Целиком обновится дорога Елизаветинка — Медный завод во Всеволожском районе. Там же сделается участок дороги Осиновая Роща — Магистральная от Петербурга до Вартемяг через Дранишники. В Тихвинском районе ремонт пройдет на дороге Лодейное Поле — Тихвин — Будогощь от Липной Горки почти до Ругуя.