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.
ГК «Сардис» стала официальным дилером на Северо-Западе России компании «Гранит-Ир», предлагающей на рынке отечественный натуральный материал — геналдонский юрский доломит. О причинах такого решения и свойствах камня «Строительному Еженедельнику» рассказал генеральный директор ГК «Сардис» Степан Рощупкин.
— Степан Юрьевич, почему одна из старейших камнеобрабатывающих компаний Санкт-Петербурга приняла решение стать официальным дилером геналдонского юрского доломита на северо-западе России?
— Задача импортозамещения в российской отрасли камнеобработки стала особенно актуальна в конце 2014 года, когда ослабление национальной валюты привело к резкому подорожанию для заказчиков импортных материалов. Поэтому доля отечественного камня в общем объеме наших работ существенно выросла. Применительно к гранитам — проблем не возникало и ранее: в России имеются собственные карьеры — в Карелии, на Урале, в Башкирии. Декоративный цветной камень, месторождений которого в России просто нет, мы по-прежнему покупаем за рубежом — в Греции, Испании, Бразилии, Италии, других странах. Но его объемы обычно сравнительно невелики.
А вот с доломитами ситуация сложилась не самая благоприятная. Причина в том, что они преимущественно востребованы для наружной облицовки зданий высокого класса, а следовательно, необходимы в достаточно больших объемах, что при высокой стоимости импорта стало проблемой. В России до недавнего времени фактически не было промышленных разработок доломитов Юрского периода. Сам период, в свою очередь, получил название по Юрскому горному массиву, располагающемуся на территории Германии, Франции и Швейцарии. Камень с германских выработок получил наиболее широкое распространение на рынке. При этом известняки Юрского периода добываются во многих странах, например, в Португалии, Словении, Черногории, Турции, Иране и пр. И по сути — по времени и условиям формирования — это один и тот же материал.
Исключением не является и Россия. Доломиты, например, Крыма и Северного Кавказа — это доломиты Юрского периода. Сложность была в том, что на российских месторождениях до недавнего времени фактически не велась промышленная разработка. В последние годы положение существенно изменилось благодаря развитию производства в России. Компания «Гранит-Ир» реализовала проект по организации добычи доломита в серьезных масштабах в Геналдонском ущелье в Северной Осетии. Камень получил бренд геналдонский юрский доломит. «Сардис» же стал официальным дилером этого материала на Северо-Западе.
— В чем отличительные особенности этого камня?
— Прежде всего необходимо отметить, что геналдонский юрский доломит — не кальцитовый, а доломитовый минерал в отличие от большинства аналогов, поступающих из-за границы. Это принципиально важный момент, поскольку доломиты, сохраняя все положительные свойства кальцитов, не имеют их недостатков. Внешне и тот и другой вид выглядят совершенно одинаково. Однако эксплуатационные характеристики у них сильно различаются. Поясню на простом примере: если отполировать кальцит и оставить его на улице, скажем, в Петербурге, где достаточно агрессивная атмосферная среда, а климат характеризуется высокой влажностью и частым переходом температуры через нулевую отметку, то от полировки ничего не останется буквально через пару лет. При аналогичном опыте с доломитом обработка продержится лет 20–30. То есть благодаря высокой плотности и отсутствию слоистости структуры камня доломиты гораздо более устойчивы к внешним негативным воздействиям, отличаются высокой износостойкостью и морозостойкостью.
Вторым фундаментальным преимуществом геналдонского юрского доломита по сравнению с импортными аналогами является экономический фактор. Неслучайно нашу беседу я начал с вопроса импортозамещения. Благодаря отечественному происхождению этот камень существенно дешевле зарубежных. Оплата идет в рублях, и исключена проблемы скачков курса, отсутствует необходимость растаможивать материал, понятна логистика поставок.
Сочетание двух этих ключевых факторов, на мой взгляд, делает геналдонский юрский доломит восходящей звездой в сфере использования природного камня в архитектуре и строительстве современной России.
— Можно ли в Петербурге уже увидеть объекты, облицованные этим камнем?
— В Северной столице — пока нет. Геналдонский юрский доломит пока только выходит на наш рынок. Вот в Москве уже есть ряд объектов высокого класса, на которых этот материал применен на практике. Это, например, клубный дом «Цвет 32» на Цветном бульваре, 32, торгово-офисный центр класса А «Якиманка 26» на ул. Большая Якиманка, 26, жилой комплекс премиум-класса Barrin House, на Малой Пироговской ул., 8, элитный жилой кластер «Золотой остров» на Софийской набережной, 4–10. Все это статусные объекты, отличающиеся превосходной архитектурой и наглядно демонстрирующие прекрасные эстетические качества геналдонского юрского доломита. Уверен, что уже к концу этого года проекты с его использованием появятся и в Петербурге.