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 Санкт-Петербурге немало прекрасных архитекторов, достойно продолжающих дело старых мастеров, чьи шедевры украшают город, а вот системной градостроительной политики Северной столице не хватает. Впрочем, и в этом отношении ситуация постепенно изменяется к лучшему. Об этом «Строительному Еженедельнику» рассказал руководитель архитектурной мастерской «АМЦ-ПРОЕКТ» Сергей Цыцин.
— Сергей Викторович, нередко можно встретить мнение, что хотя градостроительных ошибок, имевших место в 1990-х и нулевых годах, сейчас практически нет, но и по-настоящему интересных, ярких проектов в Петербурге не появляется. Согласны ли вы с такой оценкой?
— Я такого мнения не разделяю. Действительно, Петербург — это феноменальный город, в котором за очень краткий по историческим меркам период сложилась уникальная архитектурная среда. Именно она притягивает сюда людей со всего мира. Именно она формирует дух города. И соответствовать ей в самом деле очень непросто. В то же время эта среда и воспитывает, формирует вкус, задает планку в творчестве. И, на мой взгляд, у нас достаточно очень сильных архитекторов, уровень творчества которых вполне достоин традиций Северной столицы. Кстати, надо добавить, что лишь очень немногие работы специалистов из других городов и стран, пытавшихся что-то делать для Петербурга, можно признать успешными.
В то же время есть проблема, из-за которой даже успешные проекты архитекторов часто не производят того положительного впечатления, на которое вполне могли бы рассчитывать. Проблема эта со временем становится все более явной и требующей решения. Заключается она в нехватке цельной, долгосрочной политики градостроительного развития нашего мегаполиса.
Дело в том, что Петербург — «умышленный город», исторически он всегда развивался по плану, существовала доминантная линия развития города и его агломерации. Само начало строительства осуществлялось на основании согласованного генплана Леблона. Позже генплан Еропкина, градостроительная деятельность архитектора Фельтена и других известных зодчих вносили изменения в планы развития, не меняя его основы. Эти принципы сохранялись и в дальнейшем. Архитекторы в целом следовали заданной концепции городского развития. При формировании новых регулярных кварталов всегда появлялась доминанта (обычно это был храм), вокруг которой происходила организация общественного пространства — площадь, улицы, скверы. Таким образом и складывалось гармоническое единство петербургской архитектурной среды, включавшей в себя множество стилистически разнообразных элементов.
В советское время в определенной мере эти подходы сохранялись — отчасти из-за того, что сохранялась старая архитектурная школа, отчасти из-за планового принципа хозяйствования, предполагавшего предварительную теоретическую проработку направлений развития. Во всяком случае, мы имеем немало примеров реализации не только отдельных проектов, но и целых ансамблей с правильно организованным пространством.
Слом накатанной системы в 1990-е годы негативно отразился на ситуации. Идеология застройки кардинально поменялась. Каждый девелопер фактически был предоставлен сам себе и отвечал только за свой проект. Соответственно, и архитекторы, которые осуществляли их разработку, не занимались средой в целом. Градостроительные институты пришли в упадок, а сама градостроительная политика утратила опережающий характер и комплексность решения. Отмечу, что негативную роль играет, как мне кажется, не сам факт коммерческого освоения площадей, а сложившаяся тогда система приоритетов, исключившая из сферы своего внимания проектирование и развитие общественно значимых пространств. При правильной градостроительной политике освоение вполне может успешно происходить в рамках коммерческих схем, но оно следует за принятыми на городском уровне базовыми градостроительными основами, полноценно учитывая необходимость гармоничного градостроительного развития. У нас же получилось наоборот: организация среды вторична по отношению к отдельным девелоперским проектам. В итоге стратегия развития города в целом прорабатывалась недостаточно внятно.
— Какие пути выхода из сложившейся ситуации вы видите?
— Нужно возвращаться к системной градостроительной политике. Надо отметить, что та проблема, о которой я говорил, не является новостью ни для архитектурного сообщества города, ни для органов власти, которые ведают этими вопросами, ни лично для главы КГА Владимира Григорьева. И в принципе в последние годы многое для исправления сложившегося положения делается.
Но надо понимать, что градостроение очень инертно, это крайне медленный процесс, и те или иные усилия в правильном направлении получают отражение в реальной жизни лишь спустя многие годы. И, подобно тому, как отрицательный результат приоритета интересов застройщиков в сфере градостроения, который сформировался в 1990-х годах, стал очевиден только в «десятых», так и предпринимаемые сегодня усилия для изменения ситуации станут хорошо заметны только через несколько десятилетий. Однако позитивно само то, что уже наметилось движение в нужном направлении.
— Вы говорили о роли градостроительных доминант в деле формирования городской среды. Что может ими стать, раз уж общество изменилось, и такого числа храмов, как ранее, ему не нужно?
— Действительно, сейчас их востребованность существенно ниже. Но очевидно, что дело не в функциональном назначении объектов. Доминантами могут быть административные, офисные, торговые объекты, общественные пространства. Важно, чтобы они выделялись на фоне рядовой застройки и позволяли вместе с транспортным каркасом формировать пространство вокруг себя. Но, соответственно, к ним и архитектурные требования должны предъявляться не просто по функционалу, но и по их роли в градостроительном процессе. На Западе есть такой термин icons architecture — «иконическая архитектура» — то есть индивидуальная, оригинальная, запоминающаяся архитектура, которая определяет облик квартала, района, города. Именно к ней должны относиться доминанты.
Кстати, храмы и сегодня способны быть доминантами. Но для этого необходимо их правильное размещение в городской среде. Ими можно акцентировать площади, зеленые насаждения, общественные пространства. А сейчас они порой строятся «по остаточному принципу». Остается при проектировании жилого комплекса клочок земли, на котором просто невозможно разместить какую-то пригодную к продаже недвижимость, — туда «втыкают» маленький храмик. Конечно, сейчас, когда преобладает высотное домостроение, смотрятся они у подножья высоток просто жалко. Даже при комплексном освоении территории, когда застраивается большая территория и под храм отводится приличный по площади участок, находится он обычно где-нибудь на отшибе и, конечно, градостроительной функции доминанты не носит.
— По вашим словам, к доминантам должны предъявляться особые требования. Недавно губернатор поручил КГА подготовить требования к облику в том числе и нежилых объектов. Вы считаете это шагом в нужном направлении?
— На мой взгляд, вопрос слишком сложен, чтобы урегулировать его какой-то разовой мерой. К решению этой задачи может вести несколько путей, возможно, наиболее эффективна какая-то комбинация из них.
Мне представляется целесообразным наиболее важные, крупные объекты поручать проектировать архитекторам, которые своими прежними работами доказали свой талант, ответственность, уровень качества, способность соответствовать петербургским традициям. Такие люди по определению не будут делать халтуру, им лучше не мешать, не стеснять их творчество формальными требованиями.
— Это то, что было раньше, когда император поручал, условно, Монферрану или Стасову построить собор и фактически давал им карт-бланш. Работала система: талант зодчего плюс развитый эстетический вкус государя, итого — шедевр. Как сейчас определить, кто, кому и на каких условиях дает свободу творчества? Сразу же найдутся недовольные…
— Да, конечно, этот путь трудно формализуется. Он основан на высокой культуре и развитости вкуса, на нравственности и заказчика, и исполнителя, и в значительной мере - общества в целом. Тем не менее уже до революции получили распространение архитектурные конкурсы, в рамках которых представлялось несколько авторских проектов, и специалисты отбирали наиболее интересный из них. Этот путь, хотя и в несколько других условиях, возможно реализовать и сегодня. Кстати, конкурсы-то проводятся, и выигрывают их обычно действительно очень интересные проекты. Но нередко возникает вопрос с реализацией. Достаточно вспомнить историю с новым Музеем блокады. Поэтому, конечно, помимо проведения конкурса, нужна еще и политическая воля для воплощения проекта.
Второе направление — создание системы архитектурных кодов, архетипов застройки. Они очень помогают гармонизировать среду — вплоть до цветовых решений. Но формирование систем требований — это очень сложное дело, где важно, как говорится, не перегнуть палку и не стать заложником формальных требований. У нас архитектурная деятельность и без того предельно зарегулирована. У меня есть нормативы в этой сфере, действующие в Финляндии. По сравнению с Петербургом норм меньше, наверное, в 150 раз. Очень многое отдается на волю проектировщика и заказчика. Разве в Финляндии плохая архитектура?
У нас же введены требования по массе параметров — от плотности проживания и высоты зданий до инсоляции и числа машино-мест. С одной стороны, вроде все правильно: не должны в исторической части города появляться небоскребы, не надо строить человейники, нужна комфортная среда и зеленые зоны. Но с другой — задается некий средний стандарт, шаблон, под который подгоняются все проекты. Архитектор предельно ограничен в творчестве — на все есть норматив. Что же удивляться, что в городе появляется много «среднестатистических» проектов и мало ярких, запоминающихся, о чем вы говорили в начале беседы. Оригинальность замысла сплошь и рядом требует выхода за прокрустово ложе действующих требований. Творчество плохо поддается нормированию. Да, конечно, существует комиссия по получению разрешения на отклонение от предельно допустимых параметров. Но это требует немало времени, да и результат неизвестен, а большая часть девелоперов не готова «терять время», поэтому обычно требует от архитекторов строго уложиться во все нормы.
Так что, на мой взгляд, для того что бы появлялось больше интересных проектов, необходимо искать некий баланс между нормативами и архитектурным творчеством.