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 предварительных итогах года, введенных объектах, а также специфике завершения долгостроев «Строительному Еженедельнику» рассказал генеральный директор Строительной корпорации «ЛенРусСтрой» Леонид Кваснюк.
— Леонид Яковлевич, год еще не завершился, но уже можно начинать подведение предварительных итогов. Все ли планы, которые были намечены, удалось воплотить в жизнь?
— В целом можно сказать, что все задачи, которые мы ставили перед собой, несмотря на сложности, связанные с пандемией коронавируса, были решены. В рамках проекта в Новом Горелово введены в эксплуатацию два жилых корпуса суммарно на 1040 квартир общей площадью около 50 тысяч кв. м.
Хотя эпидемия уже началась, мы получили разрешение в администрации Ленобласти и осуществили выдачу ключей новоселам — наверное, первыми в регионе наработав подобный опыт. Было сделано все, чтобы соблюсти санитарно-эпидемиологические требования и избежать риска заражения. Использовались маски, перчатки, санитайзеры, сформирован специальный график приема клиентов, потоки людей были разведены. В итоге процесс прошел без каких-либо эксцессов. Для нас это было принципиально важно: никогда мы не срывали сроков передачи покупателям их квартир, не хотели делать этого и в этот раз — вне зависимости от каких бы то ни было факторов.
— Насколько я помню, в прошлом году было сдано примерно столько же жилья. Значит, роста объемов нет?
— Вообще, примерно 50 тысяч «квадратов» — это плановый, можно сказать, «стандартный» для нас годовой объем ввода. Сама цифра — не продукт кабинетных размышлений, а результат многолетней практики. Она, во-первых, соответствует примерному объему годового спроса в этой локации. Таким образом, мы поддерживаем местный рынок новостроек в равновесном состоянии — избегая как дефицита, так и затоваривания. А во-вторых, вводя столько жилья, мы успеваем параллельно строить необходимую социальную, инженерную и транспортную инфраструктуру.
Так, в этом году, помимо сетевых коммуникаций, улиц и проездов, нами уже сданы объекты благоустройства. В частности, это бульвар для прогулок с удобными зонами для отдыха и развлечений. Там можно послушать концерт, посидеть на скамейке, просто с комфортом отдохнуть. За этот проект в конце 2019 года мы получили награду архитектурного конкурса «Золотой Трезини». Также на площади 4,5 га нами создан огромный плей-хаб — место для игр и отдыха детей и подростков всего микрорайона.
Кроме того, в ближайшее время будет сдана в эксплуатацию школа на 550 мест. Ее мы строим в рамках программы «Стимул» при федеральном (60%) и региональном (30%) софинансировании. Могу сказать, что это очень интересный опыт. Дело в том, что объект находится на особом контроле у госстройнадзора и важна высокая четкость проведения работ — как по срокам, так и по качеству. Поскольку сроки реализации проекта достаточно сжатые, а пандемия стала негативным фактором (прежде всего это касается поставок различного оборудования, значительную часть которого мы получаем из-за рубежа), нужно добиться того, чтобы процесс шел точно, как часы.
Кстати, школа получилась шикарная — со спортивными и актовыми залами, современной библиотекой, компьютерными классами, прекрасно оборудованной столовой — мы в своем детстве о таком и мечтать не могли. Мелкий, но показательный штрих — газон футбольного поля на спортплощадке готовился два года — чтобы к моменту сдачи на нем было удобно играть в футбол.
— В этом году «ЛенРусСтрой» также завершил долгострой в Малом Верево. Почему вы взялись за эту задачу?
— К нам обратилось руководство Ленобласти с такой просьбой, и мы решили выполнить эту работу. Тут надо принимать во внимание несколько факторов. Во-первых, власти региона действительно уделяют серьезное внимание строительному комплексу и готовы помочь ему при возникновении сложностей. И я считаю, что отраслевое сообщество должно со своей стороны относиться также. А во-вторых, долгострои — это, хоть и опосредованно, но пятно на репутации всех строителей региона. Пострадавшие люди умом, конечно, понимают, что есть конкретные виновники их проблем, но психологически переносят негатив на всю отрасль. Поэтому строительные компании должны помогать решать эту проблему.
В итоге мы построили, на мой взгляд, прекрасный дом — лучший в той локации. Приступили к работе в начале 2019 года. Ситуация на стройке тогда была хуже, чем если бы там вообще ничего не делали. Наши предшественники наковыряли какой-то котлован, за несколько лет превратившийся в болото. И начинать пришлось с того, чтобы полностью переделывать основание. Дополнительной сложностью было то, что проектирование и строительство велись практически параллельно. Тем не менее в августе этого года мы ЖК «Белый Сад» сдали. И, конечно, лучшей наградой была искренняя благодарность пострадавших дольщиков, многие из которых уже и не надеялись получить квартиры. С экономической же точки зрения по этому объекту мы хорошо, если «вышли в ноль».
— Готовы ли вы взяться за достройку еще какого-нибудь долгостроя?
— Общая наша позиция по этому вопросу не изменилась. Но, конечно, экономику выполнения подобной работы мы будем оценивать более тщательно.
Для опроса к съезду строителей:
На какие ключевые проблемы в строительной отрасли необходимо обратить первоочередное внимание профессиональному сообществу: власти, бизнесу, научным и общественным организациям?
Леонид Кваснюк, генеральный директор Строительной корпорации «ЛенРусСтрой»:
— У строительной отрасли всегда есть проблемы, это такой «закон природы». В этом году — это пандемия коронавируса, в другой год — кризис, в третий — какие-то нормативные или законодательные новации, которые порой и не поймешь, как исполнять. Эти сложности держат отрасль «в тонусе», не дают расслабляться. Самое главное, на мой взгляд, не искать виноватых, а принимать практические меры для решения появляющихся проблем. И в этом смысле очень важно, чтобы власть слышала отраслевое сообщество, шла ему навстречу, старалась поддержать в том, что от нее зависит. Это — залог успеха, вместе мы преодолеем любые сложности.