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 Северной столице появился новый памятный знак, посвященный утраченному Троицкому собору — первому храму, который был построен в городе. О символическом смысле этого проекта, а также о других начинаниях Фонда содействия восстановлению объектов истории и культуры в Санкт-Петербурге рассказывает его представитель Филипп Грибанов.
— Недавно на Троицкой площади по инициативе фонда был открыт памятный знак в честь Троицкого собора. Какой смысл вы вкладываете в создание этого мемориала?
— Троице-Петровский собор — объект уникальный и знаковый не только для Петербурга, но, без преувеличения, и для всей России. Прежде всего это первый храм новой столицы страны, причем храм очень символичный именно в смысле отображения идей и деяний основателя нашего города — Петра Великого. Он одновременно демонстрировал как верность национальной традиции, соответствуя канонике православного храмового зодчества, так и стремление к новым достижениям, выходу России в число мировых лидеров, что отразилось в необычном для того времени архитектурном решении.
Основана церковь была в 1709 году. Царь лично участвовал в ее обустройстве. Храм был местом проведения торжественных богослужений, которыми отмечались важнейшие государственные события, такие, например, как Полтавская виктория и Ништадтский мир. Здесь же Петр I был провозглашен Императором Всероссийским. То есть Троицкий собор — это место рождения Российской империи, дорогое сердцу каждого россиянина.
Наш фонд оценивал возможность воссоздания храма, который был снесен в 1933 году несмотря на то, что числился под охраной как уникальный памятник архитектуры. Но после рассмотрения всех нюансов от идеи восстановления было решено отказаться. Во-первых, претерпел серьезные изменения весь архитектурный ландшафт Троицкой площади. А во-вторых, что самое главное, у собора была очень непростая судьба. Первый храм, бывший деревянным, сравнительно быстро обветшал. На его месте в середине XVIII века был построен новый, который, хоть и должен был сохранить облик предшественника, сильно от него отличался. Затем храм несколько раз горел, восстанавливался, перестраивался, менял облик. В 1913 году он в очередной раз полностью сгорел, так что на его месте было решено построить новый величественный собор, взяв за образец владимиро-суздальские церкви XII века. Этот проект, к которому были привлечены крупнейшие архитекторы того времени, не был реализован из-за революции. В 1923–1926 годах храм восстановили, ориентируясь на «допожарный» вид, но уже в 1933 году его решено было снести.
Таким образом, смена архитектурной среды, а также многократное изменение облика самого храма фактически не позволяют говорить о возможности аутентичного воссоздания утраченного собора. Тем не менее оставить в забвении столь знаковый образ было нельзя. Тогда и родилась идея создать памятный знак. Бронзовый образ первого, еще петровского Троицкого храма, был изготовлен на основе описаний и сохранившихся гравюр того времени.
Мемориал как-то сам собой наполнился символическими смыслами. Он находится непосредственно на фундаменте разрушенного храма. Знак установлен на фрагменте Гром-камня, который служит постаментом знаменитого «Медного всадника» Фальконе. Площадка мемориала вымощена булыжником — в напоминание об указе Петра I, который обязывал любого человека, прибывающего в юный Петербург, приносить камни для мощения его улиц.
Стоит добавить, что мемориал вызвал большой интерес и у горожан, и у гостей Петербурга. Он уже стал одним из объектов посещения организованными туристическими группами. Приятно, что церемония открытия знака прошла при участии губернатора Александра Беглова, что показывает заинтересованность городских властей в сохранении наследия. Кстати, в тот же день состоялось и представление восстановленной нашим фондом исторической ограды Александровского парка.
— Расскажите, пожалуйста, об «идеологии» фонда. В чем вы видите свою миссию и основные задачи?
— Как видно из самого названия, главная задача фонда — это содействие восстановлению исторических объектов. Но это не означает, что мы замыкаемся в прошлом. Напротив, мы рассматриваем воссоздание утраченных объектов, составлявших в свое время красу и гордость Петербурга, как шаг в будущее, к возрождению величия столицы Российской империи. Мы твердо уверены, что нельзя ограничиваться только сохранением и культивированием наследия. Так можно превратиться в музей — красивый, но не приспособленный для жизни. Петербург — живой город, ему нужно развитие, нужны современные амбициозные проекты, достойные звания Северной столицы России. Нельзя же, в самом деле, допустить, чтобы от нашего времени в истории города остались только безликие кварталы массовой застройки. Нужны смелые прорывные инициативы, о которых говорили бы во всем мире.
Исходя именно из такого подхода и надо рассматривать идею завершения строительства комплекса зданий Смольного монастыря, как задумывал его Растрелли. Если мы не решаемся запустить новые проекты такого масштаба и звучания, пусть это будет реализация замысла великого архитектора, чье имя есть в любом учебнике истории! В конце-концов, в мире немало прецедентов (например, Руанский или Кельнский соборы), когда архитектурные шедевры строились в течение многих веков, в том числе и с перерывами, длившимися столетия. И это нимало не мешает им быть признанными объектами наследия всемирного значения.
— Эта инициатива фонда в конце прошлого года вызвала много шума и разных откликов — как в поддержку, так и против начинания. За прошедшее время как, по-вашему, изменилось общественное мнение в отношении проекта? Чувствуете ли вы поддержку?
— Как мы и думали, основной негатив был связан с тем, что многие слабо ориентировались в вопросе, попросту не знали, что колокольня — идея самого Растрелли. Поэтому мы немало усилий уделили тому, чтобы рассказать горожанам о проекте. И, как продемонстрировал проведенный опрос, изменение общественного мнения налицо. Почти половина респондентов (45%) в целом поддерживает инициативу. Из них — 25% безоговорочно «за», а 20% считают важным провести общественное обсуждение. Еще около 20% — люди, которые затруднились сформулировать свое отношение, но также считают важным провести обсуждение, то есть, по сути, хотят лучше узнать о проекте. Категорических противников инициативы лишь 15%. Особенно нас радуют два факта. Во-первых, динамика изменения общественных настроений. Год назад решительных противников было 23%, а сторонников — 36%. Значит, чем больше люди узнают о проекте, тем позитивнее к нему относятся. А во-вторых, среди молодого поколения противников очень мало. То есть нас поддерживают люди, не ограничивающие свое восприятие фактором нормативов, а просто оценивающие проект по шкале «красиво», «интересно», «впечатляюще» или «скучно», «бездарно», «банально». А ведь это, несмотря на простоту, это очень важная шкала — мы все хотим жить именно в красивом городе. И того же хотели люди, которые Петербург построили, — потому он и получился столь прекрасным.
— Как идет реализация других проектов фонда?
— Реставрация собора Пресвятой Троицы киновии Александро-Невской лавры, построенного в середине XIX века и за период нецелевой, скажем так, эксплуатации, пришедшего в совершенно руинированное состояние, полностью завершена. Получено разрешение на ввод в эксплуатацию, храм передан епархии, в нем совершаются богослужения, идет нормальная приходская жизнь. То есть он вернулся к своему предназначению, к тому, зачем его строили.
На воссоздании церкви в честь иконы Божией Матери «Всех скорбящих радость» (с грошиками) на пр. Обуховской Обороны закончены все общестроительные работы. Напомню, храм был построен в 1894–1898 годах в старорусском стиле и до революции считался одним из красивейших в городе, но в 1933 году, к сожалению, был взорван. Сейчас идут работы по восстановлению внутреннего убранства церкви, которые, по нашим планам, будут завершены в будущем году. После этого она станет не только центром притяжения для верующих, но и одной из самых ярких достопримечательностей города.
Инициатива по возвращению памятника императору Александру III на Знаменскую площадь (ныне — Восстания) пока находится в стадии проработки.
Продвигается работа по проекту воссоздания Борисоглебского храма, построенного в русско-византийском стиле в 1869–1882 годах, после революции использовавшегося как склад и снесенного в 1975 году. Принципиальных препятствий к реализации этой инициативы мы не видим. Согласно новой редакции 820-го городского закона, храм рекомендован к восстановлению. КГИОП и городская администрация оказывают нам всеобъемлющую поддержку, благодаря чему удается выполнять все работы по нашим проектам своевременно, несмотря на последствия ограничений, связанных с пандемией.