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.
Гил Пеньялоса – учредитель и председатель совета директоров некоммерческой канадской компании 8 80 Cities, а также специальный представитель ассоциации World Urban Parks – международной представительной организации городских парков, общественных пространств и рекреационных зон.
В конце 1990-х Гил возглавил проект по созданию и развитию более чем 200 парков в столице Колумбии, а сейчас консультирует чиновников и организации по всему миру. На форуме 100+ эксперт поделится своим опытом, а пока в интервью рассказал, что значит название его компании «8 80», как мотивировать власть на развитие общественных пространств и почему пожилые люди – это ценный ресурс, в который обязательно нужно вкладываться.
– Вы консультируете руководителей и сообщества по всему миру, помогая им создавать успешные города. Есть ли такие ученики, которые смогли максимально воплотить ваши идеи? Расскажите о них.
– Скажу так: мне посчастливилось работать более чем с 350 городами по всему миру, на всех континентах. И в очень многих городах мои идеи использовали довольно хорошо. Не все, но те, которые были применимы к конкретному городу.
Моя некоммерческая организация называется «8 80». Что это вообще такое? Принцип построен на одном вопросе: что если всё, что мы делаем для города, было бы удобно и для восьмилетнего человека, и для восьмидесятилетнего? От тротуаров и парков до библиотек и всех других общественных мест. Я сейчас не говорю о том, чтобы город был удобен людям от 8 до 80 лет, а именно людям восьмилетнего возраста и восьмидесятилетнего. Если мы будем ориентироваться именно на эти две группы, то город будет удобен абсолютно всем – от нуля до ста лет. Я видел применение этого принципа уже во многих городах в Албании, в Мексике, в Танзании.
Сейчас я живу в Торонто, но какое-то время работал в Колумбии и был ответственным за парковые пространства. Мы реализовали идею с так называемым внезапно появляющимся парком. Идея была в том, чтобы взять улицы – в городе был 121 километр улиц и дорожного пространства – и превратить в один день недели все эти улицы в один взаимосвязанный парк. То есть люди гуляли, бегали, на скейтбордах катались, развлекались и отдыхали. Эту идею применили уже более чем в трехстах городах. И Россия может применить эту идею тоже. Она работает в городах от 50 тысяч до 10 миллионов населения. Где угодно. В Москве эту программу можно держать с мая по октябрь каждый год по воскресеньям. Внешние условия это позволяют.
Некоторые города берут какие-то мои идеи об эффективности движения, другие по созданию парков. Я провожу для этого воркшопы, мотивирую людей, обучаю. При этом я сам учусь. Из моих поездок в Россию я много узнал. Например, в Казани я видел парк, который сделан в лесу и построен только из дерева, никакого пластика. Круто! Увидел, как там дети играют, и очень многое от этого перенял в свою деятельность. И так по всему миру.
– Почему вы выбрали именно такие возрастные группы – 8 и 80 лет?
– Группы восьмилетних и восьмидесятилетних играют роль такого индикатора для определения того, что нужно всем.
Представим ситуацию. Есть у нас велосипеды и автомобили. Обычно в городах для велосипедов проводят какую-то линию и все. Здесь, чтобы применить этот принцип, нужно задать три вопроса. Первый: что если по велосипедной дорожке поедет ребенок? Второй: что будет, если дорожкой воспользуется восьмидесятилетний человек? Третий: если бы кому-то из них нужно было пойти в школу или магазин, были бы мы спокойны за них в ходе их путешествия от дома до нужного места? Если да, то все нормально. Если нет, то что-то нужно менять.
Если говорить о парках, то возьмем в пример детей от новорожденных до четырехлетних. Говорят, что это самый важный период для ребенка, потому что развивается мозг, мышцы. Но в парках на данный момент ничего не делается для них. Нет никаких инструментов для того, чтобы дети развивались наиболее естественным и эффективным для себя образом.
Также, если посмотреть на парки, мы увидим там людей всех возрастов, кроме стариков. Стариков там гораздо меньше, потому что им там нечего делать. Я говорю о людях, которым за шестьдесят. Если в среднем говорить, это треть населения нашего мира.
Если человеку исполнилось 60, у него еще есть много времени, чтобы быть счастливым. Он вышел на пенсию, у него должны быть возможности для деятельности, какой-то активности. В то же время эти люди могут много полезного дать обществу. У них много опыта, знаний, и они могут этим делиться. И все, что в них вложили, вернется с лихвой. В целом только в последние два года жизни у человека начинаются проблемы со здоровьем.
Нам нужно привыкнуть к той идее, что люди такого возраста еще могут что–то отдать обществу. Успешный парк в этом контексте – это не тот, который получает какие–то архитектурные награды, это парк, в который людям хочется возвращаться. А причиной для того, чтобы люди возвращались в парки, будут являться как раз-таки активности, которые там организованы. И еще нужно помнить, что парки – место для круглогодичного времяпровождения.
– Вы уже бывали в России, например, в Казани. Какое впечатление у вас осталось? Умеют ли у нас обустраивать парковые пространства и создавать точки притяжения?
– Впервые я попал в Россию 35 лет назад. Был в Санкт-Петербурге, Москве. За последние три года посетил еще Казань и могу сказать, что был очень впечатлен. Буквально за восемь лет Казань преобразилась: из города, в котором не было вообще качественных парков, она стала местом, в котором построили более сотни новых парков. Это правильный подход.
Для того чтобы пространство было качественным, в городе нужен не просто один хороший парк, а целая система парков. Допустим, в Москве есть парк Горького, он отличный, но для целого города этого недостаточно. Нужны парки поменьше, районные, где можно гулять, всегда видеть своих же соседей, то есть что-то более локальное. Это требуется для сбалансированного развития. Но в целом я хочу сказать, что в России хорошо. Я увидел изменения.
Но когда мы говорим об общественных пространствах, о точках притяжения, недостаточно упоминать одни только парки. Если посмотреть на любой город сверху, мы увидим, что от 25 до 30% занимают улицы. И улицы – это тоже общественные пространства. Улицы должны быть для всех. Например, в случае с Россией, да и, наверное, многими другими местами, еще 10 лет назад, 25 лет назад машины были везде. Всё было сделано для автомобилей. Их можно было даже ставить на тротуары. Сейчас ситуация улучшилась. Машины не стоят на тротуарах, тротуары только для пешеходов. И это тоже важно, поскольку тротуары – это место, где люди гуляют, а не просто идут из точки А в точку Б.
– Многие считают, что в Екатеринбурге недостаточно парков и в целом зелени. Как мотивировать власть на изменения?
– Я бы сказал так: не нужно фокусироваться на самих парках. Нужно фокусироваться на преимуществах, которые эти парки могут дать всем. Это психическое здоровье, климатические и экономические преимущества. Также преимущества в благосостоянии и более удобном передвижении по городу.
Если мы встречаем чиновника, который заинтересован в экономике, то ему нужно донести идею того, что люди хотят жить в городах, в которых есть парки, потому что это удобней и комфортней.
Если же мы разговариваем с ответственным за здравоохранение, то нужно донести идею о том, что людям полезно много гулять. Да даже немного, хотя бы 30–60 минут, но постоянно, как минимум пять дней в неделю. И единственное условие, при котором люди смогут это делать, – если будут подходящие пространства.
Особенно мы увидели важность этого в условиях COVID-19. Нам сейчас, например, нужно пространство для того, чтобы соблюдать социальную дистанцию. То есть нам нужны широкие тротуары, большие парки, чтобы была возможность выйти прогуляться.
– Тема форума 100+ в этом году – «Осознанное строительство». Что оно дает обычным горожанам?
– Первое, что может дать осознанное строительство простому горожанину – равенство. Если мы посмотрим на ситуацию, которая сложилась с коронавирусом, мы увидим, кто больше подвержен смертности – это люди в возрасте. Но кроме них умирают бедные люди. Богатые люди не так часто переносят коронавирус, потому что они могут работать из дома, а люди, которые работают на улице и живут в состоянии стресса, заражаются чаще.
Второе – это устойчивость. В мире есть проблема посерьезнее коронавируса. Это изменение климата. Сейчас как никогда важно работать всем вместе. Если мы не можем все вместе справиться с COVID, куда уж нам тягаться с глобальными проблемами вроде изменения климата. Если это не получится, то не получится ничего.
Поэтому простому горожанину нужны условия, в которых физическое и психологическое здоровье поддерживаются у всех. А это дают равенство и устойчивость.