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.
Харальд Брекке – архитектор с огромным опытом реализации самых разных проектов. С 2008 года он работает в компании Kjaer Global, которая помогает людям, командам и организациям из разных секторов и отраслей понять будущее. Что это значит и как вообще можно понять то, чего еще нет, Харальд Брекке рассказал в преддверии выступления на форуме 100+.
– Расскажите подробнее о теме вашего доклада «Осознанное строительство будущего». Что это значит? Сейчас осознанного строительства нет?
– Я с уверенностью могу сказать, что сейчас осознанное строительство существует. Мы видим, как появляется новое мышление в принципе и с точки зрения строительства тоже.
Задача нашей компании – отслеживать глобальные тренды, смотреть на мировую картину и исходить из нее. При этом мы опираемся и на прошлое, и на свои представления о будущем. Но мы не только смотрим на прошлое и пытаемся предугадать будущее, также мы, я бы сказал, учимся у них. Когда я говорю «учимся у будущего», это может звучать противоречиво, но на самом деле у нас есть определенные инструменты, чтобы определить, каким будущее может предстать.
Так, например, мы используем «компас трендов». То есть смотрим на текущие тренды, которые доминируют в нашей области, и пишем потенциальные истории о будущем. Здесь главное, конечно, несмотря на то что тренды сложно предугадать точно, подходить к этому с открытым мышлением и быть готовыми ко всему.
В целом архитектура и строительство очень хорошо подготовлены к тому, чтобы прогнозировать будущее. Главное – быть, опять же, открытыми. И закончу я, наверное, фразой: мы не идем в будущее, мы создаем будущее. Это тоже важно иметь ввиду. Об этом и будет мой доклад.
– Как именно вы прогнозируете будущее?
– Мы используем подход к прогнозированию будущих трендов по нескольким плоскостям. Мы смотрим на научную плоскость – какие технологии развиваются, в каком направлении развития человечество пойдет. Далее смотрим на социальные тренды, то есть какие социальные структуры появляются, какие в них наблюдаются изменения.
Мы смотрим также на плоскость, которую называем левым полушарием мозга: логическую. И также смотрим на область правого полушария, то есть на эмоциональные факторы, которые есть в настоящее время, и как они могут развиваться.
Последняя плоскость, на которую мы смотрим, – духовная, не в плане религии, а в плане смыслов, ценностей, которыми люди обладают и которые считают для себя важными в какой – то конкретный момент.
У меня на двери висит атлас трендов. Он от 2018 года, поэтому не самый свежий. Но тем не менее, он показывает принцип работы этого подхода. На воркшопах, которые мы проводим, мы постоянно обсуждаем вопросы, которые решает этот атлас. Смотрим на все актуальные проблемы, которые есть в мире, на все актуальные направления развития, и таким образом определяем тренды.
– Какие мировые тренды можно выделить сейчас?
– Первое, что нужно упомянуть, это, конечно же, искусственный интеллект, то есть следующее поколение робототехники и в принципе технологий. Второе – 5G-связь. Мы ее недавно обсуждали на конференции в Риге. Кроме того, это новые модели экономики, как, например, круговая экономика. И нельзя обойти стороной коронавирус и его влияние на рынок недвижимости, так как изменения в связи с этим вирусом происходят радикальные.
С социальной точки зрения надо сказать, что очень сильно поменялся концепт возраста. Нет больше какого – то разделения – сначала школа, потом университет, работа. Сейчас есть такое понятие как «обучение всю жизнь». Старая модель очень быстро рассыпается, и это очень сильно повлияет на строительство в плане развития городского пространства.
С эмоциональной точки зрения нужно упомянуть коворкинги, коливинги, то есть тренд того, чтобы разделять пространство с другими людьми.
Также сейчас появляется новая модель лидерства. Становится все меньше таких лидеров, которые смотрят только на прибыль от своей деятельности. Нужны лидеры, которые исходят из другого подхода, в английском это называется подход из четырех P: people – люди, planet – планета, purpose – цель, предназначение и performance – то есть здесь уже идут показатели непосредственно по прибыли, выручке и другим материальным показателям.
Конечно, обо всех трендах, которые я сейчас перечисляю, я расскажу подробнее в своей презентации на форуме.
– Какие города мира, на ваш взгляд, сейчас больше всего приближены к той модели, за которую вы выступаете?
– Наверное, я скажу, что нет города, в котором все-все-все приближено к нашей идее. Мы хотим, чтобы люди более системно и конструктивно думали о будущем городов. Например, взять Лондон – это настоящая городская лаборатория. В нем есть очень много аспектов, которые хорошо реализованы, но также есть аспекты, которые реализованы очень и очень плохо. Поэтому я думаю, что в случае с каждым городом именно это имеет место быть: что-то хорошо, что-то плохо.
Но говоря о городах, с которыми я хорошо знаком, потому что мы работали там над проектами, могу привести пример Копенгагена. Это город, в котором приятно жить. Это показывает тот фактор, что люди переезжают в город, а не из него. Возможно, здесь я немного субъективен, потому что мы много работали с этим городом.
Еще могу рассказать про проект 2015 года в Колумбии, город Медельин. В нем очень хорошую работу проделал мэр. Он использовал следующий подход: изучил проблемы конкретных районов, смотрел очень узко и затем решил всё на локальном уровне. Это принесло свои результаты. В 2016 году этот город был назван самым инновационным по выборке из 100 городов мира.
Осло, например, хорошо поработал в аспекте управления транспортным потоком в городе. Сингапур хорошо проработал свои проблемы в области нехватки природных ресурсов. То есть они подошли грамотно к вопросу об использовании воды, о покупке домов.
Примеров можно привести много. Опять же, я не говорю, что у этих городов по всем параметрам, по всем показателям получилось все хорошо проработать. Я не думаю, что есть какой-то город, у которого получилось прямо все.
– Как вы считаете, сколько лет и ресурсов понадобится, чтобы весь мир пришел к осознанному строительству?
– Отличный вопрос. Я думаю, что сейчас человечество до сих пор находится в стадии коллективного когнитивного диссонанса в плане совместной работы над глобальными проблемами. Коронавирус очень хорошо показал нам ситуацию, когда всему человечеству нужно работать вместе.
На самом деле, осознанное строительство – это вопрос, который тесно связан с идеей о том, что мы все живем на одной планете. Соответственно, все вместе должны работать на то, чтобы эта планета была приемлемым местом жизни для всех.
Здесь, конечно, нужно думать не в рамках одного поколения. Нужно думать, чтобы сделать планету лучше, на одно-два поколения вперед. При этом я хочу сказать, что осознанное строительство проявляется уже сейчас. Вследствие того, что меняются поколения, появляются совершенно новые идеи. Например, сильно изменился подход к производству. Сейчас больше распространена идея о распределении комплектующих для производства чего-то, а не финального продукта. То есть производство переходит на локальный уровень и таким образом готовый продукт меньше перемещается по миру.
Над чем нам нужно подумать, – это над тем, чтобы у всех была платформа, чтобы вдохновлять друг друга, обсуждать проблемы и таким образом приходить к совместным решениям. В инвестиционном фонде BlackRock лидеры тоже считают, что это важно, потому что таким образом мы можем более эффективно подойти к решению любого вопроса.
– Как осознанное строительство проявляет себя в вашей жизни? Что оно дает вам как простому горожанину?
– В моей жизни много где себя проявляет осознанное строительство. Конечно же, главным образом в том, как в текущих условиях принимаются в расчет совершенно разные группы людей при проектировании.
Наверное, любой архитектор при ответе на этот вопрос будет неосознанно фокусироваться на том, что уже хорошо, что уже применятся. Но, конечно, надо сказать, что даже в Дании, даже в Лондоне, в местах, где довольно развита эта тема, все еще присутствует неосознанное строительство, то есть плохие направления развития, неэффективные. Не такие подходы, которые позволят нам создать лучшее будущее.
Я считаю, что форум 100+ и тема, которая на нем заявлена (Осознанное строительство – Прим.Ред.), – очень важны. Нужно поместить его на карту действий и выставить на всеобщее обозрение, чтобы эти проблемы совместно решались.