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.
Значительную долю российского рынка строительной химии стабильно удерживают зарубежные концерны, делающие ставку на локализацию производств, высокое качество и постоянное обновление продуктовой линейки. О подходе к ведению бизнеса в России международной группы MAPEI рассказывает директор по маркетингу АО «МАПЕИ» Александр Иванов.
- Третий из заводов MAPEI в России был открыт в 2016 году. Курс на локализацию производства оправдал себя?
- Вполне. MAPEI в России уже более 20 лет, за этот срок компания прошла путь от представительского офиса до полноценного производства. Сегодня АО «МАПЕИ» – это компания с тремя производственными предприятиями в Московской, Ленинградской и Свердловской областях, которые покрывают потребности российского рынка и ближайших стран СНГ. Численность сотрудников на территории России и стран СНГ – более 220.
На каждом производстве в любой стране присутствия Группы MAPEI обязательно есть лаборатория контроля качества выпускаемой продукции. На всех заводах, в том числе в России, действуют единые стандарты и процедуры контроля качества. Перед тем, как попасть на стройку, продукт проходит долгий путь от согласования формулы состава с центром исследований и разработок (в Италии) до проведения большого количества тестов на соответствие всем заявленным параметрам.
Техническая поддержка MAPEI сопровождает проекты наших партнеров на всех стадиях: от согласования проекта до ввода в эксплуатацию. Наши технические эксперты выезжают на объекты, проводят тестовые нанесения, консультируют и предлагают готовые решения для строительных задач как в частном (коттеджном) строительстве, так и на крупных объектах инфраструктурного и дорожного строительства.
Кроме производства на местах, для компании важно получать обратную связь от клиентов во всех странах присутствия. С этой целью в 2019 году мы открыли тренинг-центр MAPEI Academy на базе производственной площадки в Ступино, где проводятся семинары и мастер-классы по обучению профессионалов правильному использованию наших материалов и системному подходу в решении конкретных задач.
- Вы сами позиционируете свою продукцию как российскую или зарубежную?
- Мое мнение: на страну происхождения товара сегодня можно уже не обращать внимания. Важнее репутация производителя, которая определяется культурой и технологичностью производства, профессионализмом сотрудников, умением получать обратную связь от потребителей и использовать эту информацию при разработке продукции.
Продукция MAPEI в России позиционируется как российский товар европейского качества. Выпускаемая здесь продукция показывает высокие результаты, как в нашей центральной лаборатории в Милане, так и на строительных площадках России, Беларуси, Казахстана, Узбекистана, Армении, Азербайджана. Мы производим строительную химию по европейским технологиям, на европейском оборудовании из высококачественного сырья. Есть в нашем ассортименте и импортная продукция, но главное - все материалы MAPEI соответствуют требованиям EN и ГОСТ.
- Есть ли различия в продуктовых линейках, выпускаемых в разных странах?
- В каждом регионе присутствия Группы MAPEI есть линейка локальных продуктов, которая производится только под задачи конкретного рынка сбыта. К примеру, в России в виду климатических особенностей нужны материалы, стойкие к перепадам температур, способные сохранять свои качества в условиях суровой зимы. В этом случае применяем подход адаптации европейского аналога или разработки нового продукта, отвечающего потребностям российского рынка, с нуля.
Безусловно, существуют «мировые бестселлеры», которые известны во всем мире и производятся по единой рецептуре практически всеми предприятиями Группы. К примеру, продукты MAPEI для укладки керамической плитки, мозаики и камня. Наши клеи для укладки крупного формата, шовные заполнители и герметики давно зарекомендовали себя на рынке, многие мастера становятся поклонниками наших материалов, работают только с ними и рекомендуют коллегам. Мы ценим это доверие и уделяем особое внимание работе с постоянными клиентами – проводим слеты мастеров, где потребители нашей продукции могут в формате диалога пообщаться с техническими экспертами компании и задать интересующие вопросы.
- В чем заключаются единые стандарты и философия транснациональной семьи MAPEI?
- Социальная ответственность, высокое качество продукции и постоянный диалог с клиентами – ключевые понятия, составляющие основу философии компании и объединяющие работу всех представительств. За 80 лет из небольшой семейной фирмы MAPEI превратилась в международную корпорацию, которая постоянно развивается и открыта новым достижениям, но сохраняет при этом дух семейной компании.
Прошлый год стал печальным периодом в жизни Группы, ушли из жизни владельцы компании Джорджио Сквинси и Адриана Спаццоли – примеры высокого профессионализма, а также человечности для каждого из нас.
- Как Вы оцениваете влияние пандемии на деятельность вашей компании и рынок строительной химии в целом?
- Гибкий подход к планированию и производству позволил нам в спокойном рабочем режиме адаптироваться к новым условиям, перевести сотрудников на удаленный формат работы, обеспечить максимальную безопасность на производствах. Но всем нам предстоит долгая и кропотливая работа по преодолению негативных последствий на мировом рынке. Строительство, как поезд – очень инертно. Чтобы разогнаться или затормозить, ему требуется много времени, поэтому сложными для нашего рынка будут 2021 и 2022 годы. На это указывают два фактора: первый – многие компании решили ограничиться завершением текущих проектов и ремонтами, а новые заморозили минимум на год. Второй связан с тем, что общее падение доходов населения негативно отразится на потреблении строительных материалов. Ремонты не остановятся, но бюджеты сократятся.
Есть отличная английская фраза: Keep calm and do your job. Это примерно то, что мы сейчас делаем. У нас есть цель – быть надежным поставщиком качественной строительной химии в России и СНГ, и мы к ней движемся.
Группа MAPEI в мире
Основанная в Милане в 1937 году, Группа MAPEI является мировым лидером в производстве материалов строительной химии. С 1960-х годов стратегия MAPEI направлена на интернационализацию, обеспечение потребностей локальных рынков, а также на снижение логистических затрат. Сегодня Группа MAPEI насчитывает 90 дочерних компаний и 83 производственных предприятия, расположенных более чем в 36 странах на 5 континентах мира. Особое внимание в деятельности Группы отводится научным разработкам и исследованиям в области экологичных материалов и решений для строительства.
