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.
С начала 2020 года Петербургский филиал Главгосэкспертизы России возглавила Анна Копейкина. Она рассказала порталу ASNinfo не только о задачах строительной экспертизы на Северо-Западе, но и планах дальнейшего развития института государственной экспертизы.
- Анна Владимировна недавно Вы были назначены главой Петербургского филиала Главгосэкспертизы. Какие Вы ставите перед собой задачи на этом посту?
- Своей основной задачей считаю выстраивание работы на принципах комплексного предоставления услуг на всех стадиях реализации инвестиционного-строительного проекта, начиная с идеи проекта и заканчивая вводом объекта в эксплуатацию. Также важное и ключевое направление – это совершенствование системы ценообразования. В Петербургском филиале создан региональный центр ценообразования, который занимается верификацией данных о фактической стоимости строительных ресурсов, предоставляемых субъектами СЗФО для пересчета индексов изменения сметной стоимости строительства.
На мой взгляд, огромное значение в нашей работе имеет фактор планирования. Конечно, оно существовало в филиале и раньше, но я хочу совершенствовать эту работу.
- Как вообще можно планировать работу филиала, если ход экспертизы зависит не только от экспертов, но и от людей, которые заказывают строительство?
- Сегодня в Главгосэкспертизе России работает информационная система учета предварительных заявок, ее цель – организация планирования работы. Используя систему удаленного доступа, через личные кабинеты заявители направляют предварительные заявки по сдаче документации на экспертизу.
У Петербургского филиала Главгосэкспертизы есть и своя специфика – мы нередко рассматриваем объекты капитального строительства, имеющие историческую ценность. А вся исходно-разрешительная документация, связанная с реставрацией памятников истории, культуры и архитектуры, очень сложная, при ее составлении надо учитывать множество нюансов.
Поэтому взаимодействие на ранних стадиях проектирования, в том числе – планирование сроков направления объектов на экспертизу, позволяет проводить предварительную проработку основных технических решений на стадии, предшествующей подготовке проектной документации. В перспективе это окажет позитивное влияние на реализацию инвестпроектов.
- Каким еще образом можно улучшить планирование?
- Общаться. Сближаться. Делать так, чтобы заказчики почувствовали необходимость в нас, а у нас достаточно инструментов, которые можно использовать для взаимовыгодной работы.
На сегодня у филиала 35 заключенных соглашений о взаимодействии с ключевыми заказчиками и порядка 277 предварительных заявок на предоставление проектной документации на экспертизу. Мы проводим постоянный мониторинг состояния этих проектов, заказчики предоставляют нам сведения о планах по заходу своих объектов на экспертизу. Но нужно стремиться к большему.
Произойдут ли изменения, которые сделают прохождение экспертизы проще и удобнее для заявителей?
- Уже сегодня в Главгосэкспертизе реализуется новый формат взаимодействия, который позволяет участнику процесса на ранних стадиях проектирования обратиться за консультацией, уточнить планируемое проектное решение либо набор исходно-разрешительной документации.
В конце 2019 года в Градкодекс РФ были внесены изменения, направленные на оптимизацию процессов строительства. Так, одной из важнейших новелл стало введение механизма экспертного сопровождения проекта. Во-первых, оно позволит оптимизировать общий срок его реализации. Во-вторых, объединит процесс внесения изменений в проектную документацию при проведении экспертизы с общим процессом реализации проекта – до момента ввода объекта в эксплуатацию. При внесении изменений в проектную документацию, получившую положительное заключение, организация, выдавшая это заключение может провести экспертное сопровождение проекта. В его рамках будет проведена оценка соответствия изменений, внесенных в проектную документацию, требованиям технических регламентов, заданию застройщика или техзаказчика на проектирование, результатам инженерных изысканий. И если в ходе экспертного сопровождения в нее будут внесены изменения, требующие проведения экспертизы, то организация, проводившая работу, выдаст о них соответствующее заключение. Сведения о нем подлежат включению в Единый государственный реестр. В таком случае проведение повторной экспертизы не требуется – а это сэкономит застройщику время и деньги.
Договор об экспертном сопровождении заключается на один год. В период его действия застройщик сможет неограниченное количество раз представлять экспертам изменения в проектную документацию, а они в течение 10-20 рабочих дней должны будут их рассмотреть и выдать соответствующее заключение. Такой механизм позволит застройщику более оперативно принимать решения о реализации изменений, возникающих в ходе строительства.
На сегодня наш филиал заключил несколько таких договоров. Эксперты осуществляют оценку внесенных изменений, по результатам рассмотрения выдаются заключения.
Недавно Правительство РФ приняло решение, что по федеральным объектам, а также объектам, инвестируемым из госбюджета, задание на проектирование будет формироваться при участии органов экспертизы. Работу по этому направлению уже активно ведет Главгосэкспертиза во взаимодействии с региональными госэкспертизами, определяется объем документов, необходимый для согласования задания на проектирование, форма и формат, в которых такие документы должны предоставляться на согласование, а также его порядок. По результатам общения с руководителями региональных экспертиз выявлено, что в некоторых субъектах эта практика существовала и раньше. Такой подход позволит избежать серьезных ошибок, связанных с недостаточно глубокой проработкой основных требований и решений, которые сейчас экспертиза выявляет только на стадии проектирования и поэтому их приходится решать в сжатые сроки.
- Сейчас в практике построения успешных бизнес- и некоммерческих компаний принят свободный подход к организации труда сотрудников. Какой вы видите работу экспертов: творческой, самостоятельно регулируемой или вертикально структурированной, с жесткой иерархией и четко определенными процедурами?
Я – за второй вариант, за дисциплину, когда понятно, кто за что отвечает и какого результата ждать, когда принимаются взвешенные решения по каждому этапу процесса. Организация должна работать как единый механизм, и каждый сотрудник обязан понимать конечную цель всего проекта, а не только своей части работы. В Главгосэкспертизе России налажен именно такой процесс: все очень четко. Начальник ведомства Игорь Манылов сформировал команду единомышленников, все друг друга понимают с полуслова и прекрасно работают в команде. Конечно, в жизни бывают разные ситуации, и если ты по какой-то причине не можешь выполнить свое задание, то должен предупредить об этом, чтобы минимизировать отрицательные последствия для всего дела. Это тоже закон командной работы. Несмотря на модные тренды построения рабочего процесса – со свободным посещением, творческой активностью и максимальной самостоятельностью сотрудников – строительной экспертизе, на мой взгляд, такой формат не подходит. Экспертиза – это жесткие рамки, выстроенная процедура, четкий график, строгая подотчетность и совместная работа. И хотя, как мы видим в свете сложившейся ситуации с пандемией коронавируса, офис при необходимости может стать и виртуальным, дисциплина в нем по-прежнему должна сохраняться на высоком уровне.
- Как вы считаете, широко востребованные сейчас soft skills, «гибкие навыки», нужны сотрудникам экспертных организаций?
- Несомненно, они важны. Это дополнительные знания и умения, которые позволяют эффективно общаться с людьми, работать в команде, планировать время. Они не связаны с профессией, но помогают быть успешным в ней.
Экспертиза, как я уже говорила, - это командная работа: специалисты в разных областях работают вместе, и каждый, помимо выполнения технических навыков, должен понимать и видеть проект в целом. Тут нужна способность к коммуникации, навыки координации и взаимодействия, умение брать на себя ответственность и быстро принимать решения. Почти все soft skills развиваются во взаимодействии с другими людьми, а в Главгосэкспертизе России успешно реализуется, например, использование экстерриториального участия экспертов. То есть к рассмотрению проекта привлекаются эксперты из разных филиалов. Состав экспертных команд, которые формируются для рассмотрения, практически не повторяется. Люди учатся друг у друга, принимают положительные наработки, в том числе такие: как расставлять приоритеты, работать с информацией, рационально использовать время, еще лучше планировать процесс. В дальнейшем они используют эти навыки в работе и добиваются лучших результатов.
- В последние годы в России расширяется использование цифровых технологий. Что в этой сфере делается в Петербургском филиале Главгосэкспертизы? Когда вы будете готовы принять на экспертизу BIM-проект?
Это очень важная для нас тема. Кстати, хочу сразу отметить, что термин BIM (Building Informational Modeling) используется зарубежными специалистами, а в российском законодательстве используется иной — ТИМ (технологии информационного моделирования). Сегодня в Главгосэкспертизе функционируют информационные системы, которые позволяют рассматривать документацию, подготовленную с использованием таких технологий. Также ведется работа по формированию базы данных. Наш филиал в составе рабочей подгруппы принимает участие в разработке методических рекомендаций к содержанию и оформлению представляемой на экспертизу проектной документации и информационной модели объекта капитального строительства. В настоящее время таких требований в действующих нормативных документах недостаточно.
Пока законодательство не обязывает экспертные организации выполнять оценку объектов, выполненных с применением ТИМ, и включать соответствующие выводы в заключение госэкспертизы. Но мы готовы принимать в качестве дополнительной информации для прохождения экспертизы информационную модель в формате IFC.
- Ну а когда законодательство обяжет экспертные организации заниматься ТИМ-проектами, с какими трудностями могут столкнуться эксперты?
- Мне кажется, трудности не появятся, а исчезнут. Ведь информационная модель – это более высокий уровень подготовки проектной документации. Проекты, выполненные с применением ТИМ, позволяют быстрее погружаться в объект за счет наглядности информационной модели. Можно будет визуально оценить взаимосвязи конструктивных, архитектурных, объемно-планировочных и других решений, в том числе - выявляя коллизии принятых проектных решений.
Главгосэкспертиза России разработала Единую цифровую платформу, которая окажет значительное содействие интеграции всего института экспертизы в единое цифровое пространство строительной отрасли как части цифровой экономики РФ. Она будет обеспечивать непрерывность накопления и обмена достоверными данными об объектах капитального строительства на протяжении всего жизненного цикла, «бесшовность» информационного взаимодействия обмена информацией и документацией по всей цепочке движения инвестиционно-строительного проекта.