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 ноябре 2019 года петербургский Центр государственной экспертизы (СПб ГАУ «ЦГЭ») отмечает десятилетие со дня основания. В преддверии юбилея мы беседуем с руководителем учреждения Ириной Косовой.
– Ирина Владимировна, Вы возглавили ЦГЭ в июле этого года, но мы знаем, что ранее Вы трудились в экспертизе на разных позициях в течение семи лет. Прежде чем говорить об итогах работы центра за 10 лет, расскажите: какие изменения произошли в нем за последние месяцы?
– Одним из наиболее важных нововведений стало изменение регламентов, устанавливающих и регулирующих требования к проведению госэкспертизы. Мы буквально по минутам прописали каждое действие, этапы процесса, с которыми в ежедневной работе сталкиваются эксперты и специалисты нашего учреждения. Это позволило упразднить лишние и дублирующие итерации, а беспричинно затянутые и сложные процедуры – сократить по времени и упростить.
– Как эти нововведения отразились на заказчиках?
– Это, конечно, нужно узнать у них, но мы надеемся, что они довольны. В новом регламенте мы предусмотрели жесткое фиксирование временных отрезков на каждую операцию: оформление договорных отношений, рассмотрение документации, выявление и устранение недостатков, подготовку заключения госэкспертизы. Теперь каждый процесс имеет строго выверенный временной промежуток и прозрачен для наших контрагентов. Так что срок прохождения экспертизы зависит теперь только от качества работы проектных организаций, представляющих интересы заказчика.
– Как это будет осуществлено на практике?
– Сегодня минимальный срок проведения экспертизы в нашем учреждении составляет 22 рабочих дня. Это существенно меньше срока, установленного законодательством (42 рабочих дня). Напомню, в 2009 году средний срок проведения экспертизы составлял 87 дней, а зачастую доходил до 120 рабочих дней.
Тем не менее, по многочисленным просьбам наших заявителей, мы вернули возможность продления этого срока на 20 рабочих дней, обеспечив возможность получения консультаций от экспертов по вопросам устранения недостатков, выявленных в ходе проведения экспертизы в рассматриваемой документации. Тем самым мы делаем всё для того, чтобы при обращении к нам заявитель получил положительное заключение.
Кроме того, сложившаяся устойчивая тенденция к снижению срока проведения госэкспертизы для объектов капстроительства в целом – оказывает положительное влияние на общую продолжительность реализации инвестпроектов.
– Сейчас большинство госуслуг переводится на электронные «рельсы». Проникла ли цифровизация в ваше учреждение?
– ЦГЭ одним из первых в России начал оказывать услуги в электронном виде. Многочисленные очереди, занимаемые заявителями с 5 утра у входа в здание Центра в 2009 году, а также кабинеты и даже коридоры учреждения, заполненные томами проектной документации, уже в далеком прошлом.
В 2017 году все государственные экспертные организации были обязаны перейти на оказание услуг в электронной форме. Начиная с августа 2016 года в ЦГЭ был модернизирован программный комплекс, проведено около полусотни разъясняющих семинаров для представителей проектных и строительных компаний. Помимо этого, мы активно делились опытом с коллегами из других региональных экспертиз России.
Кроме того, во исполнение поручения городского правительства, ЦГЭ реализовал оказание услуги через Единую систему строительного комплекса Петербурга.
Переход на получение услуги в электронном виде был осуществлен для наших заявителей максимально безболезненно. Мы и сейчас открыты для консультаций по этим вопросам.
– Что еще планируется сделать в этой области?
– Задачи перед нами стоят масштабные. Довольно внушительный объем работ запланирован в части модернизации информационной системы – есть возможность роботизировать внутренние процессы ЦГЭ. Приведу пример. Раньше при назначении экспертной комиссии по делу экспертизы ежедневно созывалось совещание, участниками которого были начальники структурных подразделений управления госэкспертизы, а также технические специалисты отдела приема проектной документации. Это порядка 10 человек. Сегодня в информационной системе учреждения заведены «Карточки эксперта» по каждому из направлений экспертизы. Это позволило отменить совещания и проводить формирование группы экспертов силами одного технического специалиста. В дальнейшем, благодаря настройке системы, эта задача будет полностью автоматизирована.
– А как обстоят дела с качеством выпускаемых заключений?
– Наши заключения просто обязаны быть лучшими (по крайней мере, в нашем регионе), и мы постоянно работаем над этим. Несколько месяцев назад мы запустили внутренний процесс – программу «Развитие». Она включает в себя комплекс мер по улучшению качества заключений, разработку шаблонов и стандартов для разделов отрицательных заключений (обоснованности замечаний), а также положительных заключений в части полноты содержащихся в них сведений и их информативности.
– Считаете ли Вы справедливым разделение требований к специалистам в государственной и негосударственной организациях?
– С апреля 2012 года частные компании получили доступ на рынок экспертных услуг, а с ним и право выдавать заключения по большинству проектов и результатов инженерных изысканий в небюджетной сфере. Есть мнение, что это негативно сказалось на качестве экспертизы в целом.
Сегодня система аттестации, проводимая Минстроем России, разделяет требования к уровню знаний у экспертов государственных и негосударственных экспертиз.
Кандидаты в негосударственные эксперты сдают лишь тест, соискатели статуса «государственный эксперт», помимо тестов, проходят еще серьезный устный экзамен. Несмотря на сложность, подобный экзамен необходим. Он состоит из трех общих вопросов по градостроительному законодательству, трех – по направлению деятельности эксперта, а также практического задания по применению тех или иных норм и правил. Таким образом, государство само понуждает госэкспертизу быть лучше и оказывать экспертные услуги более высокого уровня.
– Как сегодня обстоят дела в учреждении с развитием BIM?
– Мы одними из первых в стране подключились к применению BIM в проектировании. Более того, мы являемся одной из немногих экспертиз в России, которая уже разработала требования к предоставляемым цифровым моделям, а также начала разработку набора тестов и правил для автоматической проверки цифровых моделей.
Сейчас проекты ряда соцобъектов, планируемых к строительству Комитетом по строительству, разрабатываются с использованием BIM-технологий (с учетом требований ЦГЭ). 29 октября Центр принял на государственную экспертизу первый проект с цифровой информационной моделью.
Сотрудники ЦГЭ активно взаимодействуют с коллегами из московской экспертной организации и ФАУ «Главгосэкспертиза России», входят в экспертную группу при Минстрое России по вопросам BIM-технологий.
– ЦГЭ оптимизирует процессы проведения экспертизы. Каков экономический эффект от этой работы?
– Если оперировать цифрами, то за 10 лет наши специалисты рассмотрели более 7,5 тыс. комплектов документов, около 4 тыс. из них с бюджетным финансированием. В результате оценки сметной документации этих проектов мы сэкономили Петербургу более 136 млрд рублей.
– А как учреждение взаимодействует с бизнесом?
– Госэкспертиза – это живой механизм, который непрерывно развивается, мы движемся курсом регулярных улучшений. ЦГЭ на постоянной основе помимо государственной и негосударственной экспертизы проводит экспертную оценку проектной, сметной документации и результатов инженерных изысканий. Учитывая запросы проектного и строительного сообщества, мы изменили подход к оказанию этих услуг, пересмотрели сроки и стоимость, а также порядок представления документации (возможно представление бумажной версии).
По результатам рабочих встреч с заказчиками мы приняли решение об увеличении срока проведения оценки проектной и сметной документации с 30 до 60 и 120 дней, исключив ранее предусмотренную необходимость дополнительной платы за каждое продление на 20 дней.
За 10 лет работы ЦГЭ сэкономил частным инвесторам более 64 млрд рублей. Взаимодействие госэкспертизы и бизнеса важно на всех этапах строительства объектов. Наши эксперты не только проверяют соответствие проектов требованиям техрегламентов по безопасности и надежности, но и обеспечивают уверенность инвестора в рентабельности проекта и, соответственно, в целесообразности инвестиций.
ЦГЭ проводит публичный технологический и ценовой аудит крупных инвестиционных проектов.
– Какое достижение ЦГЭ за 10 лет является самым важным, на Ваш взгляд?
– Самая главная заслуга центра – сохранение коллектива профессионалов. И я говорю не только об экспертах; все наши сотрудники – это одна большая сплоченная команда. В настоящий момент численность работников ЦГЭ составляет 145 человек, 30% из них работают с момента основания учреждения.
10 лет – может, и небольшой срок; мы, конечно, еще довольно молодая организация, но именно молодости присущи динамичное развитие, гибкость и быстрота реакции на постоянно меняющуюся среду, восприимчивость к высоким технологиям. Поэтому в нашем случае молодость – это, скорее, достоинство.