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.
За последний год в Москве введено в эксплуатацию 13,3 млн кв. метров недвижимости. Показатель — один из самых высоких в стране, так же, как и стандарты строительства, принятые на этой территории. Столичные застройщики прекрасно осведомлены, что инспекторы Мосгосстройнадзора досконально проверяют качество и безопасность зданий и сооружений на всех этапах их возведения. О том, как удается строить много и качественно, «Строительному Еженедельнику» рассказал председатель Мосгосстройнадзора Игорь Войстратенко.
— Игорь Михайлович, в первую очередь хотелось бы поговорить об итогах прошлого, 2022 года. Он ознаменовался реформой контрольно-разрешительной деятельности согласно закону № 248 от 01.01.2022 г. Как оцениваете результаты прошедшего перехода?
— Мосгосстройнадзор успешно воплощает в жизнь реформу контрольно-надзорной деятельности, и мы сейчас уже можем констатировать, что законодательные изменения благотворно повлияли на столичную строительную отрасль. Как вы знаете, в настоящее время взят курс на снижение административного давления на бизнес и повышение ответственности застройщиков за качество и безопасность строительства. При этом подчеркну, что Законом № 248-ФЗ «О государственном контроле (надзоре) и муниципальном контроле в Российской Федерации» предусмотрено смещение акцента с проведения контрольно-надзорных мероприятий на профилактику и предупреждение нарушений. С января прошлого года мы начали проводить консультации застройщиков и организовывать профилактические визиты на стройплощадки. Для нас важно не количество штрафов, а качество строительства и безопасность при проведении работ. Именно поэтому в арсенале инспекторов появилось так называемое «предостережение о недопустимости нарушений». В итоге профилактика занимает уже более 60% от всего объема мероприятий, проводимых комитетом с застройщиками. Так, в 2022 году наши инспекторы провели почти десять тысяч (9981) профилактических мероприятий с застройщиками. В ходе реализации полномочий по государственному строительному надзору за этот же период Мосгосстройнадзор организовал 6603 контрольно-надзорных мероприятия. Сотрудники Мосгосстройнадзора тщательно выявляют недостатки при проведении строительных работ. В прошлом году зафиксированы почти 42 тысячи нарушений обязательных требований в строительстве. Практически все они были оперативно устранены под надзором специалистов комитета.
— Если говорить об итогах работы, то можете привести в цифрах количество выданных разрешений на строительство и ввод в эксплуатацию, количество введенных объектов в динамике: сократилось или увеличилось их количество?
— Несмотря на непростой год и ограничения, обусловленные внешним санкционным давлением, можно говорить о том, что Москва уверенно удерживает взятые темпы строительства. За 2022 год сдано 13,3 млн кв. метров недвижимости, в том числе 6,8 млн кв. метров жилья. При этом годовой план по вводу недвижимости, определенный «Стройкомплексом» (8,5 млн кв. метров), был перевыполнен на 56%. Традиционно больше всего сдано на территории Новой Москвы — 3,5 млн кв. метров. В границах Старой Москвы тройку лидеров по сданным площадям сформировали Западный (1,9 млн кв. метров), Юго-Восточный (1,5 млн кв. метров) и Северный (1,06 млн кв. метров) административные округа.
Положительная динамика выдачи разрешительной документации на строительство также свидетельствует о том, что отрасль продолжит развиваться, на территории города будут появляться новое жилье, объекты социальной, промышленной и транспортной инфраструктуры. На протяжении прошедших 12 месяцев Мосгосстройнадзор оформил документацию, которая позволяет построить в столице 606 объектов общей площадью около 15,7 млн кв. метров (15,3 млн кв. метров в 2021 году).
— Расскажите о знаковых объектах, сданных в эксплуатацию.
— Знаковыми объектами для столицы, сданными в прошлом году, можно назвать Центр самбо и Центр бокса в Лужниках, колесо обозрения «Солнце Москвы» на ВДНХ, детский зоопарк и павильон «Ластоногие» на территории Московского зоопарка, стадион «Москвич», новый технопарк «Руднево», ультрасовременный легкоатлетический манеж в районе Алтуфьева, киноконцертный комплекс и новый съемочный павильон «Мосфильма», а также множество других локаций. Также в течение прошедшего года в Москве построены свыше 50 школ и детских садов, 19 лечебно-оздоровительных объектов и 21 спортивно-рекреационное сооружение, культурно-просветительские и религиозные объекты. Отдельного внимания заслуживает завершение беспрецедентного по масштабу проекта, позволившего улучшить транспортное обслуживание 15 млн жителей Москвы и Московской области, — строительства Большой кольцевой линии Московского метрополитена. Официальный запуск движения состоялся в марте текущего года. При этом основная часть объектов, входящих в состав БКЛ, была сдана в 2022 году. Специалисты Мосгосстройнадзора уделяли повышенное внимание всей инфраструктуре БКЛ на каждом этапе строительства.
— Обычно состояние отрасли и объемы работ оценивают именно по показателям выданных разрешений на строительство и ввод в эксплуатацию. По вашему мнению, насколько объективную картину они показывают? И на какие дополнительные важные параметры также стоит обратить внимание?
— Сданные квадратные метры действительно наглядно демонстрируют масштабы строительства. Однако при оценке состоянии отрасли необходимо учитывать и другие факторы. Строительный сектор — локомотив, который движет за собой другие сферы хозяйственной деятельности в Москве. Важно понимать, насколько частные инвесторы готовы вкладывать средства в стройку, чтобы стимулировать развитие города в целом, и какой объем финансирования выделяется из бюджета для реализации социальных проектов. В столице доля инвесторских объектов в сфере строительства традиционно высока, от года к году она меняется, но в среднем мы фиксируем долю в 80–85% от общего объема сданных «квадратов». И это, на мой взгляд, один из индикаторов, который объективно характеризует состояние отрасли. При этом частные девелоперы строят не только жилые метры на продажу, но и создают необходимую социальную инфраструктуру, школы, сады, спортивные объекты. Такой подход очень важен для комплексного развития города и создания комфортной среды для жизни.
— Как оцениваете качество строительных работ в Москве?
— Стандарты строительства на территории Москвы — по-прежнему одни из самых высоких в стране. Столичные застройщики прекрасно осведомлены, что инспекторы Мосгосстройнадзора досконально проверяют качество и безопасность зданий и сооружений на всех этапах их возведения. Одновременно с этим идет постоянная работа по выявлению нарушений требований охраны труда на столичных стройках: сотрудники комитета оценивают, насколько безопасно организовано строительное производство, выполняются ли на площадке правила техники безопасности. Инструментальный контроль соответствия применяемых материалов и строительных работ заявленным в проектной документации характеристикам осуществляется силами подведомственного Центра экспертиз (ГБУ «ЦЭИИС»). Благодаря комплексу лабораторно-инструментальных исследований нарушения и дефекты, которые невозможно определить визуально, выявляются на стадии строительства, их устранение находится на строгом контроле инспекторов комитета. В настоящее время Центр экспертиз проводит более 370 видов испытаний, постоянно совершенствуя методы исследований.
— Какие значимые объекты сегодня находятся в зоне особого внимания Мосгосстройнадзора?
— Всего на данный момент — 1,8 тысячи объектов капитального строительства. Для нас значима каждая городская стройка, будь то небольшое кафе или крупный спортивный комплекс. При этом существуют объекты, относящиеся к категории технически сложных и особо опасных. Такими, например, являются объекты Московского метрополитена, им мы уделяем повышенное внимание. Контроля требуют буровзрывные работы, которые проводятся при проходке тоннелей глубокого заложения. А поскольку строительство метро зачастую ведется под существующей городской застройкой, специалисты постоянно мониторят состояние наземных зданий в зоне проводимых работ.
При завершении строительства домов по программе реновации инспекторы оценивают качество отделочных работ, поскольку все новостройки для переселения жителей ветхих пятиэтажек сдаются с готовым ремонтом. Также комитет осуществляет надзор на объектах, где предполагается массовое скопление людей: крупных спорткомплексов, стадионов, объектов культуры и других.
— Уже не первый год говорят о массовом переходе на ТИМ. Как в Мосгосстройнадзоре выстроена работа по контрольно-разрешительной деятельности в части объектов?
— Применение технологий информационного моделирования (ТИМ) становится все более популярным инструментом в строительной отрасли. Инспекторы Мосгосстройнадзора регулярно повышают свою квалификацию в области применения ТИМ-решений в своей деятельности. Я надеюсь, что в ближайшие годы данная технология получит широкое распространение, поскольку имеет очевидные плюсы для всех участников строительства. Существенно упростится и наша работа, поскольку мы сможем в режиме реального времени контролировать ход строительства, используя цифровую модель здания. Например, инспекторы смогут указать на виртуальной схеме здания перечень выявленных нарушений, что позволит застройщику оперативно приступить к их устранению.
— В отношении принятия инноваций Москва — всегда впереди остальных регионов. Расскажите об экспериментальной площадке для ТИМ, которая действует в столице. Что на ней возводят и над чем именно экспериментируют? А также о результатах в части надзора за ней, если таковые уже есть.
— Действительно, часть объектов в городе уже возводится с применением информационных моделей. Элементы ТИМ были использованы при строительстве некоторых станций Большой кольцевой линии метрополитена, на данный момент в Нагатинском затоне строится дом по программе реновации, имеющий трехмерную цифровую модель.
— Какие планы перед Мосгосстройнадзором стоят на этот год?
— Нашей главной задачей традиционно остается государственный надзор за объектами капитального строительства и оперативная выдача разрешительной документации застройщикам. Одна из ключевых целей на этот год уже выполнена — в марте мы завершили проведение контрольно-надзорных мероприятий на оставшихся объектах БКЛ и выдали разрешения на их ввод в эксплуатацию. Новая линия стала крупнейшим в мире подземным кольцом. Транспортная сеть города будет развиваться и дальше. Ожидается ввод в эксплуатацию Южного участка МСД (Юго-Восточная хорда). Естественно, продолжается строительство социальных объектов, детских садов и школ, больниц и поликлиник в новых районах города. Заработают знаковые для города объекты. В том числе готовится к открытию многофункциональный спортивно-тренировочный комплекса «Динамо» на Ленинградском проспекте, павильон «Атомная энергия» на территории ВДНХ, роботизированный комплекс Главархива в Новой Москве, ледовый дворец «Кристалл» на территории «Лужников», дворец спорта в районе Некрасовки и другие важные для города объекты.
С учетом беспрецедентных масштабов строительства на территории столицы и в стране в целом роль органов стройнадзора в качестве единственной и безальтернативной формы участия государства в обеспечении качества и безопасности не только продукта завершенного строительства, но и самого строительного процесса сложно переоценить.