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.
ГК «Сардис» хорошо известна на рынке камнеобработки, одним из безусловных лидеров которого она является. Об «идеологии» и о некоторых уникальных проектах, реализованных компанией в Санкт-Петербурге, «Строительному Еженедельнику» рассказал ее генеральный директор Степан Рощупкин.
– Степан Юрьевич, в чем специфика работы возглавляемой Вами компании?
– «Сардис» работает на рынке уже 27 лет – и за этот период сумел занять лидирующие позиции в своем сегменте. Главный принцип, который мы исповедовали с самого начала нашего существования, заключается в том, что для нас не существует «неважных» заказов.
Да, сегодня мы реализуем сложнейшие работы мирового уровня с использованием самых современных технологий, но это не значит, что мы ограничиваемся только ими. Мы с одинаковыми точностью и качеством выполняем и поставку натурального камня для облицовки жилого дома или делового центра, и работы в частных квартирах и коттеджах, и изготовление обыкновенных столешницы или подоконника для любого человека. Подход очень прост: за что бы мы ни брались, мы делаем это в срок и на высоком уровне.
– С каким камнем работает компания?
– Это зависит исключительно от пожеланий заказчика и решений, заложенных архитектором. Мы работаем с натуральным камнем не только со всей России, но и со всего мира (Италия, Греция, Бразилия, Индия и пр.). Дело в том, что в нашей стране хорошего блочного камня, подходящего для реализации оригинальных проектов, сравнительно немного. Это объективная данность – так уж сложилось в эпоху формирования геологических пород. Поэтому мы заказываем камень, обладающий необходимыми декоративными свойствами, в самых разных частях света.
При этом, в отличие от некоторых компаний, наш принципиальный подход заключается в том, что мы привозим в Россию сырье – блоки. А все производственные работы выполняем здесь. Некоторые полагают, что наша страна является «сырьевым придатком», а для нас, наоборот, весь мир – это сырьевой придаток. Ну а глубокая переработка с использованием современных технологий – распил, обработка, монтаж – осуществляется в России. Таким образом, то, о чем сейчас часто говорят с высоких трибун, мы на практике делаем уже много лет.
– Вы упомянули, что помимо рядовых проектов «Сардис» реализовал ряд уникальных. О чем идет речь?
– Мы недавно задались вопросом, сколько же проектов нами реализовано – и в Петербурге, и во многих других городах России. Сбились со счета примерно после четырех сотен, причем очевидно, что вспомнили далеко не все. Поэтому обобщенно можно сказать, что нами выполнено несколько сотен проектов. Конечно, не все они уникальны, но за 27 лет жизни компании и таких было немало. Интересно, что некоторые работы, которые, скажем, десяток лет назад мы считали сложными (например, флорентийская мозаика, некоторые интерьерные заказы), сегодня перешли в категорию вполне рядовых.
Из больших по-настоящему уникальных проектов, которые были реализованы в Северной столице за последнее время, я бы выделил, пожалуй, Детский театр танца Бориса Эйфмана, атриумы здания Главного штаба, элитный жилой дом «Привилегия» и административно-деловой комплекс «Невская ратуша».
На фото: Облицовка колонн в административно-деловом комплексе «Невская ратуша»
– Расскажите, пожалуйста, поподробнее, что это за проекты.
– В результате остекления внутренних дворов здания Главного штаба образовались огромные архитектурные объемы, требовавшие достойного оформления. Разработчиками этого проекта стали специалисты знаменитой мастерской «Студия 44» под руководством Никиты Игоревича Явейна. Одной из сложностей стала организация больших пространств атриумов. Нужно было найти такие решения и элементы, которые в этих объемах смотрелись бы соразмерно и гармонично. Любое мелкое членение неизбежно портило бы общую гармонию пространства.
И нужные решения были найдены. Одним из них стали поистине циклопических размеров лестницы. Для их изготовления было куплено на Сардинии 1,5 тыс. куб. м мрамора Breccia Sarda. Работали мы с ним самым тщательным образом, выбирая направления распила, поскольку этот камень имеет ярко выраженную направленность рисунка, и нельзя было допустить, чтобы рисунок камня шел «вразнобой» на разных деталях. Лестницы состояли из огромного числа деталей, каждая из которых должна была занимать строго свое место в конструкции.
А в одном из залов неправильной формы (площадью более 300 кв. м) была выполнена укладка пола из сотен каменных деталей, и ни одна из них не повторяла другую. Причем использовано пять или шесть разновидностей мрамора. Это было как сборка пазла: каждый фрагмент должен точно занять свое место, иначе единой «картинки» не получится.
На фото: Пол сигарной комнаты из мрамора Nero Portoro в ЖК «Привилегия»
В элитном ЖК «Привилегия» заказчик решил использовать очень дорогой и достаточно редкий камень лабрадорит, который добывается на Мадагаскаре. Его отличают совершенно потрясающие декоративные свойства. Помимо пола, в изготовлении которого ничего особо трудного для нас не было, необходимо было выполнить из камня винтовую, очень сложной формы лестницу, состоящую из массивных элементов. Здесь опять была важна филигранная точность распила камня (баснословно дорогого и купленного в объеме строго «под работу») и монтажа конструкции.
В ЖК «Привилегия» был еще ряд интересных для нас работ. В частности, заказчик решил выполнить пол сигарной комнаты из, наверное, самого дорогого в мире мрамора – Nero Portoro. Результат получился очень впечатляющий.
Еще один сложный и важный объект – административно-деловой комплекс «Невская ратуша». Там, в частности, надо было смонтировать каменные колонны по фасадам – высотой 30 м, радиусом около 1 м. Они не полнотелые, а выполнены путем облицовки (общая площадь – более 3 тыс. кв. м) железных колонн-оснований. Особую сложность работе придавало то, что каменные элементы друг на друга не опирались, а крепились к металлическим колоннам, которые, таким образом, выполняли несущую функцию. При этом необходимо было обеспечить, чтобы отклонение от вертикали при высоте колонн в 30 м составляло не более 2 см. И это при том, что внутренние металлические колонны имели отклонение до 13 см. Несложно догадаться, какие сложные расчеты необходимо было произвести, чтобы выполнить эту задачу. Причем важно было, чтобы визуально все колонны воспринимались как совершенно одинаковые. Была выполнена особая геодезическая съемка и осуществлен строгий расчет всех элементов облицовки – а их было по 66 на каждую колонну.
В настоящее время «Сардис» выполняет достаточно интересный заказ для знаменитого «Лахта Центра». Мы создаем рукотворными методами карельские скалы. За основу были взяты скалы парка Монрепо в Выборге. Общая площадь поверхности составляет около 700 кв. м.
– Судя по всему, сейчас наиболее сложные для «Сардиса» работы – не плоскостные, а объемные.
– Не исключительно, но в значительной степени это так. Можно сказать, что такие работы позволяют нам в полной мере проявить имеющиеся у нас возможности и накопленный опыт.
Дело в том, что выполнить их без навыков проектирования, 3D-моделирования и серьезной инженерной подготовки просто невозможно. Необходимо сформировать объемный проект, четко рассчитать параметры каждой входящей в него детали, просчитать прочностные и иные свойства конструкции. После этого нужно осуществить распил камня – а сплошь и рядом это очень редкие и дорогостоящие породы, и ошибка недопустима. Поэтому стоящие у нас на производстве современные пятиосные станки с программным управлением «читают» задачу непосредственно с проекта 3D-модели. Наконец, необходимо с высочайшей точностью осуществить сборку элементов конструкции. Ведь каждый фрагмент имеет только одно, предназначенное исключительно для него место – и любая ошибка критична.
Реализация таких проектов дает нашей компании по-настоящему уникальный опыт. Без ложной скромности могу сказать, что в некоторых случаях «Сардис» является единственной в Петербурге компанией, способной качественно реализовать проект такого уровня.