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.
Народный архитектор, действительный член РААСН, профессор Никита Явейн более 30 лет руководит архитектурным бюро «Студия 44», в котором были созданы проекты таких знаковых для Петербурга зданий, как Академия танца и Детский театр балета Бориса Эйфмана, Ладожский вокзал и еще десятки объектов самого разного назначения. Мэтр архитектуры рассказал о том, что он думает о современном градостроительстве, реставрации исторических зданий и перспективах Северной столицы.
— Никита Игоревич, ваше творчество пришлось на новейшее время в российской истории. Некоторые считают его «золотым», потому что за это время архитекторы получили доступ к большим средствам, возможность проектировать без оглядки на авторитеты, шанс очаровать заказчика своими идеями, использовать новые технологии и материалы. А что вы думаете по этому поводу?
— Это было время пошатнувшихся критериев и появления самозванцев, что свойственно любому переходному периоду. Это было время, когда вкус состоятельного заказчика, если понимать под ним общность людей с разными интересами и возможностями, только начал формироваться. А по-настоящему элитарные объекты создают элитарные заказчики.
Единственное положительное, что принесло архитекторам это тяжелое время, была возможность относительно быстрых социальных лифтов, какими бы они ни были. Многое решали личные связи, но не всегда мастерство. А ведь хорошая архитектура — это профессионализм архитектора.
— Не грозит ли сегодня российским специалистам изолированность от мировой архитектуры?
— Конечно, грозит! Но изолированность и в каком-то смысле провинциализм присутствовали в девяностые годы и в начале двухтысячных даже в большей степени. Мы не можем соревноваться с западными студиями ни по рекламе, ни по финансовым возможностям, не можем привлекать такой же объем средств. В изолированности есть свои плюсы и минусы. Не секрет, что для многих субподряд от иностранного архитектора стал возможностью улучшить свою репутацию, хотя это было, мягко говоря, необъективно.
— Какие черты несет архитектура Никиты Явейна и зодчих из «Студии 44»?
— Во-первых, я бы не отделял себя от архитекторов студии: в разных проектах у меня разная степень участия, а в некоторых меня нет. Впрочем, это не означает, что меня в проектах нет совсем или я один всем занимаюсь.
Что касается отличительных черт, то наши проекты в целом не похожи на другую архитектуру. Глядя на них, любой специалист, архитектор или критик, который «купается» в теме, сразу скажет, что проекты сделаны в «Студии 44», потому что в них есть что-то необычное, новое, иногда трудно понимаемое и не принимаемое. Возьмите, к примеру, музейный Центр промышленного прогресса в Выксе или жилой комплекс Imperial Club, спроектированный по петровскому генплану Леблона-Трезини, — до сих пор все плечами пожимают. Почему так получается? Наверно, мы думаем по-другому. Или просто думаем.
— Сейчас в Петербурге происходит смена исторического ландшафта: многие объекты, не имеющие охранного статуса, сносятся под жилое строительство. Нам, горожанам, следует относиться к этому как к неизбежности?
— В последнее время появилось подозрительно много спекуляций на тему сохранения разных по исторической значимости объектов. На самом деле нет российского города, в котором так мало зданий сносилось бы в историческом центре, как в Петербурге. В Москве сносов больше на порядок. Единственное, о чем стоит сожалеть всем нам, это утрата СКК. Вот это явное изменение ландшафта не в лучшую сторону.
— Что ждет архитектурные памятники города? Похоже, что они ветшают быстрее, чем до них доходят средства на реставрацию. Тот же Апраксин двор, по вашим словам, требует серьезных инвестиций в инженерию, которых нет.
— Да, увы, они рискуют не дождаться должного финансирования. Но при этом Петербург тратит на поддержание памятников больше, чем может, и даже больше, чем среднестатистический европейский город, но количество заброшенных исторических объектов все равно растет.
Проблема не в недостатке финансирования, а в другом: прежде, чем начинать реставрацию, для этой недвижимости надо найти собственника, иначе получится напрасная трата средств. У нас в свое время были отреставрированы памятники, и здания без владельцев продержались 3–5 лет, а потом все было растащено. Но собственника отпугивают, во-первых, сложнейшие бюрократические процедуры, которые защищают памятник от неправомерных действий и вместе с тем отбивают охоту у будущего владельца заниматься объектом. Во-вторых, огромное количество разных ограничений и, самое главное, нестыковка законодательств. А уж вмешательство Следственного комитета, который теперь контролирует процессы вокруг спорных исторических зданий в Петербурге, окончательно спугнула инвесторов.
Получается, что мы не можем произвести полноценную реконструкцию, которая вернула бы памятник к жизни. Действующие нормативы позволяют сделать только капремонт, хотя даже с ним дом не доживет до давно назревшей корректировки морально устаревших норм. В результате все участники рынка спустились в «серую зону» и что-то делают на исторических объектах под видом капремонта и реконструкции, хотя по-хорошему малоценные постройки следовало бы сносить и заменять новыми. Этот законодательный тупик рано или поздно придется разруливать, потому что он гораздо опаснее для города, чем один-два сноса в год.
— Какие проекты, на ваш взгляд, были бы необходимы городу, чтобы создавать полноценное городское пространство и пойти ему на пользу?
— Сегодня практически прекращено строительство общественных зданий. Понятно, что город растет, надо развивать транспортную инфраструктуру, чтобы он не задохнулся. Однако и девелоперы не стремятся развивать общественные пространства даже в виде торгово-развлекательных центров. Кроме жилья, мало что строится, и это создает ощущение какого-то безвременья.
— В вашей проектной практике есть объекты самого разного назначения: культурного, научно-образовательного, спортивного, жилого. Какие из них хотелось бы отметить и почему?
— Наверное, Академию танца Бориса Эйфмана, реконструкцию Восточного крыла Главного штаба под экспозицию Эрмитажа, Ладожский вокзал. Вокзал считаю одной из сильнейших работ в архитектурном и технологическом плане. В проекте Академии особенно выделил бы первую очередь — это один из лучших наших проектов, который принес России первую победу на международном конкурсе архитектуры WAF.
Из реставрационных работ отмечу Александровский дворец — для нас это была сложная, мучительная работа, где решены не только многие реставрационные задачи, в том числе по воссозданию отделки и убранства помещений «из ничего», но также применены инженерные, конструктивные решения, авангардные не только для Петербурга или страны, но и для мировой архитектуры. Университетский кампус «Михайловская дача» — тоже во многом прорывная работа.
Из музейных проектов очень люблю томский Музей науки и техники — жаль, что его не построили.
Из жилья, безусловно, Imperial Club на Васильевском острове, жилые комплексы на ул. Типанова и на Московском проспекте на месте комбината «Петмол». В последние годы архитекторы часто обсуждают, каким должно быть жилье в центре города, чтобы оно было и рентабельным, и масштабным, и отвечало бы петербургскому стилю. Вот эти три объекта показывают, что такое для меня на сегодня петербургская архитектура, как мы ее понимаем и какой бы она могла быть.
— Среди музейных объектов комплекс в Выксе выглядит очень необычно. Почему было предложено именно такое решение?
— Это музей металла, который строится на территории Верхневыксунского металлургического завода — одного из старейших в России. В проекте мы возвращаемся к первоистокам железа как архитектурного элемента. Получились три, как мы их называем, храма-периптера разной величины. Металл здесь работает на растяжение. Меня на этот образ вдохновил снесенный СКК, это своего рода дань памяти легендарному зданию.
В проекте предусмотрено применение легированной стали с добавками фосфора, меди и т. д. — аналога кортеновской стали. Такая сталь понемногу меняется, покрываясь окисной пленкой с бархатистой фактурой. Эта плотная пленка, препятствуя дальнейшему проникновению воды к металлу, делает сталь «вечной»: однажды покрывшись патиной, она навсегда сохраняет свой рыжеватый цвет и уже не нуждается в окраске или других видах коррозионной защиты. Пусть те, кто приедет на открытие музея, через пять лет увидят совсем другой образ, пусть это будет инсталляция во времени, которая станет продолжением истории местного металлургического производства.
— Ваши специалисты работают в Петербурге, Калининграде и в других городах. В чем разница в проектировании объектов в разных городах? Как культурный и архитектурный контекст каждого города влияет на проекты?
— Все города совершенно не похожи: в них различный архитектурный ландшафт и культурный контекст, решения принимают разные люди. Поэтому взаимоотношения с каждым городом тоже складываются по-разному. В Нижнем Новгороде нам комфортно, в Москве сложно, в Калининграде очень своеобразная атмосфера. Допускаю, что для кого-то из коллег все будет наоборот. Зависит ли диалог с городом от конкретного архитектора? Наверное, зависит.
