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.
Юлий Борисов, известный архитектор и основатель группы компаний UNK, признается, что не любит использовать слово «компромисс», так как оно предполагает, что кто-то из участников процесса остается неудовлетворенным. По мнению мастера, залог удачного проекта в другом — в слаженной и гармоничной работе команды совместно с заказчиком. Как этого удается добиться и какие творческие плоды рождаются в результате, Юлий Борисов рассказал в интервью «Строительному Еженедельнику».
— Юлий, в вашем портфолио огромное количество работ, совершенно разных по своему содержанию: и знаковые для столицы объекты, и реновация, и комплексное развитие территорий. Какой из реализованных проектов считаете своей визитной карточкой?
— На данный момент у нас несколько флагманских реализованных и строящихся проектов в различных сегментах. Но отдельно я хотел бы выделить бизнес-центры «Земельный» и «Академик». Почему они знаковые? Потому что, с одной стороны, достаточно сложные, уникальные для России и мира. БЦ «Земельный» — это первое здание с зелеными фасадами в наших широтах, а БЦ «Академик» сочетает в себе яркую архитектуру и качества высокоэффективного объекта. И это не является простым авторским жестом: они действительно успешны на рынке и качественно спроектированы в соответствии с высокими показателями эффективности.
Во-вторых, у них есть образы и смысловая нагрузка: «Академик» и «Земельный» своего рода landmak`и, визитные карточки района. БЦ «Академик» рассказывает об истории российской науки, а «Земельный» является экологическим флагманом, утверждая, что в наших погодных условиях тоже можно строить экологически дружелюбные здания, которые окупаются. Кроме того, он стал точкой роста для девелопмента, неким триггером развития окружающей территории. В то же время оба объекта приносят пользу нашим заказчикам, украшают Москву и нравятся горожанам, мы видим большой поток положительных отзывов. Нам удалось не в компромиссе (я это слово не очень люблю, ведь компромисс предполагает, что все недовольны), а в гармонии, реализовать интересы заказчика и бизнеса, сделать приятное горожанам и оставить определенное слово в архитектуре.
— Расскажите, как создаются подобные знаковые объекты?
— Такие проекты создаются в плотной работе с заказчиком. Важно, чтобы в процесс вовлекались все заинтересованные стороны, в том числе и первые лица, и у каждого было четкое желание сделать качественный проект в этом месте. Соответственно, идет серьезная работа в групповом соавторстве с командой заказчика: инженерами, конструкторами, технологами, ландшафтными архитекторами, специалистами в части освещения и так далее. Во-вторых, конечно, надо отходить от стандартных шаблонов проектирования, ведь если двигаться по привычным паттернам, то получатся стандартные результаты, по-другому невозможно. Поэтому приходится изобретать новые решения, инновации, которые позволяют реализовать задуманное.
— При этом ваше проектное бюро принимает активное участие в реализации программы реновации. Какой вы видите Москву будущего?
— У Москвы уже есть свой стиль, свое лицо, то, что ее отличает от всех остальных городов. Она интегрирует в себе различные направления и подходы, все перемалывает, при этом находясь в гармонии. Она должна оставаться разнообразной, чтобы все люди могли найти в ней какие-то кусочки, которые им подходят. В этом, я считаю, основное преимущество нашей столицы: она дает возможность жить и в высотном центре, и в исторической среде, и на зеленой территории, и в милых переулочках, и в сталинской застройке — у всех разные пожелания, и Москва дает возможность их реализовать.
Реновация же позволяет создать один из паттернов — это функциональное, экономичное жилье. В Москве есть такой запрос, и реновация закрывает эту потребность города.
— В итоге какими должны стать застроенные территории?
— У Москвы есть достаточно глубоко проработанный дизайн-код, который был создан при непосредственном участии специалистов Москомархитектуры. Это прекрасный документ с четко прописанными принципами, важное место среди которых занимает человекоцентричность. То есть, с одной стороны, все должно быть удобно для человека, с другой — продуманно и эффективно. И в этой области Москва — передовик. Я знаю, что многие регионы и города сейчас в разной степени заимствуют этот опыт.
В рамках дизайн-кода и развиваются территории, становятся сбалансированными по социальной и дорожной инфраструктуре, поэтому можно не бояться каких-то сюрпризов. Это планомерный процесс, который должен постоянно происходить в городе как в живом организме, когда старые клетки отмирают, а на смену им появляются новые. В этом и есть залог нахождения города в постоянном тонусе.
— И все же насколько легко работать с проектами, которые имеют столь сильную общественную реакцию?
— Мы работаем не только в России, а также в Европе и Азии, поэтому могу сказать, что в Москве выстроен наиболее простой и понятный процесс работы с населением. Он может не всегда проходить идеально, но он точно намного лучше, чем то, что я наблюдал в других частях света.
— В последнее время вы сосредоточили свое внимание на комплексном освоении территорий. Как случился этот переход?
— Серьезно вопрос комплексного развития территории начали обсуждать около десяти лет назад. В начале 90-х люди обустраивали свои квартиры, подъезды и дворы, позже стали появляться жилые комплексы, а сейчас масштаб вырос, и мы говорим уже о развитии больших территорий. Нашим первым опытом в такой работе стал проект в Сколково, и он показал свою эффективность. Сейчас мы работаем над ЖК «Остров», который строится на площади 40 га, и ЖК «Событие» в Раменках. В них предусмотрены все функции, необходимые для жизни, при этом в обоих проектах есть определенная изюминка. Например, в Раменках акцент сделан на природной составляющей места, так как неподалеку протекает небольшая река. Для «Острова» решающим также стало его уникальное месторасположение: с одной стороны, город совсем рядом и есть метро, с другой — недалеко река и заповедник Москворецкого природного парка. Таких территорий в Москве крайне мало, поэтому мы постарались сделать так, чтобы проект полностью раскрывал потенциал и выделял особенности места, которые станут центром притяжения для определенной категории жителей. Пространство «Острова» сочетает в себе все необходимые функции, и мне кажется, это настоящий уникальный город будущего.
— Каким вы видите идеальный вариант комплексной застройки? Какие ценности закладываете в основу своих проектов комплексного освоения территорий?
— Действительно, нам важно заложить в проект определенные ценности. В первую очередь мы примеряем все на себя: хотели бы мы жить в этом месте? А чтобы наши близкие жили здесь? Мы ориентируемся на общечеловеческие ценности, простые и понятные: удобно или неудобно, близко или далеко, что еще необходимо для комфортной жизни. Простой, понятный подход позволяет достаточно легко отсеивать варианты решений любого масштаба, будь то градостроительные решения или дизайн дверной ручки. В техническом задании бывают достаточно сущностные показатели, которые прекрасно описывают экономику проекта и функциональные требования, но реализовать их можно совершенно по-разному. Поэтому мы работаем с большим количеством вариаций и понятным подходом к выбору лучшего.
— Не могу не спросить о Дальнем Востоке. К развитию этих территорий сегодня привлекаются лучшие специалисты, и вы в их числе. Расскажите, какую концепцию обновления предлагаете Южно-Сахалинску и каким он должен стать по завершении работ?
— Южно-Сахалинск — это прекрасная территория, которая прежде всего богата своими людьми, имеет уникальную природу, очень интересное расположение и достаточно много оптимистичных экономических факторов. Отмечу, что администрация города проделала гигантскую работа для того, чтобы привлечь к процессу ведущих специалистов в области градостроительства, анализа потребностей населения и многого другого. В целом у города есть несколько направлений развития: туризм, добыча ископаемых, образование и гастрономия. Соответственно, архитектура там может стать хорошей упаковкой для этих процессов. И, конечно, у Южно-Сахалинска должно быть собственное лицо, тем более что у города есть свое интересное историческое наследие — и советское и японское. Я считаю, что это должна быть среднеэтажная застройка, которая отлично впишется в местный ландшафт и будет соответствовать действующим там особым сейсмическим условиям.
— Все-таки это будет город для тех, кто приезжает в командировку, или для тех, кто собирается переехать и постоянно жить на этой территории? Может ли обновленный город привлечь новых жителей?
— Южно-Сахалинск, я думаю, будет не для командировочных. Конечно, это действительно приятный город, там есть ради чего оставаться, тем более что все рекомендации выданы, и сейчас важно начать их воплощать. Но только лишь архитектура не может привлечь в город активное молодое население, ему важно найти там возможности для реализации своего потенциала, своих желаний.
