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 начале 2022 года была завершена застройка жилых корпусов «Садовых кварталов» — знакового для Москвы комплекса, строившегося более десяти лет. О том, что в проекте удалось, что не удалось, о радостях и трудностях совместной работы звезд архитектуры рассказал знаменитый архитектор Сергей Скуратов.
— Сергей Александрович, как начинался проект и какая концепция в него закладывались?
— Проект начинал банк Российский кредит, это было в 2005 году. Непосредственно стартом «Садовых кварталов» там занимались Вячеслав Попов и Андрей Лукьянов. Был проведен международный конкурс, в котором участвовало порядка пятнадцати российских команд архитекторов, плюс какое-то количество иностранных тоже пригласили.
Жюри собралось, кстати, очень профессиональное, в него, помимо заказчиков, входили лучшие умы того времени в области градостроительства — Вячеслав Глазычев, Евгений Асс, несколько приглашенных архитекторов из-за рубежа. По результатам конкурса и последующих достаточно долгих дискуссий работа была поручена моей команде. В 2006 году мы начали делать предварительную концепцию. На ее основании мы потом совместно с Институтом генерального плана во главе с Сергеем Ткаченко примерно за год, параллельно работая над другими темами этого проекта, выпустили мастер-план «Садовых кварталов».
Основная идея была абсолютно новаторской для Москвы того времени, и ее Александр Викторович Кузьмин очень поддержал. А вот заказчик долго упирался, потому что сутью проекта стало внедрение городского общественного пространства в структуру частной территории. Его пришлось убеждать, что можно на какую-то часть территории, за которую они заплатили достаточно большие деньги, пустить в городское общественное пространство. Я им объяснял, что если не запустить внутрь большое количество людей и не сделать «Садовые кварталы» центром района, то кафе, рестораны, магазины и фитнес-центры не заработают. У меня к тому времени накопился колоссальный опыт строительства закрытых элитных комплексов — с бассейнами, тренажерными залами, сигарными и т. д. Но инфраструктура очень плохо работает, когда большая часть жильцов постоянно живет или за городом или за границей, и дома стоят полупустыми, как в том же Бутиковском переулке. Мне хотелось жизни, а жизнь возникает, только если могут приехать все — и ребята из Люберец и Мытищ, и какие-то архитекторы, и гости, и студенты, и просто люди, живущие вокруг Хамовников или вообще в Москве. Вот как на Патрики сейчас приезжают. Задачу нужно было решить не только архитектурно, с точки зрения безопасности, организации допуска. Требовалось еще выстроить модель того, как все будет функционировать, использоваться, оплачиваться, убираться и т. д. Очень много сил и времени потрачено на создание и функциональной, и экономической моделей.
— А подобного опыта в тогда России не было еще, закрывали территорию?
— Не то что в России, в мире не было. В мире тоже закрывали территорию в тот момент. «Садовые кварталы» — история до сих пор беспрецедентная, потому что мы отдали городу практически четверть территории. Сейчас уже, спустя много лет, появляются проекты, в которых по требованию главного архитектора города и согласно всем новым веяниям в каждом крупном градостроительном девелоперском проекте прочерчиваются на уровне мастер-плана общественные пространства: проходные коридоры, какие-то внедрения и т. д. Все прекрасно понимают, что нельзя аннексировать у города территории. Конечно, нужны безопасные дворы, но первые этажи должны все же «омываться» городом.
— Какие именно решения были применены?
— Понимаете, это ведь вообще было очень депрессивное место в Хамовниках. Здесь стоял завод «Каучук», который производил в основном шины для эскалаторов Московского метро, он очень загрязнял воздух. К тому же территория — достаточно большая, 16 га, — не была проходной, не соединяла улицы. И я предложил такую идею: в центре квартала сделать общественную зону, пробить 3-ю Фрунзенскую улицу до Пироговки и сделать выходы из центральной зоны на все четыре улицы — на Ефремова, на Усачева, на Трубецкую и на 3-ю Фрунзенскую. Таким образом у нас получались четыре жилых квартала и квартал с конгресс-центром, он должен был появиться между вторым и третьим кварталами, на пересечении Усачева и продолжения 3-й Фрунзенской. Первый квартал выходил на угол Трубецкой и Ефремова, четвертый — на Ефремова и третий — на улицу Усачева. Между первым и третьим кварталами возникало еще пространство для строительства школы. Основная идея заключалась в том, что все приватные жилые кварталы были объединены так называемой «дорогой в школу», которая проходила по уровню вторых этажей. Таким образом, дети могли спокойно и безопасно перебегать из квартала в квартал, пользоваться всеми четырьмя внутренними дворами и так же совершенно безопасно попадать в школу.
Центральная зона была тоже решена в двух уровнях. Основной уровень площади вокруг пруда был почти на 4,5 метра ниже уровня окружающих улиц, т. е. все дорожки, проходы спускались вниз. Отметка же пруда находилась на глубине 9 метров, что давало возможность организовать выход из нижнего уровня подземной парковки прямо к пруду.
Кстати, два уровня нужны были еще и для полноценного озеленения. У нас только студенты рисуют на парковках целые леса деревьев, в жизни-то это сделать нельзя.
— Над «Садовыми кварталами» работало несколько самостоятельных независимых архитекторов. Так и предполагалось на старте?
— Изначально концепция была моя, мастер-план мой, дизайн-код мой, проект планировки — тоже мой. После того как мы сделали архитектурную концепцию всего комплекса, сделали мастер-план, у банка «Российский кредит» и, в частности, у Андрея Лукьянова возникла идея на какие-то дома пригласить других архитекторов, чтобы застройка стала более разнообразной. Это не значит, что они мне не доверяли. Это не значит, что я не мог сделать все 36 домов. Они хотели, чтобы появились и другие архитекторы, но не просто какие-то другие, а именно знаковые, топовые, которые в содружестве со мной смогли бы поработать в собственной творческой манере, сохраняя, естественно, сделанный уже до этого дизайн-код. Главенствующую роль — и дирижера, и первой скрипки, и композитора — играл все равно я. Со мной список обговаривался и согласовывался.
В результате из 36 домов 22 сделали мы. Это все дома, выходящие на центральную часть, и восемь домов в третьем квартале. Также мы выполнили трансформаторные подстанции. Одна из них — очень интересная, между вторым и четвертым кварталами, троллейбусная подстанция, сделанная как маленький архитектурный шедевр. Еще мы должны были сделать конгресс-центр, но проект, к сожалению, не состоялся. Мы разработали все внешнее благоустройство и всю подземную часть.
Помимо нашей команды, в проекте появились Юрий Григорян — это «Меганом», Владимир Плоткин — ТПО «Резерв», Александр Скокан — бюро «Остоженка» и только начинающий активно работать в Москве Сергей Чобан. Ему с Сергеем Кузнецовым достался один дом в третьем квартале. Два дома из первого квартала получила мастерская Алексея Михайловича Куренного, занимавшего на тот момент должность руководителя отдела согласования проектов Москомархитектуры.
И еще одна команда появилась, скажем так, вопреки моим возражениям, хотя мы и близкие друзья. Это скандальное и очень известное тогда бюро, которое называлось Art-blya, Лабазов и Чельцов. Я говорил, что ребята не будут работать в моем дизайн-коде и вообще они хулиганы. В общем, свой валенок в четвертом квартале — они его сделали.
Фактически мы приглашали архитекторов только на отдельные дома и, по сути, только на фасады. Потому что и планировки были уже нарисованы и дома стояли на подземной части. Фактически они поменяли только рубашку фасадов, причем в материале, предполагавшемся дизайн-кодом. Единственные, кто нарушил полностью все, — это Art-blya. К примеру, должна была быть медь — они сделали алюминий под медь. Все остальные сработали в том материале и в том дизайн-коде, который, собственно, был.
Как начиналось строительство?
— Стройку начала в 2008 году компания «М-девелопмент», дочерняя структура банка «Российский кредит». Надо понимать, что это самые «жирные» и богатые годы были для России. Мы привлекли компанию Strabag, на тот момент — очень известную и очень качественно работающую. Мы построили первый и четвертый кварталы, можно сказать, с фантастическим качеством для Москвы. Вообще, первая очередь явно отличается от всех остальных. И по высотным характеристикам, и по качеству строительства, и по стоимости строительства, и по размеру квартир.
—Все ли удалось в итоге реализовать?
— Я должен сказать, что проект претерпел несколько стадий — и время расцвета страны, и время кризиса страны, и время некоего огосударствления всей девелоперской схемы. В итоге он стал зеркалом времени, не кривым, а настоящим, со всеми трещинками и сколами. Прямым, честным зеркалом эпохи со всеми ее радостями и проблемами, достоинствами и недостатками.
В 2010 году Бидзина Иванишвили, собственник банка «Российский кредит», решил заняться политикой и уехал в Грузию. Проект «Садовые кварталы» был продан компании «Интеко», возглавляемой Олегом Моисеевичем Слащанским, бывшим партнером Елены Батуриной. С этого момента для меня началась сложная история «Садовых кварталов». Во-первых, с экономикой стало стало хуже. Во-вторых, команду банка «Российский кредит» и компанию «М-девелопмент» можно было назвать немножко романтиками, такими очень увлеченными людьми, особенно Андрея Лукьянова и Вячеслава Попова. Олег Моисеевич же человек более приземленный, номенклатурный, несколько из другой сферы. Конечно, у нас начались с ними некоторые трения.
В итоге в проекте не был реализован ряд очень важных вещей.
Во-первых, не была пробита как минимум до Усачевской улицы, а вообще — до Пироговской — 3-я Фрунзенская улица.
Во-вторых, от конгресс-центра на месте пожарного депо на углу 3-й Фрунзенской и Усачева они отказались, и пожарное депо там осталось.
В-третьих, на оставшемся куске между конгресс-центром и третьим кварталом возникла площадка, которую «Интеко» назвали пятым кварталом. Они провели конкурс, меня тоже пригласили. Я сделал очень красивый проект, он есть на моем сайте. Но надо сказать честно — компания «Интеко» была достаточно жадной компанией. В общем, они выбрали ужасный, с моей точки зрения, проект, очень странных каких-то архитекторов, в котором просто квадратных метров было больше. Пятый квартал, который сейчас построен, — я его вообще не воспринимаю, это градостроительная ошибка, это просто ложка дегтя в «Садовых кварталах». Я везде где только можно пишу и говорю, что это не пятый квартал, а просто отдельный проект, который продают под видом пятого квартала.
В-четвертых, территория школы лишилась некого сервитута, гигантской консоли, выходившей в центральную зону, от которой проходила дорога в школу. Они сделали другую нарезку земли и предназначавшийся для консоли участок присоединили к третьему кварталу, лишив школу своего главного достоинства и оставив в урезанном виде. Когда несколько лет назад туда пришел новый заказчик, МГИМО, и захотел с моим участием построить школу, они выяснили, что консоль сделать нельзя. Это дало повод пересмотреть проект школы и попробовать пригласить другого архитектора. Может быть, более дешевого, может — более сговорчивого, не знаю. Но как-то наши отношения с заказчиком не сложились, они провели конкурс, где и я участвовал, выбрали очень слабый проект, потом отказались от него… В итоге пригласили команду, занявшую на конкурсе второе место, — UNK Юлия Борисова. Юлий сделал только концепцию, от дальнейшего участия тоже отказался, поэтому сейчас судьбу школы я не знаю.
В-пятых, очень сильно изменилась структура в целом, сократился бюджет на все. Были уменьшены размеры квартир. Если в первой очереди высота потолков составляла 3,9 м, то уже и во второй, и в третьей опустилась до 3,6 м. Очень сильно упало качество строительства, потому что Олег Моисеевич пригласил свою «домашнюю» компанию «Стратегия». Для того чтобы это не бросалось в глаза, потребовались колоссальные усилия моей команды. Сейчас, если зайти в центральную часть «Садовых кварталов», можно ничего и не заметить, но глаз профессионала, конечно, все ловит.
В-шестых, у меня в проекте центральная зона соединялась с парком Трубецких. Имелось важное обстоятельство — на Трубецкой улице уже был построен другой дом, который присоединил к себе территорию, нужную для организации такого выхода. Когда мы делали проект планировки, то предусмотрели сервитут-проход, даже делали мостик сразу в «Садовые кварталы», чтобы дети из школы могли во время занятий физкультурой пользоваться площадками парка Трубецких. Идею очень поддерживал Александр Викторович Кузьмин, но, когда дело дошло до деления земли, собственники вышеупомянутого дома категорически отказались пропускать через себя будущий поток. В результате школа, которая сейчас проектируется, не имеет своих открытых спортивных площадок. Я даже обсуждал ситуацию с Сергеем Кузнецовым, но он сказал, что без согласия собственника сервитут организовать невозможно, а продавать землю собственник отказывается. В итоге здесь тоже получилась не в полной мере работающая история.
—Что на данный момент в проекте вызывает у вас наибольшее беспокойство?
— Незавершенная до сих пор дорога в школу, потому что между первым и третьим кварталами она еще не закончена. Насколько я знаю, в проекте Юлия Борисова подсоединения к этой дороге вообще нет, оно проигнорировано. Несмотря на то, что декларировалось соблюдение всех принципов проектирования, проект мне даже не был показан, что они в итоге сделали — я не знаю. Если говорить о конкурсном проекте, то, с моей точки зрения, он абсолютно диссонантный и только усиливает негативную роль пятого квартала. Ну и до сих пор не выполнена центральная зона — пруд, благоустройство вокруг него.
— Насколько сейчас возможно реализовать первоначальную концепцию школы?
— Все возможно, когда есть желание всех сторон. Когда этого хочет только архитектор — к сожалению, это невозможно. Школу с консолью и сейчас возможно реализовать в полной мере. Я разговаривал с «Интеко» — там можно было бы передать необходимую для консоли землю обратно школе, но это просто дополнительные затраты, согласования и время.