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.
Один из лидеров мирового рынка навесных вентфасадов — группа компаний ГК DIAT — ведет себя по-лидерски: меняет мир вокруг и привносит в него новые технологии. О том, как это удается в наше непростое для строительства время, рассказывает председатель совета директоров группы компаний ГК DIAT, генеральный директор ООО «ДИАТ-ПРОЕКТ», лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники, к. т. н., почетный строитель РФ Евгений Цыкановский.
— Евгений Юльевич, год назад в интервью нашему изданию говорилось о преодолении последствий пандемии. Что можно сказать о нынешней ситуации, связанной с необходимостью импортозамещения?
— Замена импорта давно назрела: многие разработки DIAT ориентированы на отечественные материалы. Да, возможно, из-за ухода с рынка зарубежных поставщиков сузится ассортимент европейских облицовок, но у нас уже появились российские производители, которые предлагают аналоги немецкого клинкера. Мы не выбираем материалы по национальному признаку, рассматриваем их по конечному результату, себестоимости, трудоемкости, надежности. Если российский клинкер будет соответствовать нашим требованиям по качеству и безопасности фасадной системы, то он может стать хорошей альтернативой. Выбор натурального камня в России тоже очень широкий, и обрабатывающих центров достаточно.
Наша компания в секторе навесных фасадов находится на пике научно-инженерных разработок не только в России, но и в мире. Если за рубежом навесные фасады — это архитектурное направление, то у нас — едва ли не единственная технология производства строительно-монтажных работ в любой сезон, и инновации в производстве вентфасадов крайне востребованы. С точки зрения архитектуры мы тоже ушли далеко вперед: научились делать большие относы, крупноформатные и нестандартные облицовки, применять мультиоблицовочные решения.
— Вентилируемые фасады развивались в нашей стране в том числе как элемент повышения энергоэффективности ограждающих конструкций. Сегодня они выполняют эту функцию? Или архитектурные решения фасада становятся определяющими?
— Навесной фасад — это и красота и функциональность. Он способен создать и скорректировать температурно-влажностный режим здания, занимая в теплотехнике стеновых конструкций до 40%. Как правило, наши проектировщики делают теплотехнический расчет, поскольку у разных вентфасадов разные характеристики по температурной однородности, а разница коэффициентов теплопроводности, например, алюминиевых и нержавеющих кронштейнов отличается в пятнадцать раз! Часто на этапе проектирования при расчете фасадов закладываются избыточные параметры утепления, чтобы не ограничивать заказчика в выборе материала фасадной конструкции. Мы пересчитываем эту часть проекта и прилично экономим расходы заказчика.
Кроме того, красивый фасад — это безошибочный способ повысить капитализацию жилого или коммерческого объекта. В здании продается всего пять компонентов — это фасады, места общего пользования, месторасположение, благоустройство и планировка. При этом соотношение площади фасада к площади продаваемого здания составляет 1:2, а по стоимости квадратного метра — на несколько порядков меньше.
— Расскажите, пожалуйста, об инженерных разработках вашей компании.
— Еще в 1999 году DIAT разработал совместно с крупнейшими научно-исследовательскими институтами и запатентовал навесную фасадную систему НФС, которая не только полностью адаптирована к реалиям российского строительства, но и позволяет использовать любые виды облицовок. Не останавливаясь лишь на изготовлении существовавших на тот момент облицовок, наша компания вела и ведет научно-исследовательские работы по расширению возможностей технологии НФС. Например, в 2010 году мы изобрели, протестировали и вывели на рынок облицовку клинкерной плиткой, получив полное визуальное соответствие кирпичной кладке. Недавно в компании разработано скрытое крепление для плитных материалов, которое при тех же результатах испытаний оказалось вдвое дешевле немецких функциональных аналогов. Полученную конструкцию мы позиционируем как крепежный элемент, которым могут пользоваться все участники рынка. Это только несколько из многих примеров.
— Какие из объектов ГК «ДИАТ» вам хотелось бы отметить?
— «Морская резиденция» в Северной столице — яркий пример того, как с помощью навесного вентфасада из натурального камня можно воссоздать классический петербургский фасад в современном исполнении. ЖК «Садовые кварталы», для которых были специально разработаны и воплощены инженерные решения под мультиоблицовочные технологии. Клубный дом «Долгоруковская 25», который облицован в стиле стоящей рядом колокольни Николая Чудотворца с отсылкой к византийской теме русского зодчества. Можно отметить уникальную облицовку крупногабаритными (3,5 х 2 м и до 4,2 х 2 м) плитами из стеклофибробетона жилого здания на Поколонной, 9. Еще один пример применения крупноразмерных панелей — клубный дом WHITE KHAMOVNIKI. Там использованы облицовочные плиты из СФБ размером 3.2 х 1,9 м с откосами и подвесными потолками выступающих частей здания с вставками из нитрида титана с золотым оттенком — этот материал со временем не тускнеет и не темнеет.
Благодаря этим и многим другим проектам архитекторы осознали, что у них в руках есть уникальный инструмент, с которым можно делать необычные здания. Мы считаем, что навесные фасады — одна из самых динамично развивающихся отраслей в строительстве, где постоянно появляются новые материалы и технологии.