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.
Некоторое время назад Главгосэкспертиза своим внутренним приказом установила для себя Временный порядок проведения государственной экспертизы проектной документации и результатов инженерных изысканий (далее — Временный порядок). Часть участников инвестиционно-строительного процесса неверно трактовали эту, как оказалось, полезную инициативу. В интервью «Строительному еженедельнику» начальник Главгосэкспертизы Игорь Манылов разъяснил, какие именно новшества вводятся, как работает Временный порядок и как долго он будет действовать.
— Игорь Евгеньевич, расскажите, что предполагает Временный порядок и в чем его необходимость?
— Для общего понимания сразу уточню: мы издали наш внутренний документ. Мы внутри себя урегулировали некоторые процессы, а некоторые преподнесли это как тему, которая касается всей отрасли. Главгосэкспертиза не принимала решений, которые отменяли бы какие-то нормативные требования или упрощали их. У нас нет на это полномочий.
При этом, учитывая сложившуюся тяжелую экономическую ситуацию по всем фронтам (а это и пандемия, и рост цен на рынке строительных ресурсов, и обстоятельства во внешнеполитической сфере, и множество других факторов, которые оказывают влияние на работу строительной отрасли), мы понимаем, что для облегчения жизни строителей требуются некие действия со стороны экспертных органов.
Сам порядок проведения экспертизы определен постановлением Правительства, и этот документ не меняется: он исполнялся и будет исполняться. Корректируются только алгоритмы работы нашей организации. Происходит это для того, чтобы в рамках действующего правового поля и существующих нормативных требований оптимизировать процедуру государственной строительной экспертизы.
— Что конкретно меняет Временный порядок в работе Главгосэкспертизы?
— Если коротко, то Временный порядок сводится к нескольким идеям. Первая: мы начинаем работать с нашими заказчиками и проектировщиками на более ранней стадии, еще до захода их проектов на экспертизу.
Если до этого мы ждали, пока заказчик соберет проектно-сметную и исходно-разрешительную документацию, чтобы зайти в экспертизу, то теперь мы говорим: приходите раньше, покажите нам основные решения, расскажите об особенностях или трудностях, которые мешают собрать документы. Мы готовы подсказать решение, проконсультировать и помочь взаимодействовать с различными органами государственной власти.
Вторая идея Временного порядка — это мобилизация и усиление команды заказчика и проектировщика.
Мы видим, что трудности в экспертизе (пробуксовка и огромное количество замечаний) возникают в связи с тем, что команды, привлеченные к работе над проектом, недостаточно сильны. Часто заказчик настолько оторван от процесса прохождения экспертизы, что проектировщику приходится ждать неделю для согласования тех или иных изменений в проекте. Часто источником проблем становится недостаточная компетентность проектировщика. Мы предлагаем «усилить» заказчика и проектировщика еще на старте проекта.
Мы обладаем большим объемом информации о том, как проекты тех или иных заказчиков и проектировщиков проходили экспертизу. Мы собираемся оценивать и анализировать эти данные заранее и сразу обсуждать с распорядителями бюджетных средств состав команды, которая будет работать над проектом. Прямо спросим: кто будет работать над этим проектом, назовите фамилии и должности.
— И если вы увидите, что задействованы недостаточно компетентные специалисты, то предложите их заменить?
— Мы сообщим ответственным лицам, что в работе над проектом задействованы люди, которым будет трудно, которые не справятся, а времени на исправление ошибок нет, деньги задействованы огромные. Это касается и заказчика и проектировщика.
— Означает ли это, что сейчас у вас сформирован некий рейтинг заказчиков и проектировщиков?
— Как я уже говорил, на основании накопленного опыта мы можем судить, в какой организации специалисты сильнее, а в какой — слабее. Мы не просто говорим, что этот человек нам нравится, а тот — нет. Мы делаем такие выводы, основываясь на важных критериях: количестве замечаний к проектной документации, процессу согласования заказчиком и др.
— Существуют ли уже примеры, как Временный порядок работает на практике?
— Пока нет. Но мы уже применяли подобный метод, когда по поручению министра строительства и жилищно-коммунального хозяйства России перед началом работы над особо важным стратегическим объектом (дорогостоящим, сложным, который нужно было реализовать в сжатые сроки) проводили обучающий спецкурс для всей команды, работавшей над проектом: для заказчика, изыскателя, проектировщика и технической дирекции.
В течение нескольких дней мы давали им важные концентрированные знания по нормативной базе и требованиям в зависимости от особенностей конкретного объекта.
— Каким был результат этого обучения?
— Хорошим, эффект оценил сам министр. Заказчики также были очень благодарны, ведь спецкурс помог им сэкономить немало времени на сборе необходимых данных. Кроме того, во время обучения команда сплотилась, ее участники лучше узнали друг друга.
— Игорь Евгеньевич, расскажите о третьей идее Временного порядка, которая предполагает параллельную работу над проектом. Как это будет реализовываться на практике?
— Мы предлагаем осуществлять некоторые процессы параллельно. Например, проводить экологическую экспертизу одновременно с нашей, строительной. У нас есть полное понимание того, что эти процессы можно «запараллелить». Например, брать в работу проект, если заказчик и проектировщик предъявят доказательство того, что проект уже проходит государственную экологическую экспертизу, что есть высокая вероятность получения положительного заключения. Так можно сэкономить время — естественно, при условии, что будут исполнены все требования экологического законодательства.
— Получается, вы уверены, что команда эти требования знает и в проекте учтет?
— Можно и так сказать. Мы видим, что документы на экологическую экспертизу уже сданы, видим копии, сами документы, вместе с заказчиком уточняем положение дел в Росприроднадзоре. И если это соответствует действительности, то начинаем свою экспертизу.
С помощью параллельных процессов мы пытаемся преодолеть бюрократические препоны, а не отказаться от обязательных требованиий законодательства: тут экологи напрасно переживают. И, кстати, это происходит только в исключительных случаях.
— Какие случаи считаются исключительными?
— Если сроки проекта позволяют, то порядок не меняется. Временный порядок вступает в силу, если речь идет об исключительной ситуации, об объекте чрезвычайной важности.
— Сочтете ли вы ситуацию исключительной, если заказчик скажет, что ему надо прямо сейчас закупить материалы для строительства, пока они не выросли в цене?
— Нет, этот случай не считается исключительным.
Если строительство объекта предполагает использование большой доли металла, который дорожает, а экологическая экспертиза этого проекта еще даже не начата, то Временный порядок не поможет. Мы не сможем проводить параллельные процедуры.
— Какие проекты попадают под действие Временного порядка прямо сейчас?
— В целом, такой подход мы хотим использовать везде. Но сейчас, учитывая, что у нас в работе сразу по 2000 объектов, Временный порядок используется только для важных инфраструктурных проектов. Например, для участков автомагистрали «Европа — Западный Китай», для объектов, которые возводятся в рамках нацпроектов. Но есть понимание, что по остальным проектам процессы также надо оптимизировать.
— Если этот порядок временный, то на какое время он введен?
— Мы считаем, что сейчас проходит тестирование возможных решений. Если в процессе обозначатся вещи, которые себя хорошо проявят, то мы предложим регулятору ввести их на постоянной основе.
По нашему мнению, Временный порядок можно сравнить с теорией бережливого производства в бизнесе, когда значительного экономического эффекта можно добиться не за счет дополнительных инвестиций, а благодаря оптимизации бизнес-процессов. Так и мы пытаемся оптимизировать процессы внутри Главгосэкспертизы, чтобы получить устойчивый положительный эффект.