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.
Своими мыслями об исторической традиции и сегодняшнем дне архитектуры, о петербургской идентичности и о современных возможностях для ее развития со «Строительным Еженедельником» поделился генеральный директор ООО «Архтектурная мастерская М. П. Копкова» Михаил Копков.
— Михаил Павлович, сейчас много говорится о сохранении и развитии петербургской архитектурной традиции. Что это такое, на ваш взгляд?
— Это вопрос очень сложный — в нескольких словах не ответишь, тут скорее книгу надо писать. Дело в том, что архитектурная традиция — явление тонкое и сочетающее в себе целый конгломерат факторов, явлений и феноменов. Каждый из них сам по себе может не быть чем-то особенным, но их сочетание и придает Петербургу уникальность, неповторимое своеобразие, лицо, не похожее ни на один другой город мира. Точно так же и у других мегаполисов — Рима, Парижа, Лондона и пр. — есть своя индивидуальность.
Архитектура отражает историю города, ментальность его жителей, зависит от специфики природных условий. Сейчас, когда идет активная застройка новых микрорайонов Петербурга, перед зодчими стоит очень ответственная задача: уловить и сохранить в своих работах дух города. Теряя это своеобразие, мы отказываемся от индивидуальности нашего архитектурного языка. Между тем мы просто обязаны сохранить характер одного из красивейших городов мира, включенного в наследие ЮНЕСКО, жемчужины мировой архитектуры, колыбели многих выдающихся зодчих и градостроителей. Создавая новые архитектурные формы, соответствующие нашему времени, необходимо сберечь образ Северной столицы, которую наши потомки будут воспринимать уже в иных границах.
— То есть речь идет не об архитектурных формах, а о неких началах, заложенных в градостроительную традицию Петербурга?
— Совершенно верно. Культура каждой эпохи помнит прошлое в преобразованном в современности виде. По существу, традиция — это актуализированная культура прошлого, когда отсеивается все лишнее и используется только лучшее из того, чем пользовались предки.
Соответственно, за столетия, прошедшие со дня основания Петербурга, формы были самые разные. В каждый исторический период архитектура следовала моде и требованиям своего века, вписывая в улицы-страницы новые главы, которые характеризуют актуальные для своего времени новые технические возможности, строительные технологии. Но архитектурный образ Петербурга сохранялся во все времена
Поэтому, когда я говорю о традиции, я ни в коем случае не имею в виду архаику или мимикрию под прошедшие эпохи и стили — классицизм, барокко или модерн. Это может быть уместно разве что при застройке лакун в исторической части города, чтобы новый объект гармонично укладывался в уже сложившуюся градостроительную ткань.
Я не призываю использовать отжившие исторические формы при новой застройке. Можно создавать самые современные архитектурные произведения, но они должны соответствовать духу Петербурга, его внутренней структуре, масштабу, характеру. В новых районах должна быть хорошая современная архитектура, не копирующая прошлое, а произрастающая из него. Качественная архитектура — это всегда синтез традиции и современности.
— Какие основные черты присущи, на ваш взгляд, именно петербургской традиции?
— Их, как я уже говорил, много, попробую выделить наиболее, по моему мнению, характерные и существенные. Мы все знаем, что, в отличие от подавляющего числа исторических поселений, Петербург — это «умышленный город», он всегда строился не хаотически, а в рамках генпланов. Соответственно очень важной особенностью является градостроительная продуманность застройки, придающая ей стройность и законченность форм, создающая целостный облик города. Это очень характерная черта, и печально, что сегодня этим вопросам не всегда уделяется должное внимание.
У Петербурга существует своя особая модульность основных архитектурных членений, которую хорошо чувствовали архитекторы всех поколений, которые творили в Северной столице. Также все наши великие зодчие всегда отталкивались в своей работе от золотого сечения, ведь это основа классики, гармоническая аксиома, пришедшая из самых начал мироздания. Сочетание этих факторов и создает очень специфический, узнаваемый образ города.
В рамках петербургской традиции современные технологии вкупе с полетом творческой фантазии непременно должны сочетаться как с пониманием человека, для которого строится здание, так и с оценкой того места, где оно будет возводиться. Существует мнение, что основная жилая застройка новых кварталов должна быть фоновой, дескать, современные микрорайоны, состоящие в основном из домов, относящихся к «стандартному жилью», могут быть лишены индивидуальности. Утверждается, что во все времена существовала рядовая безликая застройка, на фоне которой, собственно, и звучат произведения архитектуры. Но если проанализировать облик обычных улиц Петербурга на Петроградской стороне или Васильевском острове, то мы увидим, что практически каждая из них имеет свой неповторимый характер. Причем здания, построенные в разное время и разными зодчими, образуют единое целое, которое и создает архитектурное звучание города. Это уважительное отношение к окружающей застройке, стремление архитекторов создать гармоническую связь объектов тоже очень характерны для Петербурга. Язык города не только в его выдающихся произведениях, но и в характере и масштабе самых обычных рядовых улиц.
Также для Петербурга архетипично трепетное отношение к ландшафтным и природным особенностям местности. Ее равнинный характер, низкий горизонт, водная гладь Невы и Финского залива породили невысокую, «плоскостную» застройку, сочетающуюся с высотными архитектурными (то есть искусственно созданными, поскольку естественных возвышенностей нет) доминантами, придающими городу особую выразительность.
— Как эти подходы находят свое выражение в вашей практической работе?
— Создавая тот или иной проект, мы всегда стремимся отталкиваться от местности, учитывать ландшафт, окружение, другими словами, контекст места застройки. Важны также ассоциативные моменты, подчеркивающие связь с историей, традицией.
Например, ЖК «Петр Великий и Екатерина Великая» в Усть-Славянке — это совершенно современная архитектура. Мы не пытались как-то мимикрировать под классику, «навешивать» на здание купол или какие-то псевдоисторические украшения. Мы работали тоньше, на уровне ассоциаций. Это тем более оправданно, что само название комплекса отсылает нас к истории, к великим свершениям XVIII века. Форма корпуса «Петр Великий» как бы несколько ассоциируется с кораблем, небольшой шпиль, напоминающий парус, сама ориентация здания на Неву. Все это небольшие элементы, относящие нас к морской, флотской тематике, которая неразрывно связана с Петром I. Вертикальные линии, образуемые «выпуклыми» застекленными балконами, наводят на мысль о колоннах, широко вошедших в русскую архитектуру именно в ту эпоху. На таких вот ассоциативных моментах и выстроена вся архитектура комплекса. Это и «привязывает» его к традиции, и эффектно выделяет на фоне окружающей застройки, делая значимой доминантой, в том числе и высотной, микрорайона.
Другой наш проект — ЖК «Суворов» на пересечении проспекта Маршала Блюхера и Кушелевской дороги. Здесь очень важен градостроительный аспект. Комплекс, который также является локальной высотной доминантой, «держит» всю локацию. И в этом проекте мы также не использовали формальных заимствований, но его пропорции, форма, членение здания тесно завязаны на петербургскую историческую традицию. Эти ассоциативные моменты касаются даже нюансов и деталей. Например, цветовая гамма — серо-бело-терракотовое сочетание — отсылает нас к Михайловскому замку. И это тоже выделяет здание, создает яркий архитектурный акцент в микрорайоне.
— Однако мы имеем примеры совершенно «серой», безликой архитектуры, а также объекты, явно диссонирующие с окружением. Что, на ваш взгляд, мешает формированию современной гармоничной среды?
— Мне кажется, тут возможно несколько факторов влияния. Некоторые, видимо, просто не «ощущают среды», не чувствуют необходимости учитывать историческую традицию в районах новой застройки. Для кого-то важно самовыражение, создание чего-то нового ради самой новизны, без оглядки на контекст, без исторически присущего петербургским архитекторам уважения к уже имеющейся застройке.
Есть, конечно, и экономический фактор. Некоторые застройщики, особенно работающие с недвижимостью в невысоком ценовом сегменте, ставят перед архитекторами задачу «выжать» из участка максимум квадратных метров, не особо заботясь об облике комплекса. Но, должен отметить, что такой подход отступает в прошлое. Сегодня покупатели не только жилья бизнес-класса, но и более доступных сегментов достаточно большое внимание уделяют внешнему виду здания. Например, результаты опроса тех, кто приобретал квартиры в ЖК «Два ангела», который мы проектировали, говорят о том, что оригинальное архитектурное решение комплекса для многих стало важным аргументом в пользу покупки в нем жилья. И девелоперы этот фактор учитывают, также все более серьезно относясь к архитектурной составляющей. Такой тренд, на мой взгляд, безусловно, пойдет на пользу районам современной массовой застройки.