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 прошлом году в Санкт-Петербурге все устаревшие и экологически небезопасные ртутные светильники были заменены на энергоэффективные светодиодные, а к 2025 году город избавится и от натриевых. Об этом и многом другом «Строительному Еженедельнику» рассказал директор ГБУ «Ленсвет» Сергей Мителёв.
— Сергей Викторович, год подходит к концу, можно подводить предварительные итоги. Расскажите, пожалуйста, о работе компании в уходящем году. Удалось ли сделать все, что было запланировано?
— Городское световое хозяйство, находящееся в ведении ГБУ «Ленсвет», продолжает расти и расширяться, в него постоянно входят новые объекты — как небольшие, так и довольно значительные. Ежегодный прирост обслуживаемых светильников составляет порядка 15 тыс. единиц. На данный момент у нас на балансе находится около 372 тыс. светильников (для сравнения: в начале «нулевых» их было примерно 120 тыс.).
В целом мы достаточно успешно отработали в этом году. По предварительным оценкам, Адресная инвестиционная программа (АИП) будет выполнена на 98–99%. То есть все, что намечалось, — будет сделано.
Совместно с ГКУ «Управление заказчика» работа по реконструкции, капитальному ремонту, созданию новых систем освещения была выполнена более чем на 50 объектах. Из них — 22 улицы (в том числе семнадцать — реконструкция), семь парковых территорий (две — реконструкция), свыше пятнадцати объектов капитального ремонта, тринадцать — внутриквартальное освещение (девять — реконструкция). Последняя категория — самая капиталоемкая, на нее идет порядка 60% всех средств АИП.
Нужно отметить, что мы стараемся, чтобы реконструкция носила комплексный характер. Организуется освещение не только улиц, но и дорожек, дворовых территорий, детских и спортивных площадок, делаем светлее подходы к социально значимым учреждениям — детсадам, школам и другим объектам. В итоге освещенность кварталов за счет установки дополнительных светильников увеличивается примерно в 3–4 раза.
Продолжается работа по созданию качественного освещения садово-паркового хозяйства города. С момента старта программы устройства энергоэффективного освещения в парках мы выполнили работы примерно на 120 зеленых объектах, с каждым годом их становится больше. Отмечу, что освещаются не только дорожки, но и пространства для занятия спортом, уличные игровые территории, а также различные иные объекты в парках.
Среди крупнейших объектов этого года — квартал 8–11–12 (Варшавская улица — Ленинский проспект — Новоизмайловский проспект — Бассейная улица), квартал 134–140 у метро «Обухово», квартал 7, Дачное у метро «Проспект Ветеранов». Из магистралей — улица Олеко Дундича, проспект Девятого Января. Из парков — Марсово поле.
— Насколько я знаю, помимо адресных программ, «Ленсвет» участвует в реализации еще ряда важных задач…
— Да, конечно. Из них необходимо выделить направление повышения безопасности дорожного движения. Применительно к «Ленсвету» речь, разумеется, идет прежде всего о вопросах освещенности пешеходных переходов. В таких зонах устанавливаются светодиодные светильники, которые обеспечивают специальное «холодное» (5000 К) освещение, заметно отличающееся от «теплого» (3000 К) освещения дорог. Такой контраст привлекает особое внимание водителей и, соответственно, гарантирует безопасность пешеходов. Подобная практика, носящая у нас рекомендательный характер, имеет распространение во многих странах мира и признана весьма эффективной. Также в настоящее время идет разработка перспективного оборудования для пилотного проекта, которое будет обозначать светом «зебру» пешеходного перехода на проезжей части.
Еще одно важное направление работы — замена неизолированного провода на самонесущий изолированный. Думаю, что за ближайшие 2,5 года удастся окончательно выполнить реновацию сетей. В этом году суммарно удалось заменить порядка 170 км проводов — там, где невозможно каблирование, с уводом сети под землю. В 2022–2023 годы планируем менять примерно по 200 км ежегодно. В результате в 2024 году вопрос будет в целом закрыт.
В этом году также велись работы по модернизации общегородской системы управления наружным освещением. Оно осуществляется с единого диспетчерского пульта, на который завязано около 2,5 тыс. приборов, позволяющих контролировать работу системы. В этом году к ним добавилось еще около 200 единиц оборудования, установленных в пригородных районах, сети освещения которых перешли в наше ведение с 2019 года. Это позволило существенно увеличить надежность их работы. Кроме того, мы сейчас разрабатываем и внедряем новую систему управления с блоком аналитики и возможностью использования современных цифровых технологий. Это ускорит и упростит обслуживание наружного освещения в каждом эксплуатационном подразделении.
— «Ленсвет» уже на протяжении нескольких лет ведет большую работу в сфере повышения энергоэффективности светового хозяйства города. Что сейчас делается в этой сфере?
— Действительно, это одно из магистральных направлений нашей деятельности. В прошлом году все устаревшие, энергоемкие и экологически небезопасные ртутные светильники (примерно 16 тыс. единиц) были полностью выведены из эксплуатации и заменены на современные энергоэффективные светодиодные. В этом году та же работа началась в отношении натриевых ламп. Они хоть и более эффективны, чем ртутные, но существенно уступают светодиодным. Нам предстоит заменить примерно 200 тыс. натриевых светильников. В целом программа рассчитана на три-четыре года. Надеемся, к 2025 году ее полностью реализовать. Это даст колоссальную экономию потребления электроэнергии. В целом по хозяйству ГБУ «Ленсвет» она составит порядка 30–40%. Соответственно уменьшатся и бюджетные расходы на освещение города. Если сейчас годовая оплата электроэнергии составляет около 1,8 млрд рублей, то по окончании замены светильников сумма составит примерно 1,2–1,3 млрд. То есть ежегодная экономия достигнет порядка 500 млн рублей, что позволит окупить реализацию программы за четыре года.
Новые, светодиодные светильники, снабжены специальными разъемами, позволяющими в будущем установить контроллеры. В следующем году планируется заменить не менее 50 тыс. натриевых светильников, что, несомненно, будет заметно даже визуально.
— Какие работы выполняются по архитектурно-художественной подсветке исторических зданий и сооружений? Что нового в этой сфере?
— Совместно с Ассоциацией «Невский свет» новое освещение получила колокольня Новодевичьего монастыря. К Новому году завершатся работы на Доме офицера на Литейном проспекте.
Эта работа будет продолжаться. В числе перспективных проектов — подсветка Богоявленского храма на Обводном канале, новый проект для Московских ворот, здания-доминанты на улице Чайковского, Пушкинской и других. Кроме того, в будущем году намечена реконструкция подсветки Воскресенской набережной.
Продолжается реализация программы создания световых инсталляций на брандмауэрах домов — почти каждый месяц предлагаем горожанам что-то новое. Например, недавно реализовали такой проект на здании Российской национальной библиотеки на Московском проспекте. Широкий резонанс имели светопроекции, посвященные великому писателю Ф. Достоевскому, святому князю Александру Невскому, инженеру Ф. Пироцкому. К Новому году планируем обновить на многих объектах контент — запустив временные инсталляции — новогодние открытки (кстати, в целом в рамках украшения города к празднику к сетям уличного освещения будет подключено около 6 тыс. новогодних украшений). Существует несколько интересных перспективных проектов. Например, сделать светопроекции утраченных храмов неподалеку от тех мест, где они стояли. Есть инициатива на Васильевском острове сделать несколько инсталляций, посвященных персонажам кинофильма «Брат-2». Будут организованы проекты для детских площадок с созданием учебно-познавательного контента. На Гангутской улице могут проецироваться парусные корветы начиная с Петровской эпохи. На площади Ломоносова продолжится реализация проекта с транслированием изображений великих архитекторов, чьи творения украшают город, — получится своего рода световая картинная галерея под открытым небом.
Эти проекты вызывают очень большой интерес не только у петербуржцев, но и у гостей нашего города. Неслучайно в этом году Петербург стал обладателем туристической премии QG Travel Awards в номинации «Лучший город». Несомненно, архитектурная подсветка и световые инсталляции сыграли свою роль в этой высокой оценке.
ПАО «Газпром» с 2007 года реализует масштабную программу по благоустройству Санкт-Петербурга. Городу уже подарено около 90 объектов наружного освещения и архитектурно-художественной подсветки. Это 16 тысяч светильников и прожекторов, 2 706 декоративных опор освещения. В частности в рамках плодотворного сотрудничества в 2021 году новое светодиодное освещение получили Московский проспект (этот проект, в котором оригинальная подсветка создает на магистрали эффект бульвара, получил московскую премию «Золотой фотон»), площадь Труда, включая подсветку Николаевского дворца, Суворовская площадь и иные объекты. Кроме того, были завершены весьма сложные работы по комплексному освещению ряда центральных улиц — Чайковского, Гагаринской, Гангутской, Моховой и Соляного переулка.
В будущем году планируется начать реализовывать знаковый проект по созданию комплексной подсветки новых «открыточных видов» Петербурга. Речь идет о создании единой концепции светового оформления береговой линии Финского залива с реконструкцией освещения парка 300-летия Петербурга.
Также сейчас подходит к завершению программа этого года по подсветке памятников и скульптур — как и планировали, за год силами сотрудников СПб ГБУ «Ленсвет» выполнены работы примерно на 100 таких объектах.
— Вы уже кое-что рассказали о перспективах будущего года. Хотелось бы еще немного узнать о планах по реконструкции и созданию новых систем освещения.
— В целом сумма бюджетного финансирования в будущем году останется на уровне этого, что позволит выполнить сопоставимый объем работ. Как и в этом году, 60% средств АИП будет направлено на внутриквартальные территории. Из наиболее крупных и интересных объектов я бы выделил квартал 4 (улица Матроса Железняка — Ленская улица — Ланское шоссе — Омская улица), квартал 11 Ульянки (улица Солдата Корзуна — проспект Народного Ополчения — улица Генерала Симоняка — улица Стойкости), квартал 15 Купчино (Будапештская улица — проспект Славы — Бухарестская улица — Альпийский переулок). Из магистралей самые крупные объекты, пожалуй, это проспекты Крыленко и Культуры, а также завершение работ на Университетской набережной. Из зеленых территорий — сквер Товстоногова, сад Сан-Галли, сквер между 9-й и 10-й Советскими улицами. Также будет выполнена подсветка Троицкого моста и моста Бетанкура и примерно 70 памятников и скульптур.
Реализация перечисленных направлений играет важную роль для повышения качества жизни горожан, безопасности всех участников дорожного движения.