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.
Дорожно-строительная отрасль Северной столицы в 2022 году существенно нарастит объемы работ. Финансирование увеличено примерно в полтора раза. О предварительных результатах работы в этом году и перспективах на год будущий «Строительному Еженедельнику» рассказал глава Комитета по развитию транспортной инфраструктуры Санкт-Петербурга (КРТИ) Андрей Левакин.
— Андрей Юрьевич, дорожно-строительный сезон этого года заканчивается, и можно подвести предварительные итоги. Расскажите, пожалуйста, о том, какие наиболее значимые объекты строились в этом году. Удалось ли выполнить все планы, заложенные в АИП?
— Общий бюджет КРТИ в этом году составляет около 43,6 млрд рублей. Адресная инвестиционная программа (АИП) 2021 года, емкостью порядка 31 млрд рублей, предусматривала ввод семи крупных объектов общей протяженностью 22,4 км. На пяти из них к сегодняшнему дню уже запущено рабочее движение. Это Среднерогатская улица, Парфеновская улица (переименованная Варшавская), продолжение Софийской улицы до Колпино, второй этап транспортного обхода Красного Села, а также Лиговский путепровод.
Хотелось бы подчеркнуть, что, несмотря на жаркое лето и ограничения, введенные в целях борьбы с пандемией, подрядчики сумели выполнить все запланированные нами работы и сдать свои объекты в срок. Движение транспорта на Парфеновской улице и Лиговском путепроводе удалось запустить даже с опережением графика. До конца года мы планируем открыть примыкание Сарицкой улицы к Петербургскому шоссе на Пулковских высотах, а также завершить работы по третьему этапу транспортного обхода Красного Села. Таким образом, мы выполним все имевшиеся планы на этот год.
— Петербург участвует в реализации нацпроекта «Безопасные и качественные дороги». Что сделано в этой сфере?
— Тот факт, что Петербург в 2021 году впервые присоединился к этому национальному проекту, мы считаем успехом. Совместно с федеральными органами нам удалось определиться с рядом вопросов, связанных с развитием Петербургской агломерации. В частности, появилось понимание, какие участки городских улиц работают в значительной мере на обеспечение транспортной связи с Ленинградской областью. Определен каркас из таких дорог, функционирующих одновременно на два региона, что и позволило получить федеральное софинансирование.
Из госбюджета на ремонт дорог городу выделили 1 млрд рублей, еще 900 млн мы получили из Резервного фонда. Это позволит в 2021 году привести в нормативное состояние 73% городских дорог, работающих на агломерацию в целом. В рамках стратегических планов мы надеемся достичь цифры в 85% к 2024 году с последующим поддержанием этого показателя до 2030 года включительно.
Среди крупнейших объектов, которые были отремонтированы в этом году за счет федеральных средств, проспект Энгельса (участок за Парнасским путепроводом), Полюстровский и Пискаревский проспекты, Коннолахтинская дорога, Ленинградская и Арсенальная улицы. Всего в 2021 году мы планируем выполнить работы на 40 объектах. На сегодняшний день на 34 из них ремонт уже завершен, на остальных, среди которых Пулковское шоссе, работы сейчас подходят к концу. Уверен, что в итоге мы сможем выполнить план на 100%.
Необходимо добавить, что Петербург софинансировал работы по нацпроекту из своего бюджета. Причем внес на эти цели средств даже несколько больше, чем центр. Дело в том, что жесткой пропорции участия бюджетов разных уровней в ремонте нет. И, хотя ориентировочно предполагается делить затраты 50/50%, город, выделяя средства, исходил из принципа целесообразности и рассматривал каждый адрес отдельно. На каждый из них федеральная казна выделяла фиксированную сумму. Но очевидно, что разумнее затратить несколько больше денег из городского бюджета, но выполнить необходимые работы на объекте за один год, чем растягивать ремонт на целых два, осложняя жизнь автомобилистам.
Планируем и в будущем принимать участие в реализации этого нацпроекта. Рассчитываем, что в 2022 году мы сможем получить из федерального бюджета не менее 1,5 млрд рублей на дорожный ремонт. Наша задача сейчас — до начала конкурсных процедур сформировать перспективную программу в этой сфере на 2022–2023 годы.
— В этом году в Петербурге сменился генподрядчик по строительству метро. Что это даст городу? Чего ждать от метростроителей в будущем, какие сформированы планы?
— На мой взгляд, это очень важный шаг с точки зрения развития метрополитена в Петербурге и преодоления сложившегося кризиса в метростроении. Губернатором принято решение, и оно поддержано на федеральном уровне, о присвоении АО «Метрострой Северной Столицы» (МССС) статуса единого поставщика в этой сфере и заключении с ним госконтракта. Компания создана городом в партнерстве с банком ВТБ (65/35% акций соответственно). Создание нового исполнителя позволит минимизировать последствия банкротства бывшего поставщика — ОАО «Метрострой». Конкурсный управляющий принял решение о прекращении его хозяйственной деятельности, договор с ним был расторгнут. Очень важно, что большая часть коллектива обанкротившейся структуры — а это более 3 тыс. человек — перешла работать в МССС. Заключение договора с новым поставщиком позволит обеспечить непрерывность работы по строительству метро в городе.
Считаю, что эти изменения пойдут на пользу развитию Петербургского метрополитена. Дело не только в смене поставщика, важно, что появилась четкая структура работы. Есть единый исполнитель — и в проектировании, и по строительству объектов метрополитена, и один заказчик — КРТИ. Появился серьезный партнер в лице банка ВТБ, который сможет оперативно выделять оборотные средства. Это, безусловно, должно позитивно сказаться на качестве и скорости строительства метро.
Общая сумма госконтракта, заключенного с «Метростроем Северной Столицы», достигает 602,7 млрд рублей и отражает имеющиеся перспективные планы. При этом бюджетом уже предусмотрено увеличение финансирования развития метро на ближайшие годы. Так, в 2022 году планируется выделение на эти цели 30 млрд рублей, а в последующие 2023–2024-й — по 55 млрд ежегодно (для сравнения: в этом году на метростроение направлено лишь 12 млрд). Кроме того, в будущем году предусмотрено пополнение городом уставного капитала «Метростроя Северной Столицы» на 7,1 млрд рублей (еще 2,9 млрд на эти цели добавит ВТБ). Эти средства намечено направить на обновление материально-технической базы, приобретение техники и оборудования, необходимых для активизации строительства метро.
Так что только за ближайшие три года на нужды метростроения город направит почти 150 млрд рублей. Причем мы надеемся, что это еще не окончательная сумма, поскольку намерены обратиться к федеральному центру за софинансированием, так как Петербург очень нуждается в активном строительстве метро.
Таким образом, мы имеем достаточно четкое понимание, что будет делаться в этой сфере, по крайней мере, на ближайшую пятилетку. Наши планы остаются неизменными — это ввод в эксплуатацию станций «Горный институт», «Путиловская» и «Юго-Западная» («Казаковская») в 2024 году. Параллельно будет вестись проектирование, по результатам которого будет определяться дальнейшее финансирование. Сейчас проводится активная работа по уточнению Отраслевой схемы развития метро на перспективу. Наша основная задача — понять, где необходимы станции метро, где мы можем их запроектировать и в какие сроки построить. Ставится задача в будущем году уточнить программу метростроения с учетом возможностей бюджета и перспектив привлечения федеральных средств.
— Хотелось бы подробнее узнать о планах на будущий год: что планируется построить, что намечено к вводу, где пройдут ремонт и реконструкция дорог?
— Бюджет КРТИ на будущий год составит порядка 68 млрд рублей (окончательно он пока не утвержден). Это в полтора раза больше, чем в текущем. Соответственно, серьезно будут увеличены расходы и на строительство, и на ремонт, и на метро. В частности, затраты на АИП составят 48 млрд рублей. Это вполне серьезные планы. И не только на 2022 год: прогнозное значение бюджета КРТИ на 2023 год достигает почти 100 млрд рублей.
В будущем году намечено строительство ряда крупнейших объектов, которые будут сдаваться в эксплуатацию в 2023–2024 годах. Это второй этап реконструкции Петрозаводского шоссе с новым путепроводом в створе Лагерного шоссе. Продолжатся работы по подключению делового квартала «Лахта центр» к Приморскому шоссе и улице Савушкина, а также строительство подземного пешеходного перехода в районе МФК. Будет вестись строительство развязки на пересечении Московского шоссе с Дунайским проспектом, а также возведение больших объектов улично-дорожной сети на намыве Васильевского острова. Продолжится строительство Южной улицы в Лахте и первого этапа Широтной магистрали скоростного движения (ШМСД).
В настоящее время в рамках формирования городского бюджета в проект АИП строительство таких объектов, как Шуваловский проспект от Камышовой до Планерной улицы, улица Сперанского на Петроградской стороне, второй этап реконструкции Зеленогорского шоссе. Есть еще целый список адресов в рамках доппотребности, в том числе дороги в Кронштадте и в районе «Лахта центра».
Кроме того, готов проект постановления Правительства города, в котором предусмотрена возможность строительства магистрали М-32 с учетом «особенностей осуществления закупок и исполнения контрактов» — это позволяет закон 44-ФЗ. В случае его принятия объект можно будет проектировать и сразу же строить. Тогда конкурс можно объявить уже в 2022 году, а завершить работы в 2024-м.
Что касается ремонта, то одной из важнейших задач является запуск рабочего движения по Биржевому мосту осенью будущего года. Объект закрылся на капремонт в октябре текущего года, и мы прекрасно понимаем, сколько неудобств это доставляет автомобилистам. На сегодняшний день работы ведутся в графике, подрядчик (СК «Возрождение») с задачей справляется.
В адресной программе по текущему ремонту дорог в 2022 году запланировано проведение работ на ряде важных магистралей, среди которых — улица Дыбенко (от Дальневосточного до проспекта Солидарности), проспект Большевиков (от улицы Коллонтай до Дальневосточного), площадь Восстания, Заневский, Индустриальный проспекты и другие. На ремонт предполагается выделить 8 млрд рублей, тогда как в этом году, даже с учетом федеральных средств, на эти цели направлено чуть менее 6 млрд.
— В последнее время слышны разговоры о том, что в городе реализуется мало крупных, знаковых инфраструктурных проектов (масштаба КАД или ЗСД). Расскажите, пожалуйста, о стратегических планах отрасли. Что, где и в какие сроки планируется построить в Петербурге?
— На мой взгляд, такую критику нельзя назвать объективной. У города достаточно масштабные планы в сфере развития транспортной инфраструктуры.
В этом году в стадию практической реализации вошел проект ШМСД, включающий большой мост через Неву в створе Фаянсовой и Зольной улиц. По масштабу этот проект вполне сопоставим с ЗСД, развязка с которым, кстати, и стала частью первого этапа. По нашим планам, уже в 2024 году мы с нашим партнером, компанией «ВТБ-Пуск», сможем открыть движение по первому участку этой трассы — от ЗСД до Витебской развязки. Особенно важно, что возведение ШМСД со второго по шестой этапы получило продержку Правительства РФ, что означает частичное софинансирование проекта со стороны федерального бюджета. Уже разработана проектная документация следующих этапов, она проходит экспертизу, готовы проекты планировки территории. Уверен, что нам удастся реализовать планы, в соответствии с которыми полностью трасса будет построена к 2030 году. ШМСД существенно улучшит связь между Московским, Фрунзенским и Невским районами и в перспективе выйдет к трассе Р-21 «Кола» в Ленобласти.
И это не единственный крупный проект. В настоящее время заканчивается проектирование масштабной развязки с тоннелем на Поклонной горе. Этот проект получил поддержку Президента, и мы рассчитываем на софинансирование строительства из федерального бюджета. Развязка позволит существенно улучшить транспортную обстановку на севере Петербурга, разгрузить такие магистрали, как проспект Энгельса, Выборгское шоссе, улица Мориса Тореза, Северный проспект.
Также сейчас заканчивается проектирование девелопером Setl Group крупного вантового моста через Неву в створе Большого Смоленского проспекта и улицы Коллонтай. В первом квартале будущего года мы рассчитываем получить документацию, направить ее на экспертизу. Одновременно будет решаться вопрос о выделении финансирования на строительство объекта — как из бюджета Петербурга, так и из других источников.
Российские железные дороги завершили проектирование Цимбалинского путепровода. Проект планировки территории сейчас находится в стадии общественного обсуждения. После прохождения экспертизы в будущем году мы рассчитываем начать строительство. Работы будут вестись при софинансировании со стороны РЖД.
Так что планы у нас амбициозные, объектов много, и все — интересные. Рассчитываю, что доверие, которое Правительство и губернатор оказывают комитету, позволит дать существенный толчок развитию улично-дорожной сети в городе.
— Недавно по инициативе Президента возобновлена подготовка к строительству на территории Ленобласти КАД-2 вокруг Петербурга. Хотелось бы узнать о вашем мнении на этот проект.
— Мнение о том, что, раз КАД-2 намечено строить на землях Ленобласти, он малоинтересен для города, я считаю в корне ошибочным. Для нас важно понимать трассировку проекта и то, как он перераспределит транспортные потоки. Поэтому представители города включены в состав рабочей группы, которая в партнерстве с госкомпанией «Российские автомобильные дороги» оценивает имеющиеся варианты размещения трассы.
Появление идеи КАД-2 отнюдь не спонтанно. В свое время я участвовал в подготовке и проработке проекта КАД-1. И тогда рассматривалось три основных варианта трассировки магистрали: ближний — в границах Петербурга, средний — с периодическим выходом на территорию Ленобласти, и дальний — почти целиком по областным землям. Как известно, был выбран промежуточный вариант. Главной причиной было то, что он обеспечивал как вывод транзита с улиц Петербурга, так и оптимизацию внутригородского транспортного сообщения. И уже тогда было понимание, что ко второй половине 2020 года КАД в значительной мере исчерпает свои возможности, и встанет необходимость еще одной Кольцевой — чтобы транзит обходил город по более широкой дуге. Это, в свою очередь, увеличит потенциал КАДа для внутригородской корреспонденции.
Сегодня можно констатировать, что эти прогнозы полностью оправдались. КАД-1 полностью загружен, иногда даже перегружен. Поэтому реализация проекта КАД-2 для нас очень важна. Она позволит снизить нагрузку на первое Кольцо. Необходимо понимать, как новая трасса будет проходить, насколько далеко будет от города, как будет пересекаться с вылетными магистралями, как перераспределится транспортный поток. Помочь с этим сможет существующая в Петербурге транспортная модель, которую поддерживает в актуальном состоянии СПбГБУ «Центр транспортного планирования». Эффективность этого инструмента недавно в очередной раз была подтверждена, когда на основе моделирования была определена оптимальная схема транспортного объезда на период капитального ремонта Биржевого моста. Прогноз перераспределения потоков оказался весьма точным. Соответственно, и в расчете эффекта, который даст запуск КАД-2 на городское движение, транспортная модель станет хорошим подспорьем.