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.
О петербургской архитектурной идентичности, актуальных проблемах современного зодчества и задаче осмысления супрематического наследия «Строительному Еженедельнику» рассказал академик архитектуры (МААМ и РААСН), заслуженный архитектор России Михаил Мамошин, руководитель «Архитектурной мастерской Мамошина».
— Михаил Александрович, на ваш взгляд, каковы основные черты петербургской идентичности в архитектуре?
— Это вопрос сложный и очень многогранный, который можно обсуждать часами. Но есть несколько ключевых моментов, которые, пожалуй, неотъемлемы от этого феномена. Во-первых, уникальность Петербурга в том, что он — «умышленный город». То есть в отличие от подавляющего большинства других исторических поселений он не проходил медленного процесса зарождения, постепенного, достаточно хаотичного расширения и увеличения, обретения новых социальных статусов и функций с соответствующей систематизацией пространства. Петербург изначально строился по плану, по чертежам как единая структура, более того, с самого начала — как столица великой империи. И такой четкий, системный подход к формированию городской среды существовал вплоть до революции, благодаря чему и сложилось то пространство, которое мы называем историческим Петербургом.
Во-вторых, специфика Северной столицы состоит в том, что это сравнительно редкий в мировой практике случай архитектурного развития мегаполиса в формате 2D, что обусловлено равнинным характером ландшафта. В подавляющем большинстве исторические города формировались на холмах, что было естественно с точки зрения оборонительной функции. Соответственно, и архитектурная среда в них формировалась ярусная, с доминантами на естественных возвышенностях. На территории исторического Петербурга все высотные доминанты — искусственные, построенные по плану, что и формирует его уникальный силуэт.
В-третьих, наш город представляет собой крайне редкий феномен мегаполиса, историческая часть которого законсервировалась, застыла в развитии почти полностью в том виде, который сложился к Первой мировой войне. По сути, именно для того, чтобы посмотреть на то, каким был крупный европейский город в начале ХХ века, и приезжают в Петербург миллионы туристов. Если мысленно убрать автомобили на улицах и вернуть гужевой транспорт, визуальные отличия от той эпохи будут минимальными.
В результате этих историко-географических особенностей развития на сегодняшний день и сохранился центр Петербурга, ставший уникальным объектом всемирного наследия ЮНЕСКО и получивший на фоне других российских городов, в значительной мере потерявших исторический облик, своеобразное сакральное значение не только для нашей страны, но и для всего человечества. Думаю, именно благодаря социальным катаклизмам ХХ века, в результате которых Северная столица прекратила развиваться, удалось сберечь этот гигантский объемно-пространственный памятник под открытым небом. Если бы не это, Петербург, скорее всего, ждала бы судьба многих европейских городов, где в 1920–1930-е годы сносились очень качественные барочные и классицистические здания, чтобы строить объекты модернизма.
— Вы думаете, это было неизбежно?
— Во всяком случае, весьма вероятно. Дореволюционная российская архитектура вполне шла в русле мировых трендов, а в периоды после мировых войн происходил глобальный излом архитектуры (да и искусства в целом), переход от традиционных, фигуративных форм к абстрактному формату. Так что должно это было бы коснуться и нас. Но в реальности в нашем городе после революции такого не произошло (пожалуй, это можно назвать одним из немногих позитивных результатов той социальной катастрофы). Тогдашние советские архитекторы — учителя наших учителей — вынесли свои конструктивистские проекты на рабочие окраины, за пределы старого Петербурга. Минимальны были вторжения в историческую среду центра и после Великой Отечественной войны.
— Можно ли говорить о преемственности послереволюционной архитектуры города дореволюционной, той самой, что определила визуальную идентичность города?
— Безусловно. Город вышел из революции в шизофреничном состоянии (в классическом понимании термина — раскол, расщепление сознания). С одной стороны, он был оплотом традиционных архитектурных форм, а с другой — кипучие процессы авангарда 1920-х годов породили новые идеи и концепции. Но, по счастью, практическая реализация последних, как уже говорилось, была выведена из центра.
Сохранению и развитию старой школы в 1930–1950-х годах способствовало и изменение подходов на государственном уровне: классицизм неофициально был признан «стилем III Интернационала». В Ленинграде советская классика была очень высокого качества, так как основывалась на классицистическом модерне и неоклассике начала XX века (в отличие, надо признать, от многих образчиков в регионах и в Москве). Свидетельством тому — объекты на Каменноостровском, Московском проспектах, в других местах. Эти здания, несомненно, можно считать достойным продолжением дореволюционной архитектурной традиции. Высокое качество ленинградских проектов привело к тому, что многие наши выдающиеся зодчие того времени (Лев Руднев, Иван Фомин, Ассы, Хазановы и др.) были вызваны работать в Москву, потому что специалистов такого уровня столице явно не хватало. По их проектам построено немало знаковых столичных объектов того времени. И это — яркое доказательство класса нашей архитектурной школы, которая являлась продолжением петербургской.
— Но потом началась борьба с «архитектурными излишествами», строительство панельных серий…
— Да, это очень печальная для нашей архитектуры история. Хотя надо отметить, что в самом по себе панельном способе домостроения ничего плохого нет. Еще до появления печально известного постановления 1955 года об «излишествах» отечественные архитекторы разработали целые системы крупноэлементного, панельного сборного домостроения. При этом здания имели геометрию и планировки квартир, в целом типичные для архитектуры 1930–1950-х годов, то есть достаточно комфортные для жизни, а также вполне удовлетворительное фасадное оформление.
Однако с точки зрения сохранения исторического центра Петербурга важен следующий момент. В 1958 году на Всемирном конгрессе Международного союза архитекторов в Москве была принята хартия, декларировавшая принцип вынесения новой активной застройки городов за пределы исторических центров. Этот подход впоследствии применялся не везде и не всегда — как в СССР, так и в мировой практике. Но для нас очень важно, что власти и профессиональный цех Ленинграда старались реализовать этот подход буквально.
Для города это было великое дело, результатом которого стало спасение центра Петербурга от нового строительства и появление районов массовой застройки хрущевками, а затем и брежневками с внешней стороны дореволюционного промышленного пояса. В качестве альтернативного негативного примера можно привести так называемые «цековские дома» в Москве, возводившиеся с 1963 года, жилье в которых предназначалось для членов ЦК КПСС, Совмина, Верховного Совета СССР, высших военных чинов. Вторжение этих (и не только этих) объектов в историческую архитектурную ткань столичной застройки часто носило совершенно неприемлемый характер.
К счастью, Петербург сумел этого избежать (за редкими исключениями) даже в перестроечный период. Тогда сначала в центре появилось некоторое число достаточно добротных ремейков, затем был ряд вполне авторских работ. Но, слава Богу, до сегодняшнего дня в историческом Петербурге так и не возникло объектов абстрактной архитектуры. Все новые здания так или иначе тяготеют к традиционной, фигуративной архитектуре и через те или иные коды вполне сослагаются с принципами петербургской идентичности. Печальные исключения — ТЦ ПИК, ЖК «Монблан» и еще около десятка объектов, что в общегородских масштабах, в общем, немного.
— Что, на ваш взгляд, у нас сегодня делается в городе с архитектурой и насколько она соответствует исторической петербургской идентичности?
— На сегодняшний день в городе сформированы базовые правила игры в этой сфере, особенно жесткие для центра. Выстроена система фильтров, в которую входит Градостроительный совет Петербурга, согласование в КГА, а если проект находится в зоне охраны культурного наследия — то еще и с КГИОП, для чего необходимо подготовить историко-культурное исследование и пройти ряд процедур. То есть в историческом центре и в непосредственной близости от него вряд ли могут появиться какие-то объекты, диссонирующие со сложившейся архитектурной средой. И заказчики это тоже прекрасно понимают. Существует также градозащитное сообщество, которое, хоть и не всегда взвешенно и профессионально подходит к возникающим проблемам, но в целом свою позитивную роль в охране наследия играет. Так что если сегодня в центре и появляются новые объекты, то это образцы достаточно качественной в большей части традиционной архитектуры, прошедшие через соответствующие фильтры.
Со строительством в ленинградской части города все обстоит, конечно, несколько сложнее. Есть ряд серьезных проблем. Например, некоторые застройщики заводят собственных проектировщиков. Не знаю, как точнее сказать. Их задача как-то раскрашивать и разукрашивать имеющиеся у строителей технологические и проектировочные шаблоны, встраивать здания в участки с целью получения максимального количества продающихся квадратных метров с соблюдением всех имеющихся нормативов. Говорить здесь о каком-то творческом архитектурном процессе, на мой взгляд, не приходится.
Другая проблема уже завязана на процессы, текущие непосредственно в архитектурной среде. Есть определенные космополитичные, поверхностные веяния, тренды, которые сегодня распространяются очень широко и в мировых, и в российских профессиональных СМИ, на сайтах, иных ресурсах. И эти тенденции находят отражение в реализуемых проектах, в результате чего современные части наших городов стали застраиваться формально разными, но по сути совершенно однообразными, типовыми объектами, полностью игнорирующими какие-то местные условия, особенности и традиции. Даже поздние советские серии жилых домов в большинстве случаев по архитектурному качеству превосходят то, что появляется сегодня в рамках этой тенденции «обращения к мировому опыту строительства».
Это очень печальные факторы, в результате действия которых, конечно, значительную часть проектов современной массовой застройки сложно отнести к качественным продуктам работы архитектора.
— Разве использование мирового опыта — это всегда плохо?
— Конечно, не всегда. Плохо то, что мы сейчас идем по «задам» этого опыта, хватаемся за идеи, уже освоенные и отработанные. Вместо того чтобы самим формировать новые оригинальные архитектурные тренды. И это притом что именно в России в 1920-е годы вокруг Казимира Малевича сформировался круг авангардистов, искавших новые формы, принципы, концепции работы. Это и первый супрематический архитектор Лазарь Хидекель, и Армен Барутчев, и Николай Суетин, и Илья Чашник, и другие. Результатом их работы стали очень качественные векторы, посылы, данные в будущее, но, по сути, не получившие должного развития, в результате чего мы не имеем идентичной российской абстрактной архитектуры. Это тем более грустно, что Петербург, Москва, некоторые уральские города (где работали немецкие авангардисты) имеют уникальную базу для создания таких проектов. Импульсы, идеи, которые тогда были заданы, надо подхватывать, изучать, осмысливать, реализовывать в тех или иных формах.
Мы же имеем парадоксальную ситуацию. Сегодня влияние идей Малевича и Хидекеля на европейскую и мировую архитектуру гораздо сильнее, чем на российскую. И уже через зарубежный опыт эти концепции приходят к нам и «открываются» нашими специалистами. И мы в итоге пользуемся вторичными и третичными переработками, хотя можем напрямую черпать идеи в первоисточниках. На мой взгляд, обращение к раннеленинградской абстрактной архитектуре для новых территорий Петербурга сегодня является очень важной и интересной задачей, способной придать новое качество реализуемым проектам, создать современную среду, причем аутентичную именно для Петербурга. Думаю, это очень актуальная тема для обсуждения в профессиональной среде и поиска форм реализации на практике. Своим вкладом в попытку современного осмысления идей супрематизма я могу назвать бизнес-центр на ул. Чайковского, 44, проект отеля «Холидей Инн Пулково», а также спортивный объект для футбольного клуба «Коломяги».
