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.
ГАУ «Леноблгосэкспертиза» — одно из 85 региональных учреждений госэкспертизы, деятельность которого направлена на повышение качества проектирования и строительства, внедрение информационных технологий, развитие компетенций экспертов. Об итогах работы и ближайших планах организации «Строительному Еженедельнику» рассказывает ее начальник Денис Горбунов.
— 30 мая в Доме Правительства Ленинградской области прошло расширенное заседание по Северо-Западному федеральному округу, посвященное развитию института экспертизы. Кто принимал участие в мероприятии? Какие ключевые вопросы обсуждались?
— Мероприятие, которое состоялось 30 мая, — знаковое для всего федерального округа. Впервые на одной площадке собрались представители Минстроя, Главгосэкспертизы, Ассоциации экспертиз России, главы отраслевых органов власти, региональные экспертные организации. В совещании приняли участие губернатор Ленинградской области Александр Дрозденко, начальник ФАУ «Главгосэкспертиза России» Игорь Манылов, президент Ассоциации экспертиз России Леонид Ставицкий, по ВКС с докладом о роли экспертизы в цифровизации строительной отрасли выступил заместитель министра строительства и ЖКХ РФ Константин Михайлик.
Основные задачи, над которыми сейчас идет активная работа на всех уровнях, — развитие цифровой вертикали управления стройкомплексом с использованием технологий информационного моделирования. В планах Минстроя уже в этом году запустить единую информационную систему обеспечения градостроительной деятельности для всех субъектов Российской Федерации. Основная цель — сделать доступной и прозрачной информацию об объектах капитального строительства, собрать все достоверные сведения информацию на одной платформе.
По словам замминистра Константина Михайлика, экспертиза — это важнейшая часть всей вертикали, базовый элемент, с которого начинается этап жизненного цикла объекта капстроительства. Именно поэтому в регионах сейчас так активно внедряется Единая цифровая платформа экспертизы (ЕЦПЭ).
Застройщики Ленинградской области уже освоили инструменты, предлагаемые Единой цифровой платформой экспертизы. Наше учреждение полностью перешло на ЕЦПЭ, в том числе при проведении экспертного сопровождения проектов.
— Как прошло внедрение ЕЦПЭ? Застройщики довольны?
— Наши эксперты сделали все, чтобы переход на эту услугу прошел без потрясений и максимально удобно для пользователей: выпустили методические рекомендации, провели круглые столы, разместили на нашем сайте видеоинструкции. Сейчас, когда работа с ЕЦПЭ полностью отлажена, мы получаем положительные отклики от изыскателей и проектировщиков. Можно сказать, что новый формат подачи документации стандартизировал деятельность заказчиков. Но портал стандартизировал и работу экспертов: теперь сама программа определяет четкий порядок, контроль и своевременность прохождения экспертизы. Поэтому как руководитель я отношусь позитивно к этим изменениям и вижу в них очередной шаг к цифровизации строительной отрасли.
— Можно ли говорить о том, что внедрение ЕЦПЭ повысило качество проектирования в регионе?
— К сожалению, напрямую внедрение ЕЦПЭ не может повлиять на качество проектирования, но может усилить контроль. В последней версии эксперту добавлена возможность отмечать аварийно опасные проектные решения. Такая информация будет обрабатываться и направляться в СРО.
Качество проектирования также обсуждалось в рамках межрегионального совещания. Начальник Главгосэкспертизы Игорь Манылов привел печальную статистику — 76% объектов не выходят вовремя из экспертизы. По большинству из них по инициативе заявителя сроки продлеваются несколько раз. В Ленинградской области таких проектов — 63%.
В этой связи был поднят вопрос о роли экспертизы в повышении уровня заказчиков и проектировщиков. Государственная экспертиза рассматривается сегодня не просто как согласовательный орган, а как центр компетенций и уникальных знаний в регионе.
Наши специалисты постоянно, иногда несколько раз в месяц, проводят семинары, чтобы в максимально доступной форме донести информацию об актуальных вопросах отрасли. Мы свободно формируем тематику этих мероприятий и всегда запрашиваем наших партнеров — проектировщиков и застройщиков — о вопросах, которые им хотелось бы рассмотреть в первую очередь. Семинары и презентации спикеров общедоступны, видео идут в прямой трансляции и в записи на сайте, в соцсетях.
— В Ленобласти с октября 2022 года расширен список объектов, по которым не нужно получать разрешения на строительство при наличии положительного заключения госэкспертизы. С чем связано такое решение?
— Это поправки в областной Закон от 18.05.2012 № 38-оз, который устанавливает случаи, при которых не требуется получения разрешения на строительство на территории Ленинградской области. Речь идет об объектах, предназначенных для осуществления производственной деятельности промышленного предприятия, например, складов, гаражей, подстанций, даже если они не относятся к основной деятельности, как было указано в предыдущей редакции. Кроме того, в изменениях упомянуты линейные объекты, сельхозпредприятия, зоны рекреации. Проектировщики, застройщики, инвесторы могут обратиться к тексту закона и уточнить, в каких случаях им не нужно разрешение на строительство тех или иных объектов.
Принятие этих поправок приносит для экономики области позитивный эффект. Прежде всего повышается самоконтроль и ответственность у организаций, строящих объекты без разрешения или без проекта, требующего экспертного заключения. Во-вторых, расширяются возможности инвесторов, работающих на территории Ленобласти.
— Недавно вы были избраны в члены правления Ассоциации экспертиз России. Какие планы и перспективы вы с этим связываете?
— Главный план — работать. 30 мая мы провели первое выездное заседание правления АЭР в Правительстве Ленинградской области. Формат мероприятия всем настолько понравился, что решили по аналогии проводить подобные мероприятия и в других федеральных округах.
Хочу отметить, что за последние полтора года ассоциация превратилась из площадки для обсуждения наболевших вопросов в экспертной области в системную организацию с федеральным статусом. Образованы четыре комитета, в два из которых включены представители ГАУ «Леноблгосэкспертиза»: это Комитет по цифровому развитию строительной экспертизы и Комитет по развитию профессиональных компетенций.
В правлении ассоциации решают актуальные для отрасли задачи: от составления рекомендаций по внесению изменений в федеральное законодательство до разработки профессионального кодекса эксперта. Идет большая совместная работа с участием специалистов со всей страны, которая нацелена на систематизацию и алгоритмизацию всех региональных госэкспертиз, а также составление программ и планов работы, бюджета объединения, создание рабочих групп и комитетов.
— Строительная отрасль сейчас в процессе постепенного перехода на использование технологий информационного моделирования на стадии проектно-изыскательских работ. Расскажите, пожалуйста, какие плюсы у ТИМ-моделей? Насколько велика доля проектов с применением ТИМ, которые поступают на экспертизу?
— Начиная с 2018 годы мы постоянно работаем над развитием инфраструктуры и переподготовкой сотрудников учреждения для того, чтобы работать с ТИМ: обновили программный комплекс, приобрели новое компьютерное оборудование, сотрудники прошли обучение. Сегодня все проекты обрабатываются только в электронном формате. Более того, наши специалисты участвуют в рабочих группах Ассоциации экспертиз России и занимаются разработкой дорожной карты по переходу отрасли на информационное моделирование. Проекты в ТИМ к нам пока не поступали, кроме пробных моделей, но с нашей стороны все готово для работы с цифровыми технологиями, и мы хорошо осознаем все преимущества инновации.
Цифровая модель хороша тем, что заставит проектировщика прорисовать все узлы до мельчайших деталей, позволит увидеть все применяемые материалы, объемы работ, затраты, необходимые для выполнения задачи. В результате застройщик получает полную картину строительства и работает максимально быстро без задержек на ликвидацию нестыковок, а это влияет и на его кредитную линию, и на предоставление бюджетного финансирования.
Цифровизация в строительстве развивается огромными темпами, многие крупные российские застройщики используют сквозные цифровые процессы вплоть до обработки данных, полученных дистанционно с использованием аэросъемки. То есть с помощью современных технологий можно дистанционно проверить геометрию кладки, рассчитать кубометры залитого бетона, определить утечки тепла, отметить расположение сетей, оценить объемы разработанного грунта— а это невероятная экономия человеческих ресурсов! Конечно, пока это точечная практика, впереди еще большой пласт работы, который коснется тех, кто строит и эксплуатирует здания, но будущую результативность цифровой реальности нам даже сложно представить.
Заведующий лабораторией несущих деревянных конструкций ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ ”Строительство”» Павел Смирнов рассказал «Строительному Еженедельнику» о технологии деревянного домостроения из CLT-панелей. По мнению эксперта, благодаря особенностям данных конструкций их можно эффективно задействовать в многоэтажном деревянном строительстве — новым для России, но успешно востребованным виде домостроения за рубежом.
Павел Николаевич, давайте начнем с рассказа о самих CLT-панелях. Как они производятся и применяются в домостроении? В чем их преимущества?
CLT-панели также имеют название «древесина перекрестноклееная» (ДПК). Это изготовленная заводским способом деревянная массивная плита, состоящая не менее чем из трех ортогонально склеенных слоев из цельных или срощенных по длине на зубчатое соединение досок и предназначенная для применения в несущих и ограждающих строительных конструкциях.
CLT-панели имеют ряд важных преимуществ по сравнению с другими материалами, применяемыми в строительстве. Во-первых, это небольшой вес плит. Он в 5–6 раз меньше, если соотносить с кирпичом или бетоном, что позволяет существенно снизить нагрузки на фундамент и основание. Кроме того, проводя аналогию, легкий вес изделий предъявляет меньшие требования к грузоподъемности строительных кранов, чем железобетонные аналоги. Во-вторых, данные конструкции отличаются высокой заводской готовностью, что отражается на быстроте сборки и уменьшает стоимость строительных работ. В-третьих, важным преимуществом можно считать и экологичность продукции. CLT-панели изготовляются из досок хвойных пород древесины, которые склеиваются полиуретановым клеем, в составе которого отсутствуют фенол и формальдегид. Они имеют высокие показатели огнестойкости, время сохранения несущих свойств конструкций при пожаре отвечает требованиям современных норм пожарной безопасности.
Какова ситуация с применением CLT- технологии в домостроении в России?
В нашей стране технология строительства многоквартирных домов из CLT-панелей только начала развиваться. Например, в 2022 году в городе Сокол Вологодской области завершилось строительство первых двух четырехэтажных многоквартирных домов по данной технологии.
Насколько технологически сложно производство CLT-панелей? Можно ли обойтись только отечественным оборудованием? Какие компании уже занимаются производством данных конструкций?
Древесина перекрестноклееная — технологически сложный материал, при производстве которого используется автоматизированное оборудование. В России имеется целый ряд крупных и мелких предприятий по производству инженерной древесины. Крупные заводы по производству древесины перекрестноклееной расположены в Ленинградской и Вологодской областях. Мощность этих производств составляет около 300 тысяч кв. м. Данные предприятия укомплектованы европейским или североамериканским оборудованием, производители которого уже покинули или в ближайшее время покинут отечественный рынок.
К сожалению, в настоящий момент практически полностью отсутствует отечественное автоматизированное оборудования по производству CLT-панелей. Для решения сложившейся проблемы и достижения технологического суверенитета необходимо наладить производство деревообрабатывающего оборудования и комплектующих запчастей к нему в России или дружественных странах.
Какое участие в развитии и распространении CLT-технологии принимает НИЦ «Строительство»?
Здесь с 2020 года проводятся комплексные испытания CLT-плит, в том числе статические, динамические, на сейсмостойкость и огневые. Проведенные исследования позволили создать нормативно-правовую базу для широкого применения данной технологии в деревянном домостроении: разработаны специальные технические условия, стандарты организации, государственные стандарты, выполнена актуализация сводов правил.
На ваш взгляд, что необходимо сделать, чтобы технология получила серьезный толчок развития в России и применялась достаточно масштабно?
Основным барьером для развития отрасли деревянного домостроения, в том числе с применением CLT-технологии, является отсутствие опыта проектирования и строительства многоквартирных, включая многоэтажные, зданий из деревянных конструкций.
Решением данной задачи должна стать реализация пилотных проектов в нескольких регионах РФ. Строительство многоэтажных зданий из деревянных конструкций потребует комплексного решения проблем механической и пожарной безопасности. При проектировании такого типа зданий будет необходимо разработать и экспериментально проверить новые узловые соединения конструкций с учетом особенностей деревянного домостроения.
Для реализации проектов необходимо создать рабочую группу по многоэтажному деревянному домостроению, в которую должны войти архитекторы, проектировщики с опытом реализации проектов многоэтажных зданий и технически сложных объектов, в том числе с применением деревянных конструкций, а также специалисты и ученые по деревянным конструкциям и пожарной безопасности. Координационные функции в указанной рабочей группе могут быть возложены на НИЦ «Строительство» как главную профильную научную организацию в РФ. Ученые и ведущие специалисты должны участвовать в разработке проектной и рабочей документации, научно-техническом сопровождении и отработке экспериментальных решений.
Наверное, необходима и популяризация такой технологии домостроения среди граждан?
Безусловно. Мощным барьер, кроме отечественного опыта проектирования и массового строительства домов из CLT-панелей, является низкий уровень доверия к многоквартирным деревянным зданиям как среди населения, так и у финансово-кредитных организаций.
Необходимо более активно рекламировать многоквартирные строения из деревянных конструкций в средствах массовой информации. Объяснить людям преимущества жизни в таких зданиях, снять вопросы населения по пожарной безопасности и долговечности таких домов. Реализация пилотных проектов, упомянутых ранее, в значительной степени способствовало бы популяризации жилых и общественных зданий из деревянных конструкций, в том числе многоэтажных.
