Анатомия качества. Челябинские ученые знают самые уязвимые места в дорожном строительстве

14 Июня 2016 Автор: Марат Гайнуллин Фото: Вячеслав Шишкоедов
Анатомия качества. Челябинские ученые знают самые уязвимые места в дорожном строительстве

Эксперты уверены: в Челябинской области строить дороги по старой технологии уже нельзя. Иначе каждый год придется снова тратить очередные миллиарды на ремонты. И снова каждую весну «биться по ямам».

Что в этой ситуации предлагают ученые? С целью узнать мнение научных экспертов в редакции «Южноуральской панорамы» был проведен круглый стол, в котором приняли участие заведующий кафедрой строительных материалов архитектурно-строительного факультета ЮУрГУ, профессор, доктор технических наук Борис Трофимов, его коллега, доктор технических наук, профессор этой же кафедры Людмила Крамар, директор ООО «Биоэнергия и К» Олег Красильников.

Бетон выходит из моды?

Бетон успешно использовался еще во времена Древнего Рима, о чем свидетельствуют археологические раскопки. А сегодня он уже вышел из моды.

По крайней мере, из моды уже выходят чисто асфальтовые бетонные дороги.

Крамар-Людмила-Яковлевна-ЮУрГУ_DSC0128.jpg— За рубежом такие дороги действительно уходят на второй план, хотя продолжают активно использоваться в Челябинской области, — говорит Людмила Крамар. — Еще в конце 90-х годов в России было изобретено практически одновременно с Западом полимер-битумное вяжущее, на основе которого и создавалось новое дорожное покрытие. И, как только открылся железный занавес, вся Европа стала покупать у нас это вяжущее. Но прошло немало времени, прежде чем такие технологии стали использоваться и у нас, в России, да и то преимущественно в Москве и северных территориях.
Еще до 90-х годов в СоюздорНИИ были проведены точные расчеты, сколько процентов битума должно использоваться в асфальтобетоне. И ни одного процента больше или меньше! При этом можно было размыть фрагмент бетона и предъявить, сколько там было песка, битума, щебня. Но что замечательно: после этого у нас прекратилось колеяобразование. А сейчас если появляется колея, то это значит, что на заводе нет контроля, не контролируется уже и сама уложенная дорога. Так что нужно срочно возвращать контроль качества! Вот пример. Вначале было асфальтовое покрытие, а сверху появилось новое. Через считанные месяцы колея образовалась до того самого нижнего покрытия! Значит, раньше умели работать?

— Хорошо известно, что прочность асфальтобетона очень низкая и составляет в лучшем случае 1-2 мегапаскаля, — комментирует Борис Трофимов. — И при большой интенсивности движения даже самые продвинутые бетоны, в том числе полимерные, выдерживают не более трех-пяти лет эксплуатации.

ЩМА не по ГОСТу?

Может ли в планах дорожного строительства существовать свой технологический потолок?

Трофимов-Борис-Яковлевич_DSC0140.jpgБорис Трофимов: Проблемы, как ни странно, создают нам сами ГОСты. Вот, к примеру, появился ГОСТ на бетоны для транспортных сооружений. Там запрещают применять минеральные добавки, с помощью которых мы регулируем структуру, способную выдерживать многократные технические воздействия: механические, температурные и другие. Переходя на те рекомендации, которые дает ГОСТ, мы получаем нестабильные структуры, в которые мы никак не можем вмешиваться по действующим стандартам. Это один из тех административных барьеров, которые мы, увы, никак не можем преодолеть.

Новый ГОСТ у нас введен с 2015 года. Если раньше у нас применялись деготь, дегтебетон, битум, то потом деготь убрали, и сегодня ГОСТ предусматривает битумное вяжущее и асфальтобетон, а также битумно-полимерное вяжущее и битумно-полимерный бетон. Но чаще всего это вяжущее используется у нас поверхностным слоем. Это мастики щебеночные.

Красильников-олег-Юрьевич-директор-ООО-Биоэнергия-и-К_DSC0121.jpgОлег Красильников: Есть такая технология ЩМА — щебеночно-мастичный асфальтобетон. Нам удалось создать и наладить серийный выпуск машин для получения целлюлозной ваты из бумаги. Причем удалось создать технологию в несколько раз дешевле зарубежной. Мы разработали дробилку, которая была признана лучшим изобретением года в 2008 году на Южном Урале. Этот агрегат и позволил создать новый продукт, значительно более дешевый и, как уверяют специалисты, качественнее, чем производят финны. Для строительства дорог на основе этой ваты изготавливаются волокнистые гранулы ЩМА для получения высококачественного дорожного асфальтового покрытия. А пока ЩМА, выходит, как бы не в ладах с ГОСТом…

Ухаживать как за барышнями

Важно не только найти нужный материал, применить правильные технологии, за дорогами нужно ухаживать. Как за барышнями.

Людмила Крамар: За дорогами нужно ухаживать. Особенно это важно в городах, на участках с интенсивным движением. В свое время дорогу в аэропорт в Челябинске строили финны, которые в дальнейшем за ней и приглядывали. И все было хорошо — до тех пор, пока с ними договор не расторгли. И уже через два года трасса стала разрушаться. Потому что любая дорога, как и вообще все в этом мире, требует за собой ухода. Посмотрите на дорогу в Екатеринбург: она же не вся однородно плохая, есть отдельные вполне приличные участки. Просто за ними присматривают неплохо.

У нас в этот сезон плохо чистили дороги, практически не вывозился снег. А ведь хорошо известно, что битум — гидрофобный материал. Несмотря на это, он постепенно начинает впитывать все налегающие массы. А при насыщении водой коэффициент водонепроницаемости бетона снижается до 0,6. В результате у нас и становятся дороги разбитыми буквально за каких-нибудь два года.

Переход через ноль

Есть у дорожников такое понятие — «переход через ноль». Здесь и кроется головная боль…


Олег Красильников: За четыре сезона на российских дорогах такой переход происходит до 70 (!) раз. Причем разница температур может доходить до ста градусов Цельсия. Лишние градусы набегают из-за того, что летом при температуре плюс 45 градусов дорога нагревается еще больше, а охлаждается также сильнее температуры воздуха. Естественно, что это резко ускоряет процесс разрушения полотна. Многие же дороги были построены еще в 70-х годах, когда и транспортный поток не был столь интенсивным, и дорожная «рубашка» выдерживала машины разве что до шести тонн. Через два-три десятка лет по этим же дорогам поехали фуры с 60 тоннами на борту.

Людмила Крамар: Вы правы: нагрузка на дороги в последние годы резко увеличилась. Поэтому мы испытываем повальное бедствие — колеяобразование.

Кстати, мы смогли получить бетон с очень высокой морозостойкостью, который выдерживает более 1000 циклов замораживания-размораживания. За счет этого бетон становится долговечным и хорошо эксплуатируется.

Число циклов замораживания и оттаивания для нашего региона составляет 50 единиц.

Дорога из офисной бумаги?

Ученые высоко оценили экзотическое сырье от челябинских Кулибиных.

Олег Красильников: Наше предприятие занимается разработкой и производством уникальных агрегатов, но пока не для дорог, а для кормопроизводства в сельском хозяйстве, востребованы наши технологии и в коммунальном хозяйстве.

Именно у волокнистых гранул ЩМА для получения высококачественного дорожного асфальтового покрытия оптимальная пропорция: 92 % целлюлозной ваты и 8 % — самый обычный недорогой битум. И когда эти гранулы, обкатанные битумом, мы вводим в покрытие, то тогда мы решаем сразу несколько вопросов — колеи, растрескивания и других дорожных болезней.

Кстати, по этой технологии построен экспериментальный участок дороги в пять километров на трассе Челябинск — Екатеринбург, показавший отличные результаты.

Для примера: на сегодня стоимость этих гранул в Москве составляет 34 рубля за килограмм, в Нижнем Новгороде — 41 рубль. Наше оборудование позволит получать эти гранулы на месте в Челябинске по 13 рублей.

А для их изготовления может пойти обычная офисная бумага, которую после использования мы выбрасываем, или гофротара. Нам удалось получить вату целлюлозную из продуктов с отрицательной стоимостью, в том числе из шпуль, на которые наматывается бумага. Это прекрасный исходный материал, который не горит, но который тоннами вывозят на свалку. И нам удалось превратить его в вату, из которой можно делать дороги.

Другой пример. У нас самая большая обувная фабрика «Юничел», откуда ежедневно возят на свалку целые КамАЗы ценного для нас сырья.

Еще один вид экзотического сырья — волос, который, кстати, гниет в земле около 50 лет и который мы можем превратить в вату. У нас тысячи парикмахерских, дающих примерно 50 тонн такого сырья в месяц с отрицательной стоимостью! Я советовался со священнослужителями по вопросам этики: если на пользу человеку, то почему бы нет? Или, например, такой вид сырья, как щетина, которую выбрасывают в огромных количествах и которую можно считать вечным продуктом.

Людмила Крамар: К сожалению, примеров использования некачественного сырья производителями немало. Оно нередко содержит примеси, снижающие показатели стойкости бетона. Разрабатывая новые технологии, мы тоже стремимся удешевить производство за счет использования побочных продуктов промышленности, и прежде всего более дешевых, но, безусловно, качественных отечественных классификаторов.

То, что предлагалось выше, вполне приемлемо. Щебеночно-асфальтовые мастики — это действительно отличное покрытие. Эти классификаторы созданы, чтобы способствовать торможению, распределению нагрузок (растягиваются). В результате использования такой микроарматуры движение на автостраде становится более безопасным, а само дорожное покрытие — более долговечным.

Испытывая на прочность

Два основных показателя качества дорог — прочность при изгибе и морозостойкость.

Борис Трофимов: Путем долгих исследований мы пришли к заключению, что два основных показателя качества дорог — это прочность при изгибе и морозостойкость. Мы их научились выдерживать достаточно высокими. Если сейчас по стандарту для дорожных аэродромных плит требуется прочность 3,5 мегапаскаля, то мы научились делать до 8 мегапаскалей. Если перевести на бытовой язык, то получается, что долговечность такого бетона может составить минимум четверть века! Морозостойкость обычных дорожных плит составляет 200. Это означает, что до начала ощутимой потери прочности материал может замерзнуть и оттаять не менее 200 раз.

У нас есть свой опыт: в 1996 году мы разрабатывали технологию строительства взлетной полосы в Баландино, реализовав эту технологию и в зимних условиях. То есть строительство велось при отрицательных температурах, до самого января. И когда мы эту технологию внедряли, то задействовали многие наши бетонные заводы в Челябинске и таким образом добились высокого качества бетона.

Полоса была построена в 1997 году. Прошло уже почти 20 лет, но она до сих пор демонстрирует отличные эксплуатационные качества и не нуждается в ремонте.

Причем на использовании данной технологии удалось даже сэкономить, поскольку взлетные полосы были построены не из сборных плит, а формовались прямо на площадке. Это целое научное направление, которое развивается в сторону создания высокоскоростных железнодорожных и автомобильных магистралей.

Кстати, нашу технологию строительства взлетной полосы использовали в Магнитогорске и Уфе. Работали мы и для соседнего Екатеринбурга.

У нас есть свои ноу-хау. Одно из них заключаются в том, что нужно вводить специальные компоненты, которые тормозят процессы старения бетона. К таким компонентам могут относиться доменный граншлак или зола. И именно эти компоненты обеспечивают долговечность бетона, повышенную стойкость к воде, к морозу. Этот очень важно, особенно в производстве сборного железобетона. При использовании граншлака морозостойкость выходила гораздо выше, чем на специальном цементе.

Каков возраст у дорог?

Даже сверхпрочные дороги не выдерживают интенсивного движения.

Борис Трофимов: Действительно, при большой интенсивности движения даже самые продвинутые асфальтобетонные покрытия выдерживают не более трех-пяти лет. Но уже сейчас становится очевидным, что дороги на основе полимербитумного асфальтового бетона могут быть достаточно долговечны, «доживая» до 20 и более лет.

Самые главные качества дороги — высокая проходная способность и высокая долговечность. Во всем мире для этих целей применяют железобетон, большей частью как основу. Из него делают и подстилающий слой, и сверху покрывают асфальтобетоном. Именно такой «пирог» проложен на дороге в Екатеринбург.

Людмила Крамар: Сегодня разрабатываются технологии по производству морозостойкого бетона с высокой прочностью при изгибе, который мог бы эксплуатироваться до 25 лет, однако одной из основных проблем по их применению является отсутствие спроса на такие материалы со стороны дорожно-строительных фирм.

Борис Трофимов: Можно сделать приличный асфальтобетон, который будет служить лет 10-12, а можно сделать железобетон, который развалится через два года.

Говорить о том, что новые разработки, которые ведутся на нашей кафедре, мирового уровня, было бы неэтично. Хотя бы потому, что условия эксплуатации в России значительно отличаются от тех, что в Европе, которая не знает наших морозов. США тоже находятся в иной климатической зоне. Ближе к нам Канада и Норвегия, но и там своя специфика.

И потому все наши разработки сориентированы на заказ, который предполагает конкретные материалы. Я сторонник того, чтобы материалы заранее готовились, так, как это делается во всем цивилизованном мире. Они должны быть тщательно промыты, высушены, после этого рассеяны по фракциям, пропорциональное соотношение которых обеспечивает наиболее плотную смесь. В этом случае расход вяжущего минимален. А ведь именно вяжущее является тем проблемным компонентом, который отвечает за долговечность, за прочность, за другие механические характеристики бетона и асфальтобетона. Делая такие заполнители, мы экономим на вяжущем и получаем двойной экономический эффект.

Сегодня в стенах ЮУрГУ работают не только над технологиями дорог 2016 года, но и над теми дорогами, которые проложат лет, скажем, через 20…

16.09.2019 | 15:42
Хлеб из биопечки. Сможет ли искусственная еда заменить натуральную

Можно ли сделать искусственную пищу из электричества, воздуха и воды? По мнению ученых, эта задача сегодня вполне решаема. К примеру, финские биотехнологи сообщили о прорывном открытии, позволяющем при помощи микроорганизмов производить муку «из ничего».

16.09.2019 | 14:33
Рожайте — поддержим. На какие пособия могут рассчитывать южноуральские семьи

С начала этого года значительно обновился перечень мер социальной поддержки для южноуральских семей с детьми. В рамках проекта «Демография» на эти цели предусмотрено около 2 мрд рублей.

10.09.2019 | 15:41
Челябинск простился с известным российским пушкиноведом Маей Рыжовой

Она ушла из жизни 7 сентября на 90-м году.

08.09.2019 | 17:03
В Челябинской области необходимо уделять внимание гуманитарной сфере

Известный историк Гаяз Самигулов считает, что в вопросах изучения истории власти должны расставлять нужные приоритеты.

Новости   
Спецпроекты