Портал «ДорИнфо» рассказывает о применении модификаторов при ремонте и строительстве автодорог в России
Растущие осевые нагрузки, скорость и трафик оказывают негативное влияние на полотно автомобильных дорог, что наряду с климатическими факторами ведет к интенсивному накоплению пластичных деформаций в жаркий период и образованию трещин в холодный. Как отмечают специалисты отрасли, реакция асфальтобетона на воздействия различного рода непосредственно связана с поведением вяжущего. Регулируя свойства вяжущего путем добавки различных модификаторов, можно менять физико-механические характеристики и структуру асфальтобетона в нужном направлении, тем самым улучшая эксплуатационные свойства материала. О том, как сегодня развивается рынок модификаторов в стране, в чем нюансы их использования, эксперты дорожной отрасли обсудили на конференции «Асфальтобетон 2024», которая прошла в феврале в Санкт-Петербурге. Подробнее – в материале «ДорИнфо».
Рынок модификаторов сегодня: что сдерживает развитие?
Заместитель генерального директора ООО «Новые технологии строительства» Олег Потапов в ходе своего выступления рассказал, какие компания видит предпосылки и сдерживающие факторы развития модификаторов, вводимого в асфальтобетонную смесь сухим способом. По его словам, на сегодняшний день данный рынок полностью сформировался.
«Наша компания располагает обширной базой мониторинговых исследований автомобильных дорог с применением не только собственных модификаторов на основе активного резинового порошка, но и референтных участков без модификации или с модификаторами других производителей. Мониторинговые исследования охватывают период с 2012 по настоящее время – это внушительный период для получения качественных статистических данных. Результаты имеют хорошую сходимость и говорят о том, что срок службы автодорог с применением модификаторов значительно выше, чем дорог, построенных на не модифицированном вяжущем»
Он отметил, что многие подрядные организации увидели преимущество применения модификаторов: с каждым годом на рынке появляются новые производители, и в целом рынок модификаторов растет. Основным драйвером роста модифицирующих вяжущих и модификаторов асфальтобетона является ввод в 2019-2020 годах новых стандартов на дороги, предъявляющих повышенные требования к асфальтобетонам и методам их испытания.
«При этом, по нашим оценкам, динамика роста модификаторов уступает рынку модифицированных вяжущих, так как существуют сдерживающие факторы, с которыми в том числе сталкивается и наша компания»
Спикер напомнил, что в июне 2021 года вышел отчет Счетной палаты о результатах экспертно-аналитического мероприятия «Анализ применения новых, экономически целесообразных, долговечных материалов и технологий при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог общего пользования в 2018-2020 годах». В отчете отражено, что созданию, совершенствованию и применению новых технологий и материалов в дорожном хозяйстве препятствует девять системных проблем.
Первая – отсутствие государственного органа, отвечающего за создание благоприятных условий для разработки новейших технологий и материалов и их последующего применения. Вторая – отсутствие планомерных и систематизированных отечественных фундаментальных и поисковых научных исследований (заимствование зарубежных исследований). Третья – отсутствие опытно-экспериментальных полигонов в различных природно-климатических зонах страны (игнорирование стадии опытно-конструкторских и опытно-технологических работ). Четвертая – отсутствие утвержденного порядка разработки и внедрения новых технологий и материалов для дорожного хозяйства с исчерпывающим перечнем необходимых документов и согласований. Пятая – исключение новых технологий и материалов из проектной документации по результатам государственной экспертизы (для снижения сметной стоимости строительства, а также в случае отсутствия документов национальной системы стандартизации при наличии СТО). Шестая – наличие проблем при включении новых материалов в федеральные (территориальные) сборники расценок на строительные материалы. Седьмая – негативное влияние ценового критерия при проведении закупочных процедур с требованиями применения новых технологий и материалов (инновации дороже традиционных технологий). Восьмая – отсутствие мониторинга результатов применения новых технологий и материалов с последующей оценкой их эффективности по качественным и количественным показателям. Девятая – несогласованность положений нормативных и методических документов, применяющихся в дорожном хозяйстве, а также наличие положений, препятствующих применению технологических решений и материалов.
«Отчасти мы были согласны с выводами в отчете и рады видеть, что на проблемы, с которыми сталкивается в том числе наша компания, обратили внимание коллеги из Счетной палаты. Позитивным моментом было то, что в отчете были даны рекомендации по устранению таких системных проблем. За прошедшее время что-то было решено, а что-то остается актуальным и на сегодняшний день»
Он назвал сдерживающие факторы развития рынка модификаторов асфальтобетона. Первое – это невозможность применения по методологии Superpave модификаторов асфальтобетона, вводимых в асфальтобетонную смесь сухим способом. По словам выступающего, существующие стандарты не предусматривают применение модификаторов асфальтобетона, вводимых в АБС сухим способом, а требования по растворимости 99 % и размер дискретных частиц 250 мкм делают невозможным применение других модификаторов или полимеров, отличных от СБС. В этой связи спикер предложил внести в ГОСТ Р 58401.1 и ГОСТ Р 58401.2 пункт, допускающий применение добавок и модификаторов асфальтобетона и битумных вяжущих, в том числе по ГОСТ Р 55419, по аналогии как это сделано в ГОСТах по методологии Маршалла. Либо второй вариант: предусмотреть в ГОСТ Р 58401.1 и ГОСТ Р 58401.2 возможность расширения диапазона PG за счет применения модификаторов, вводимых в асфальтобетонную смесь сухим способом. При этом необходимое количество модификатора и его влияние на диапазон PG каждый производитель модификатора должен определять самостоятельно и указывать в нормативно-технической документации изготовителя.
Второй сдерживающий фактор – требование каждого заказчика заново подтверждать эффективность и заявленные свойства продукции. «С одной стороны, процедура согласования стандартов ФДА и включение в реестр новых и наилучших технологий ФАУ «РОСДОРНИИ» позволяет отсечь некачественную продукцию или просто мошенников, что является позитивным моментом. С другой стороны, это не дает какого-либо преимущества для тех продуктов, которые уже получили согласование СТО и включены в реестр. Как правило, для каждого нового заказчика нам приходится доказывать заявленные показатели и эффективность продукции заново», - сказал спикер.
Третий тормозящий фактор – сложность включения в проектно-сметную документацию по новым ГОСТам (отметим, что эта проблема была упомянута и в отчете Счетной палаты). По словам спикера, проектные институты не закладывают в проектную документацию отдельные модификаторы асфальтобетона, а указывается готовая асфальтобетонная смесь. При этом в старых ГОСТах были указаны смеси с модификаторами. На сегодняшний день в классификаторе строительных ресурсов отсутствуют смеси с модификаторами асфальтобетона по новым ГОСТам.
Еще один фактор – отсутствие мер государственной поддержки. «Модификаторы асфальтобетона на основе активного резинового порошка одновременно решают две достаточно важные государственные задачи: с одной стороны, повышают качество и долговечность автомобильных дорог, с другой – стимулируют сбор и переработку утильных шин. Конечно, хотелось бы для развития и популяризации данного проекта получить ощутимые меры господдержки. Мы с надеждой и оптимизмом восприняли подписание в декабре 2021 года меморандума о сотрудничестве Росавтодора и ППК РЭО (Российский экологический оператор). Наша компания принимала активное участие в предоставлении необходимых данных, дискуссиях и обсуждениях в рамках исполнения дорожной карты меморандума. Несмотря на все предпринятые усилия, данная инициатива пока не дала ровным счетом ничего для развития рынка модификаторов, но идея была хорошая», - сказал Олег Потапов.
Пятый фактор – проектные продажи модификаторов. Выступающий отметил, что все перечисленные проблемы затрудняют развитие рынка модификаторов. Для продвижения продукции приходится убеждать всех участников любого нового дорожного проекта: заказчиков, проектные институты, подрядчиков и субподрядчиков не только в эффективности модификаторов, но и в легальности применения. В ряде случаев приходится убеждать и представителей ФАУ «Главгосэкспертиза» в целесообразности включения модификаторов в проекты.
«Такой подход делает цикл внедрения модификаторов для каждого нового заказчика протяженностью около двух лет и требует значительных финансовых затрат. Это сильно тормозит развитие рынка модификаторов и делает высоким порог входа в бизнес»
Он попросил включить в резолюцию несколько пунктов. Представитель компании предложил Техническому комитету по стандартизации №418 «Дорожное хозяйство» вернуться к рассмотрению возможности применения по методологии Superpave модификаторов, вводимых в асфальтобетонную смесь сухим способом. Министерству строительства России и ФАУ «Главгосэкспертиза» - проработать механизм включения модификаторов асфальтобетона в проектно-сметную документацию по новым ГОСТам в рамках ресурсного метода составления смет. А Росавтодор и ППК РЭО попросил актуализировать и продолжить работу в рамках меморандума о взаимодействии в части модификаторов асфальтобетона.
Преимущества использования модификаторов «сухого» ввода
Добавки в дорожном строительстве можно разделить на два вида по способу их ввода в асфальтобетон: «сухого» и «мокрого» типа. Руководитель отдела продаж ООО «Пласткор» Анна Симановская назвала преимущества технологии «сухого» модифицирования смесей. По ее словам, за счет прямого ввода модификаторов в АСУ исключаются сложности работы с ПБВ или PG. Кроме того, при «сухом» вводе сокращаются временные издержки на лабораторный контроль поступающего модифицированного вяжущего, исключается емкостной парк для хранения, снижается углеродный индекс и экологическая нагрузка на окружающую среду, оказывается меньший вред для трудового персонала. Кроме того, «сухой» метод прост в переработке и может применяться на любом АБЗ. Еще одно преимущество – экономическая эффективность за счет снижения внутренних расходов предприятия (энергетических, трудовых, складских).
Также спикер отметила, что выделяют два типа действия в вяжущем или смеси при взаимодействии компонентов: межмолекулярное взаимодействие и химическое взаимодействие (когда есть связующие агенты).
«Суть метода модифицирования асфальтобетонной смеси (не отдельных компонентов, например, битума) заключается в создании полярной взаимосвязи молекул. Иными словами, это полимерный сплав. В химии это – связать не связываемое. Грубо говоря, это тогда, когда щебень, битум и добавка больше не растворятся, не отделятся друг от друга, а станут очень эффективной асфальтобетонной смесью с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Добавки химического действия позволяют придать асфальтобетонной смеси однородность, повышается ее удобоукладываемость, улучшаются свойства битума, а также повышается износостойкость»
Процесс «химического армирования» асфальтобетонной смеси выглядит следующим образом: сначала минеральные материалы (нагретые) и полимерные модификаторы дозируют в АСУ и перемешивают для диспергирования сухих компонентов около 5-10 секунд. Далее – сливается битум, и именно в этот момент происходит кристаллизация: минеральные материалы и полимерные модификаторы создают точки кристаллизации в битуме. Следующим этапом компоненты модификатора взаимодействуют со структурообразующей фазой сополимера битума, образуя «зародыши» пространственной сетки в вяжущем, после чего специально подготовленный мелкодисперсный алюминий создает металлическую сшивку (армирующую сетку), взаимодействуя с природными карбонатами. Далее асфальтобетонная смесь наполняется волокном различной структуры (происходит химическое связывание целлюлозы), повышается адгезия.
На данный момент на российском рынке такие модификаторы представлены компанией «ПРОполимер»: два базовых – универсальный для горячих асфальтобетонных смесей и комплексный (модифицирующая и стабилизирующая добавка) для ЩМА смесей. Еще один – комплексный (для литого асфальтобетона).
Спикер назвала функциональные преимущества полимерных модификаторов для горячих и ЩМА асфальтобетонных смесей: они увеличивают срок службы дорожного покрытия, выступают как альтернатива ПБВ и PG с улучшением качества полотна, эффективны как в верхних, так и в нижних слоях, сохраняют износостойкость исходного битума, снижают сырьевую себестоимость и производственные затраты, удобны в транспортировке и хранении, имеют малую дозировку, выдерживают температурный градиент от -60 до + 80 градусов по Цельсию.
Преимущества комплексных полимерных модификаторов для литых асфальтобетонов следующие: глубина вдавливания штампа при температуре 40 градусов меньше нормы по ГОСТ Р 54401-2020 на 28 %, они выступают как альтернатива СБС, имеют более доступную стоимость, позволяют нагревать смесь до +220-250 градусов по Цельсию, придают однородность структуре, имеют выраженный насыщенный цвет дорожного покрытия, снижают шумность покрытия, повышают сцепление колес с покрытием, снижают аварийность, повышают удобоукладываемость смеси.
«Самый главный элемент – это улучшение эксплуатационных характеристик дорожного полотна – это априори. <…> Но стоит сказать и про экономику. К примеру, при замене стандартной рецептуры производства смеси на ПБВ на обычный битум БНД 70/100 плюс полимер МА 123 - получаем экономию порядка 17 %. Это по ценам на 24 января»
Несмотря на сложности с документарным оформлением, компания ООО «Пласткор» успешно применяет добавки на территории России. Со слов Анны Симановской, модифицированные асфальтобетоны были использованы при строительстве обхода города Тольятти с мостом через реку Волга в Самарской области, при капитальном ремонте дороги «Елабуга - Лекарево - Большие Армалы» с 0-го по 3-й км в Елабужском районе Республики Татарстан, при обновлении дороги «Павлово - Сосновское - Лесуново - Мухтолово - Саконы» с 38-го по 39-й км в Нижегородской области, а также при устройстве нижнего и верхнего слоев покрытия на пункте весового контроля на въезде в Обнинск Калужской области.
«Все эти объекты имеют подтверждения в виде протоколов, заключений, официальных бумаг и документов. Соответственно, есть способы, как это делать, но это достаточно проблематично и занимает огромную часть времени. Вместо того, чтобы разрабатывать новый продукт или эффективно его внедрять, мы занимаемся бумажной волокитой»
Испытания модификаторов «сухого» ввода
Руководитель группы исследования строительных материалов Центральной лаборатории АО «ВАД» Денис Колесник в своем выступлении рассказал, как проверить работу модификатора «сухого» ввода. Первый способ – оценить свойства асфальтобетона без учета изменений свойств битумного вяжущего (стандарт на асфальтобетонную смесь ГОСТ Р 58406 позволяет это сделать). Второй – провести испытание модифицированного битумного вяжущего (асфальтовяжущее), где при первоначальном подборе через вяжущее рекомендуется снижать дозировку примерно в два раза от рекомендаций производителя. По словам спикера, при испытании модифицированного битумного вяжущего важно обращать внимание на разные характеристики. Одна их них – динамическая вязкость. Это рекомендуемый параметр ГОСТ Р 58400.1-2019, он должен находиться в пределах 3 Паскаль в секунду. Данный параметр влияет на технологические свойства асфальтобетонной смеси: слишком высокая вязкость опасна быстрой стабилизацией смеси и может привести к проблемам при укладке и уплотнении. Одна из самых важных характеристик – критическая высокая температура. Испытания материала проводят при помощи реометра DSR, который имитирует проезд колеса автомобиля со скоростью 50-60 км/ч.
«Еще один интересный параметр – фазовый угол, на который редко обращают внимание. Он фактически показывает соотношение упругой и вязкой составляющей. Мы можем понять, за счет чего у нас происходит модификация. Ориентир здесь – 75 градусов. Чем меньше фазовый угол, тем более упругое битумное вяжущее»
Следующая характеристика – усталостная устойчивость вяжущего. Испытание проводят методом LAS-теста, который позволяет сравнить битумные вяжущие и асфальтовяжущее по количеству циклов до разрушения при заданной деформации, показывает долговечность при усталостной деформации. Спикер отметил, что данная методика позволяет работать не только с чистыми и модифицированными битумными вяжущими, но и с асфальтовяжущими. Например, возможно оценить влияние стабилизирующей добавки на вяжущее в ЩМА.
Еще один параметр – критическая низкая температура. «На данный момент это испытание является тестом, который определяет и гарантирует нам температурную трещиностойкость асфальтобетона. Проверка модификатора необходима в любом случае, поскольку в стандарте на асфальтобетон отсутствует метод испытания на низкотемпературную трещиностойкость», - отметил представитель АО «ВАД».
По его словам, были проведены разные методы испытания на трещиностойкость. В итоге специалисты пришли к выводу, что самым перспективным, эффективным и чувствительным является определение через непрямое напряжение. Испытание проводится при средних температурах 20-25 градусов по Цельсию на цилиндрических образцах с определением СТ-индекса через энергию разрушения. Метод имеет хорошую взаимосвязь с фактическими полевыми результатами, используется для сбалансированного проектирования асфальтобетонных смесей.
«Коллеги, есть такое предложение: продумать, рассмотреть и внести дополнения в стандарт на объемной-функциональный метод, чтобы там была возможность использовать модификаторы «сухого» ввода. Все-таки это перспективное направление, за такими гибридными добавками наше будущее»
Напомним, в этом году конференция «Асфальтобетон 2024» прошла в пятый раз. В течение двух дней более 300 специалистов дорожной отрасли обсудили ряд вопросов, касающихся развития асфальтобетона в России, в частности, подняли тему применения литого асфальтобетона, поговорили о проблемах при проектировании автодорог и исследованиях в области асфальтобетонных смесей. По итогам мероприятия сформирована резолюция с актуальными предложениями для развития дорожно-транспортного комплекса.
