Материал «ДорИнфо» о современных и инновационных технологиях, применяемых в дорожной сфере
Дорожная отрасль не стоит на месте и стабильно развивается во всем мире. Специалисты отрасли разрабатывают новые технологии приготовления асфальтобетона с минимальным ущербом для окружающей среды, придумывают методы повторного использования асфальтобетона, а также ищут способы, как полностью избавиться от снега на дорогах в зимний период для обеспечения безопасности движения и сохранности трасс. О том, какие современные технологии и методы применяются сегодня в дорожной сфере - в материале портала «ДорИнфо».
Взгляд в будущее: «зеленые» технологии в дорожном строительстве
На конференции «Асфальтобетон 2021», которая прошла в Санкт-Петербурге в конце марта, выступила заместитель директора по качеству ОАО «АБЗ-1» Наталья Майданова: она рассказала о «зеленых» технологиях в дорожном строительстве. Это такие технологии, которые являются экологически безвредными либо менее вредными по сравнению с традиционными способами производства.
«Зеленые» технологии, во-первых, способствуют устойчивому развитию, предотвращая истощение ресурсов. Во-вторых, позволяют производить продукцию, которая впоследствии может быть переработана, восстановлена или повторно использована. В-третьих, позволяют уменьшить загрязнение окружающей среды, повысив ресурсоэффективность производства. В-четвертых, при использовании «зеленых» технологий можно применить инновации, которые позволяют заменить старые способы производства энергии, наносящие ущерб окружающей среде. И, наконец, они способствуют экономическому развитию.
Если говорить о предпосылках возникновения «зеленых технологий», то все началось примерно в 90-х годах прошлого столетия, когда весь мир озаботился проблемой глобального потепления. Тогда все развитые и развивающиеся страны приняли документ «Рамочная конвенция ООН об изменении климата», а в декабре 1997 года было принято международное соглашение (дополнительный документ к конвенции), которое обязало развитые страны и государства с переходной экономикой сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов по сравнению с 1990 годом, тогда страны начали вести отчеты по замерам СО2 (углекислый газ).
В ноябре 2015 года конвенция была пересмотрена на Климатическом саммите в Париже. Президент РФ Владимир Путин на этом саммите пообещал, что наша страна вольется в это направление по снижению выбросов. В ноябре 2020 года Указом Президента РФ № 666 было принято решение о необходимости сокращения к 2030 году выбросов парниковых газов до 70 % относительно уровня 1990 года и разработке «Стратегии социально-экономического развития РФ с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года». Эту стратегию планируют принять в 2021 году.
«Мы только начинаем этим заниматься, поэтому нам нужно сделать так, чтобы в нашей отрасли мы применяли только все наилучшее, что касается этого вопроса. Важно, чтобы не было допущено много ошибок, которые приведут к потерям, в том числе финансовым и репутационным», - отметила Наталья Майданова.
На этапах жизненного цикла дороги учитываются не только выбросы углекислого газа, но и другие факторы. Например, замеры коэффициента ПАУ (полициклические ароматические углероды), которые возникают на всех этапах строительства, начиная от добычи ресурсов, из которых делаются материалы, а также учитываются выбросы вредных металлов, уровень шума и вибраций, контроль поверхностных и грунтовых вод и почвы. «При проектировании изначально должны закладываться технологии, которые в пролонгированном контрактом жизненном цикле дороги приведут к снижению СО2. И если этого нет, то экспертиза не пропускает проекты», - отметила Наталья Майданова.
Виды «зеленых» асфальтобетонов
На сегодняшний день существует несколько видов «зеленых» асфальтобетонных смесей. Первый - это «теплые» асфальтобетоны: технология, позволяющая понижать рабочие температуры на 25-30 %. Наталья Майданова отметила, что снижение температур, а также уплотнение асфальтобетонных смесей при использовании данной технологии позволяет снизить углеродный след продукта. «Теплые» асфальтобетоны можно реализовать разными способами. Первый - с использованием специальных добавок, второй - при помощи вспенивания. Цель технологических решений - снижение поверхностного натяжения в асфальтобетонных смесях. Главное условие, которое прописывается всеми мировыми исследователями, - «теплые» асфальтобетонные смеси должны безусловно соответствовать по показателям качества горячим смесям по ГОСТ.
«Как же снижается это поверхностное натяжение? Химические добавки, при помощи которых можно произвести асфальтобетонные смеси, содержат молекулы ПАВ - поверхностно-активные вещества. ПАВ - это мудрые и интересные продукты, которые, попадая в асфальтобетонную смесь, решают задачи, в первую очередь, адгезии», - подчеркнула спикер.
Так, при покрытии щебня излишки молекул ПАВ образуют мицеллы внутри смеси, которые обладают низкой вязкостью. Мицеллы могут деформироваться при уплотнении катками и создают плоскости скольжения, благодаря которым компоненты смесей способны уплотниться при пониженных температурах. Примерно то же самое происходит, когда вспенивают битум - получается пористый и объемный материал с большим количеством микропузырьков. Когда такая асфальтобетонная смесь на вспененном битуме начинает замешиваться в асфальтосмесительной установке, сначала происходит обволакивание, и затем уже часть воды в асфальтосмесительной установке улетучивается, а часть - едет на объект. И уже на объекте при уплотнении вода также частично выходит на поверхность через поры. За счет воздушных пузырьков асфальтобетонная смесь, как на шарнирах, остается подвижной и способной уплотняться при пониженных температурах.
«Я нашла очень много информации про «теплые» асфальтобетонные смеси с использованием восков. И есть предостережения о том, что воска тоже работают как внутренняя смазка в асфальтобетонной смеси, но воска имеют немного другую химическую структуру. Они в свободном битуме образуют зоны кристаллизации, которые оказывают влияние на низкотемпературное растрескивание», - отметила спикер.
Следующий вид - применение восстанавливающих добавок в асфальтобетонных смесях RAP. По словам Натальи Майдановой, ОАО «АБЗ-1» проводило исследование по асфальтобетонным смесям с использованием переработанного вторичного асфальтобетона - эти работы проводятся в рамках проекта ReLife в исследовательском центре компании. Задачей этого года было подобрать оптимальную дозировку восстанавливающей добавки в асфальтобетонных смесях, адаптировать их применительно к используемым технологиям, а также определить минимальный процент этой добавки.
«За базу мы взяли мелкозернистую асфальтобетонную смесь марки А с разным количеством RAPa - 40 %, 50 % и 60%. После проведения лабораторных исследований, также провели промышленные исследования с разным содержанием восстанавливающих добавок. Перед нами стояла задача - выбрать восстанавливающую добавку, и на это ушло длительное время. <…> В конечном итоге, мы пришли к тому, что содержание восстанавливающей добавки и 4 %, и 5 %, и 6 % - все это работает, но вполне достаточно 4 % восстанавливающей добавки для того, чтобы асфальтобетонные смеси, производимые с RAP, по своим физико-механическим свойствам соответствовали асфальтобетонным смесям, как будто бы они приготовлены на чистых материалах», - рассказала Наталья Майданова.
Она добавила, что в Японии было проведено исследование по количеству выбросов СО2, в ходе которого специалисты рассмотрели две альтернативные технологии при устройстве дорожного покрытия. Первая технология - с использованием новых материалов, вторая - 100 % использование RAP при укладке трех слоев (15 см + 6 см + 4 см). Замеры проводили и рассчитывали на 7 тыс. кв. метров, то есть на 1 км двухполосной дороги. Результаты получились такие: общее количество выбросов СО2 на традиционной асфальтобетонной смеси из новых материалов составило более 879 тыс. кг на 1 квадратный метр, а по альтернативной технологии с RAP - свыше 539 кг на 1 квадратный метр, то есть снижение выбросов углекислого газа происходит почти на 50 %.
«Это именно та количественная оценка, которую мы ищем для себя, когда хотим доказать, что наша технология более экологична. Все подразумевают что, и «теплые» смеси, и смеси с RAPом - это «зеленые» технологии, но нам нужны какие-то инструменты для того, чтобы можно было это доказывать на государственном уровне, чтобы страна понимала, что дорожная отрасль движется в правильном направлении», - отметила спикер.
Следующий вид «зеленого» асфальтобетона - асфальтобетонная смесь с пониженным уровнем шума. По словам Натальи Майдановой, существует технический регламент на транспортные средства, где указаны нормативы по уровню шума, который должен исходить от движущегося транспорта, - это 94 дБ. Но ни одни высокоскоростные магистрали, на которых верхний слой выполнен из ЩМА-15 или из ЩМА-20, при существующем скоростном режиме не выдерживают эти нормативы. «Важно отметить, что мир идет по пути устройства шумопоглощающих экранов, чтобы тот шум, который возникает от движения транспортного потока не просто отражался и переотражался, а так, чтобы он частично хотя бы поглощался», - отметила спикер.
В России пока нет методики лабораторной оценки шумопоглащения асфальтобетона и замера уровня шума на движущемся транспорте. Те методики, которые ГОСТированы, позволяют измерять общий шум от движущегося потока, на который накладывается шум от города, отраженный шум от защитных экранов. В связи с этим Наталья Майданова считает, что России нужен соответствующий нормативный документ и оборудование, которое позволяло бы точно производить замеры шума.
Еще одно направление - инновационные смеси со свойствами радиопоглощения, которые защищают от электромагнитного смога. По определению электромагнитный смог - это загрязнение среды обитания человека неионизирующими излучениями от устройств, использующих, передающих и генерирующих электромагнитную энергию и возникающие из-за несовершенства техники и/или нерационального ее применения. В 1995 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила термин «Глобальное электромагнитное загрязнение окружающей среды» в перечень проблем, приоритетных для человека.
По словам Натальи Майдановой, для радиопоглощающих асфальтобетонов используют специальные добавки и определенные виды каменных материалов. Свойства такого асфальтобетона проектируются по требованию заказчика. «Эти асфальтобетонные смеси способны размягчаться, разогреваясь равномерно по объему под действием СВЧ поля, что обеспечивает возможность быстрого восстановления поврежденных участков поверхности дороги или аэродрома, защищают от вредного воздействия электромагнитных излучений, превращая их энергию в тепловую, без переотражения, а также позволяют осуществить стерилизацию поверхности дороги воздействием СВЧ поля, потому что там сразу убиваются все бактерии, что тоже очень актуально», - рассказала спикер.
Технологии повторного использования асфальтобетонных покрытий
В ходе конференции «Асфальтобетон 2021» выступил заместитель генерального директора ООО «АСТЕХ Индастриз» Николай Крупин, который рассказал о современных методах защиты и повторного использования асфальтобетонных покрытий.
В дорожном строительстве широко используется индекс PCI (Индекс состояния дорожного покрытия). Он представляет собой числовой индекс от 0 до 100, который применяют для обозначения состояния определенного участка дорожного покрытия, где 0-10 - это разрушенное состояние, 10-25 - имеются серьезные повреждения, 25-40 - очень плохое, 40-55 - плохое, 55-70 - посредственное, 70-85 - удовлетворительное, 85-100 – отличное состояние. Соответственно в зависимости от индекса для повторной переработки покрытия выбирается одна из пяти основных технологий: фрезерование, горячий ресайклинг, холодный ресайклинг на месте, регенерация на полную глубину и холодный ресайклинг на заводе.
Фрезерование (используется при индексе PCI от 1 до 100) - удаление поверхности существующего покрытия на желаемую глубину или с требуемым поперечным уклоном с помощью специального разработанного оборудования. «Данная технология восстанавливает ровность дорожного покрытия, исправляет проблемы с продольным уклоном и поперечным уклоном, восстанавливает коэффициент сцепления дорожного покрытия, служит подготовкой поверхности для других методов содержания или ремонта», - отметил Николай Крупин.
Преимущества данной технологии: экономия до 60 % на АБЗ и до 100 % на других технологиях за счет создания RAP для повторного использования существующих материалов, а также этот метод экономит время, сохраняя ограждения и путепроводы на прежней высоте по отношению к проезжей части, устраняя необходимость в регулировке их высоты.
Следующий вид - горячий ресайклинг на месте (ГРнМ), который используется при индексе PCI от 60 до 100. Представляет из себя метод защиты и корректирующего содержания дорожного покрытия на месте, который в сочетании с асфальтобетонным покрытием может быть классифицирован как капитальный ремонт. ГРнМ состоит из трех подвидов: ресайклинг, ремиксинг и репейвинг. «Все подвиды включают нагрев, размягчение, рыхление или горячее фрезерование, перемешивание, укладку и уплотнение существующего покрытия. Также для улучшения характеристик переработанного покрытия могут быть использованы омолаживающие агенты и добавки», - добавил спикер.
Плюсы ГРнМ заключаются в том, что этот метод увеличивает срок службы покрытия на 7-15 лет, он на 20-40 % экономически выгоднее по сравнению с традиционными методами ремонта, также здесь используется 100 % существующих материалов.
Холодный ресайклинг на месте (ХРнМ) используется при индексе PCI от 0 до 70. Это экономичная, долговечная и более экологичная альтернатива традиционным методам содержания и ремонта. В процессе работы дорожники отфрезеровывают и перерабатывают слой асфальтобетона толщиной от 5 до 13 см с использованием непрерывно работающего поезда, включающего несколько машин. Благодаря полному повторному использованию существующего материала, ХРнМ значительно сокращает автомобильные перевозки, время и природные ресурсы, что снижает стоимость проекта. Эта технология увеличивает срок службы дорожного покрытия на 15-20 лет (в сочетании с соответствующим верхним слоем).
Еще один вид - холодный ресайклинг на заводе (ХРнЗ), который применяют при индексе PCI от 0 до 100. Это процесс, при котором переработка асфальтобетона происходит с использованием стационарного завода по производству холодных смесей и существующего складского запаса RAP. Николай Крупин добавил, что методы ХРнЗ также подходят, когда существующее покрытие не может быть переработано на месте по логистическим причинам или должно быть удалено для обработки лежащих в основании материалов. Смеси ХРнЗ могут быть разработаны для немедленного использования в слоях покрытия или предназначены для складирования и последующего использования.
Регенерация на полную глубину (РнПГ) используется при индексе PCI от 0 до 60. Ее считают экономичной, долговечной альтернативой стандартным методам капитального ремонта. При РнПГ вся толщина асфальтобетонного покрытия и определенная часть нижележащих материалов равномерно измельчаются и смешиваются для получения улучшенного гомогенного материала, при этом восстановленные материалы могут быть улучшены и усилены с помощью механической, химической или битумной стабилизации. РнПГ подходит не только для дорог в плохом состоянии, это также жизнеспособная технология для увеличения несущей способности конструкции дорожной одежды, находящейся в хорошем состоянии. Плюсы данной технологии заключаются в том, что срок службы дорожной конструкции увеличивается до 25 лет, этот метод на 40-80 % дешевле, чем традиционные методы ремонта и капремонта, также при использовании этой технологии применяется 100 % существующих материалов.
Для защиты асфальтобетонных покрытий используются слои износа или защитные слои, которые также укладывают по разным технологиям. По словам Николая Крупина, на сегодняшний день есть несколько таких технологий, которые зарекомендовали себя, в их числе Fog Seal, Cape Seal, Тонкий слой ГАС, Омолаживающий Fog Seal, Micro Surfacing, Slurry Seal, ЗВС с минеральным заполнителем, Scrub Seal, Chip Seal и Crack Seal.
Новый взгляд на зимнее содержание дорог
Для сохранения дорожного покрытия используют не только защитные слои и новые технологии приготовления и использования асфальтобетона. Так, израильская компания SAN Hitech разработала снегоплавильную систему Snowless, которая позволяет в зимний период избавляться от снега на дорогах, что благоприятно влияет не только на асфальтобетонное покрытие, но и на уровень безопасности. Подробнее о технологии рассказали менеджер по развитию бизнеса в компании Snowless Дима Мотэл и представитель компании SAN Hitech Йонатан Элимелех Де-Вольфф - они в онлайн-формате выступили на конференции «PRO битум и ПБВ», которая прошла в Санкт-Петербурге 8-9 апреля.
«Технология Snowless задает сейчас новые стандарты безопасности, потому что это автономная оперативная снегоплавильная система. <…> Снег и лед приводят к серьезным потерям, затратам, рискам для всех категорий участников дорожного движения. 530 млн евро в день - это цена задержек движения транспорта из-за зимних погодных условий в одной только Великобритании, можете представить себе, какие бы были цифры для России, и, в частности, для Санкт-Петербурга», - подчеркнул Дима Мотэл.
Он добавил, что существующие способы ликвидации снега - неудовлетворительные. Чаще всего во всем мире от выпавших осадков избавляются традиционными уборочными машинами, но этот метод неавтоматизированный, неэкологичный и неэффективный.
Как подчеркнул Дима Мотэл, технология Snowless кардинально меняет ситуацию в дорожной сфере в зимние месяцы: улучшает стандарты безопасности и позволят развивать устойчивую систему дорожной инфраструктуры. Эта технология базируется на применении специализированных элементов подогрева - они интегрируются практически бесшовно в дорожную одежду, контролируются предиктивным моделированием с помощью погодного анализа и защищают от трещин. Такая система может применяться на любом дорожном покрытии.
«Мы просчитали и создали таблицу, в которой отражается энергопотребление на 1 квадратный метр смонтированной системы на ожидаемые снеговые нагрузки. Наша система будет динамически адаптироваться, выдавая оптимальное энергопотребление на каждый квадратный метр, исходя из погодных условий. Для этого созданы и применяются специальные алгоритмы, анализирующие количество снеговых осадков в режиме практически реального времени. <…> Например, по очень интенсивному снегопаду - около 3 мм/ч - расчетное максимальное потребление составляет 360 Ватт на 1 квадратный метр», - рассказал представитель компании.
Стоимость такой установки зависит от конкретного региона и от ожидаемой интенсивности подогрева. Кроме того, нужно учитывать то, каким образом будет осуществляться контроль за системой - это либо анализ изображения, либо встраивание в дорожное полотно специальных сенсоров. В среднем цена установки варьируется где-то от 150 до 200 евро за 1 квадратный метр.
По словам представителей израильской компании, систему Snowless начали устанавливать 1,5 года назад - она появилась на не очень интенсивной дороге, по которой проходит тяжелая техника. «Мы даем гарантию минимум десять лет в системе дорожной одежды. Исходя из всех испытаний, которые мы провели и в лабораторных условиях, и по эмпирическим данным, мы не видим, что наша система каким-то образом повреждается, если нет, конечно, каких-то естественных факторов повреждения. Но что касается поддержания в рабочем состоянии, то до тех пор, пока система находится в дорожной одежде, можно осуществлять обычный ремонт дорожного покрытия», - отметил спикер.
Что касается стыков обогреваемого и необогреваемого участков, то здесь зарубежные специалисты опираются на наличие надлежащей дренажной системы: важно быть уверенными в том, что вода, которая отводится через «дренажку», заново не замерзла, чтобы это не привело к образованию наледи.
Виктория Брылёва
