Применение нанотехнологий в дорожном строительстве в России

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ Романов П.С., Пантелова Х.М.

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ В РОССИИ

Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Ключевые слова: нанотехнологии, дорожное строительство.

Аннотация: В статье рассматриваются перспективные направления использования наноматериалов в качестве модификаторов дорожных покрытий. Представлен анализ основных направлений деятельности проектных компаний «РОСНАНО» по реализации программы «Инновационная дорога».

Keywords: nanotechnology, road construction.

Abstract: The article considers perspective directions of use of nanomaterials as modifiers of road surfaces. An analysis of the main activities of the project companies "ROSNANO" on realization of the program "Innovation road".

В настоящее время в мире наблюдается рост научного интереса к нанотехнологии, в том числе и в строительной индустрии. Современные научные исследования по повышению эффективности строительных материалов направлены не только на получение новых, но и на улучшение свойств уже известных материалов, например, за счет использования нанодисперсных компонентов. Введение наночастиц в качестве модификаторов позволяет значительно повысить прочностные характеристики различных материалов, их срок службы, устойчивость по отношению к внешним воздействиям, таким как колебания температуры и влажности, загрязнение атмосферного воздуха [1].

В развитых странах, таких как Япония, США, Франция, Германия, больше 30% строительных компаний внедряют нанотехнологии в производство. В России группа компаний «РОСНАНО» реализует государственную политику по развитию наноиндустрии. Одним из актуальных направлений деятельности проектных компаний «РОСНАНО» является внедрение нанотехнологической продукции в автодорожной отрасли в рамках пилотного проекта «Инновационная дорога». Актуальность проекта не вызывает сомнений: по данным

швейцарской неправительственной организации «World economic forum» по качеству дорог Россия находится на 123 месте в мире. Плохое качество дорог является следствием целого комплекса причин, таких как нарушение технологии строительства и правил перевозки грузов, использование дорожных покрытий, не соответствующих нормативу. Есть так же ряд сложностей связанных с климатическими условиями. В отличие от большинства европейских стран с относительно мягким климатом, для России характерны большие годовые колебания температур и количества осадков. Переувлажнение земляного полотна и дорожной одежды в осенний и весенний периоды, сменяющееся пересыханием в летний период, оттаивание и замерзание воды вызывает растрескивание дорожного покрытия. Кроме того, битум, являющийся основным связующим в асфальтобетонных дорожных покрытиях, при низких температурах начинает крошиться, а при высоких - плавиться под действием нагрузки. Таким образом, для значительного улучшения качества дорог в России недостаточно решения проблем контролянад выполнением нормативов при строительстве, требуется разработка и использование современных инновационных материалов и технологий. Пилотный проект «Инновационная дорога» ориентирован на энергоэффективность, экологичность, безопасность и увеличение срока службы дорожных покрытий в 2 - 3 раза [2].

Проектными компаниями «РОСНАНО» разработан целый ряд технологических решений для применения в дорожном строительстве.

Одним из направлений является разработка технологии и материалов для стабилизации грунтов. Реализацией проекта занимается фирма «КИНПРО - Систем» из Екатеринбурга. Изменение свойств почвы, снижение ее капиллярности происходит под действием двух компонентов: жидкий способствует удалению воды из грунта и тем самым создает условия высокого уплотнения при сжатии, а твердый нанополимерный материал набухает и препятствует проникновению как поверхностной воды, так и грунтовых вод, в капилляры основания. За счет совместного действия обоих компонентов частицы грунта при механическом уплотнении настолько сближаются друг с другом под давлением, что при этом происходит консолидация грунта, который превращается в монолит. Модуль упругости дорожного полотна при этом возрастает в 10 раз [3].

Технология стабилизации грунтов полифилизаторами разработана и компаниями OOO «Консолид.Рус» и ООО «МД - Системы». Готовые к употреблению стабилизаторы «ПГСЖ 1» + «ПГСП 3» или «ПГСЖ 1» + «ПГСБ 2» могут быть использованы при строительстве и

ремонте дорог и парковок.

Другим актуальным направлением является модификация асфальтобетонов. Синтетический битум, использующийся в качестве вяжущего при производстве асфальта, получается при переработке нефти. Поскольку современные технологии позволяют извлекать из нефти практически все жидкие углеводороды, битум получается сухим и невязким. В Институте химической физики им. Н. Н. Семенова РАН была разработана технология внесения в битум резиновой крошки, получаемой из автомобильных шин. Чтобы частицы резины не оказывались инородными и не выкрашивались из дорожного покрытия их измельчают в роторном диспергаторе, при этом происходит не только измельчение материала, но и частичнаядевулканизация резины, причем не только на поверхности всех частиц, но и по их глубине. В горячем битуме частицы резины самостоятельно распадаются на наноблоки, которые встраиваются в структуру асфальта. Можно вводить частицы резины в асфальтобетонную смесь и сухим способом. Модификация битума сопровождается увеличением пластичности, снижением температуры хрупкости, увеличением адгезии к минеральным составляющим. Разработчиком и изготовителем роторных диспергаторов является компания ООО «Новый каучук», а полученный продукт был назван модификатор «Унирем» [4].

Применение модификатора «Унирем» на участках трасс Москва -Санкт-Петербург и Москва - Витебск показало, что в среднем срок службы асфальта увеличивается на 30-50%, на 25-30% повышается сопротивление к образованию колеи, на 8 - 10% снижается шумность дорожного покрытия. Введение мельчайшей резиновой крошки в асфальтобетон позволяет также «гасить» трещины. Кроме того, использование старых автомобильных шин при производстве асфальтобетонов позволит решить и экологическую проблему: в России на сегодняшний день перерабатывается порядка 10% старых покрышек, а ежегодный объем амортизации шин превышает 1,5 млн тонн и к 2030 году увеличится вдвое.

Еще один способ модификации асфальтобетонов был предложен компанией ООО «Компания Би Эй Ви». Для улучшения физико-механических характеристик дорожного покрытия используется дисперсное армирование крученым волокном из мононитейполипропилена. Асфальтобетон с добавлением композиционного волокна был протестирован в различных климатических условиях на трассах в Санкт-Петербурге, Иваново, на Камчатке. Было установлено, что срок службы дорожного полотна с модификатором увеличивается в 2 раза, а средняя глубина колеи и

скорость образования колеи уменьшаются в 2 раза, кроме того улучшается сцепление с дорогой, увеличивается трещиностойкость и прочность.

Группа компаний «РУСКОМПОЗИТ» разработала технологию производства лёгких полимерных плит линейки «МДП-МОБИСТЕК-ЭКО» и плит «МОБИСТЕК» классического образца с внесением в верхний защитный слой наносиликатной добавки марки «Монамент» (выпускаемой проектной компанией «РОСНАНО» - производственной компанией «Метаклэй»). Наносиликатная добавка улучшает показатели адгезии к другим слоям и снижает абразивный износ поверхностного слоя. Полимерные плиты марки «МОБИСТЕК» используются при возведении временных дорог, они выдерживают до 80 тонн веса, пригодны для работы и проезда гусеничной техники, применяются в зоне вечной мерзлоты, на болотах. Основными потребителями плит «МОБИСТЕК» являются строители нефтегазотранспортных и добывающих объектов, расположенных в труднодоступных для техники местах с суровыми климатическими и ландшафтными условиями. В частности, эти плиты используются при строительстве Восточного и Западного коридоров газопровода «Южный поток».

Таким образом, применение нанотехнологической продукции в автодорожной отрасли позволяет значительно повысить прочностные характеристики дорожных покрытий, их срок службы, устойчивость по отношению к внешним воздействиям, таким как колебания температуры и влажности, а так же решить ряд экологических проблем за счет рециклинга материалов и долговечности получаемых покрытий [5-6].

Список литературы

1. Клюев С.В. Применение композиционных вяжущих для производства фибробетонов // Технологии бетонов. 2012. № 1-2 (6667). С. 56-57.

2. Клюев С.В., Авилова Е.Н. Бетон для строительства оснований автомобильных дорог на основе сланцевого щебня // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013. № 2. С. 38-41.

3. Клюев С.В., Клюев А.В. Исследование физико-механических свойств композиционных вяжущих // Успехи современной науки. 2015. №1. С. 21-24.

4. Клюев С.В., Клюев А.В. Техногенное сырье - эффективный заполнитель для фибробетонов // Успехи современной науки. 2015. № 1. С. 33-35.

5. Романов П.С., Романова И.П. Рециклинг отходов металлургической промышленности как способ сбережения природных ресурсов и снижения экологической напряженности // Синергия. 2016. № 2. С. 94-99.

6. Романов П.С., Романова И.П. Возможности использования плазменных технологий для переработки конвертерных шлаков // Синергия. 2016. № 3. С. 95-100.

Шабданов М.Д.

ОЦЕНКА ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ АРМАТУР В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Ошский технологический университет

Ключевые слова: рабочая арматура, обследование конструкций, защитный слой, диаметр и класс, погрешность, профиль.

Аннотация: Рассмотрены основные задачи по определению параметров арматуры железобетонных конструкций при их обследовании. Проанализированы основные известные пути решения указанных задач. Показаны наиболее достоверные и точные методы определения параметров арматуры. Экспериментально выявлена величина погрешности, сопровождающая магнитный метод контроля при определении диаметра арматуры и защитного слоя бетона.

Keywords: working fittings, inspections of designs, protective layer, diameter and class, error, profile.

Abstract: The paper deals with the main problem of reinforcement parameters determination of concrete structures in the inspection. The basic well-known tracks of a solution to this problem are analyzed. The most reliable and accurate methods of reinforcement parameters determination are revealed. The magnitude of error of the magnetic inspection method in the determination of the diameter of reinforcement and the coverage is experimentally detected.

При детальном обследовании несущих конструкций из любых строительных материалов одной из главных задач является получение первичных данных для выполнения проверочных расчетов. Для железобетонных конструкций наиболее трудным является определение параметров стальной рабочей арматуры, так как она всегда скрыта под защитным слоем бетона.

В большинстве нормативных документов и технической