«Спящий» агент: разработка ученых НИУ МГСУ позволит восстанавливать поврежденный асфальтобетон

Сергей ИНОЗЕМЦЕВ, кандидат технических наук, доцент кафедры строительного материаловедения НИУ МГСУ:

Традиционное мероприятие, посвященное применению «умных» материалов и организованное в результате сотрудничества трех крупнейших азиатских университетов, проходит в январе каждого года. В этом году оно прошло на площадке университета Енсе в Сеуле. Ученые НИУ МГСУ уже в пятый раз участвуют со своими разработками в этой конференции; в 2025 году были представлены результаты деятельности научной группы, занимающейся разработкой самовосстанавливающихся асфальтобетонов.

Участие в подобных конференциях стало возможным благодаря поддержке Российского научного фонда, выделившего грант на проведение исследований в рамках Президентской программы поддержки исследовательских проектов. В университете была сформирована сильная команда, в которую вошли исследователи различного уровня — от профессора и доктора наук до кандидатов наук, аспиранта и студентов.

Целью проекта российских ученых является актуальная для нашей страны разработка — принципы создания самовосстанавливающихся асфальтобетонов. Асфальтобетон — самый распространенный материал при строительстве дорог в России и будет оставаться таковым еще очень долго, что обусловлено как климатическими и геологическими условиями, так и протяженностью наших автомагистралей.

Грамотно поставленная цель

Нельзя сказать, что отечественные ученые — пионеры в данной области: научные разработки в этом направлении ведутся в большинстве развитых стран, но, как отмечают специалисты строительного университета, предлагаемые конкурентами решения вряд ли можно назвать универсальными. В первую очередь это связано с эффективностью восстанавливающего агента, в качестве которого, как правило, применяются различного рода масляные фракции либо их отходы — не самые лучшие материалы для целей самовосстановления асфальтобетона, поскольку работать они будут, только если трещины в дороге образовались в результате старения материала, а в российских климатических условиях мы имеем дело со значительными температурными перепадами, и в случае формирования трещин в результате хрупкого разрушения при морозе использование капсул с маслами будет способствовать размягчению асфальтобетона и провоцированию колееобразования. Поэтому такой подход не является универсальным, и его применение на дорогах в сложных климатических условиях малоэффективно.

В целом самовосстанавливающийся асфальтобетон следует отнести к разряду «умных» материалов, которые в строительстве применяются редко ввиду сложности реализации принципа самовосстановления. «Умные» материалы — это новый тип строительных материалов, которые «запрограммированы» менять свои свойства, реагируя на внешние условия. В случае с самовосстанавливающимися асфальтобетонами таким условием является определенный уровень дефектности, проявляющийся со временем из-за эксплуатации дорожного полотна. Возникающие дефекты в асфальтобетонах должны, по мысли авторов разработки, активировать процесс самовосстановления. Такой подход позволяет на этапе проектирования строительных материалов (в том числе асфальтобетонов) закладывать в них эту способность, что, в свою очередь, дает возможность управлять формированием структуры асфальтобетона в период эксплуатации без дополнительного вмешательства человека. В асфальтобетонах это реализуется за счет присутствующего резерва полезного компонента, который активируется в нужных условиях.

Наш прорыв

Достичь подобного эффекта в асфальтобетонах сложно, поскольку обеспечить сохранность контейнеров с резервом полезного компонента на начальном этапе подготовки непросто. Важно, чтобы капсулы-контейнеры выдерживали высокую температуру приготовления смеси и — главное — были достаточно прочными, чтобы не разрушаться при уплотнении смеси во время ее укладки. Научная команда НИУ МГСУ, грамотно поставив задачи, нашла возможность «научить» асфальтобетоны восстанавливать собственное качество за счет резерва из капсул — «лечить» самого себя.

Ученые разработали технологию синтеза капсул размером 1,0-1,2 мм, которые содержат в себе необходимый резерв вещества — восстанавливающего агента. При этом результатами исследования являются не просто рецептуры и технология создания таких капсул, но и подходы по разработке аналогов с новыми видами восстанавливающих агентов.

Больше, чем импортозамещение

Ученые НИУ МГСУ нашли восстанавливающий агент, имеющий существенные преимущества перед аналогами, — уретановый полимер, известный под названием AR-полимер, который производится в Республике Татарстан. В настоящее время аналогов этому компоненту за рубежом нет, а его использование позволяет реализовать новый механизм самовосстановления, в чем и заключается уникальность этой разработки.

Механизм работы капсул с полимером заключается в следующем. При производстве традиционной асфальтобетонной смеси капсулы добавляются на одном из последних этапов смешивания, после чего смесь поставляется на строительную площадку, где по классической технологии укладывается в покрытие. На этом этапе капсулы сохраняют восстанавливающий агент внутри, препятствуя его взаимодействию с основными компонентами асфальтобетона. В процессе эксплуатации на асфальтобетон будет воздействовать большое количество внешних факторов — климатические условия, механические нагрузки от проезжающего транспорта и так далее, — которые будут приводить к формированию дефектов. Вместе с микроразрушением асфальтобетона и с образованием дефектов в виде трещин будут разрушаться и капсулы, благодаря чему восстанавливающий «спящий» агент будет высвобождаться из капсул, проникать в матрицу асфальтобетона и в результате физико-химических процессов полимеризоваться, склеивая дефекты. В зоне действия капсулы это позволяет ликвидировать часть трещин и восстановить способность асфальтобетона сопротивляться механическим воздействиям.

Использование капсул с полимером увеличивает количество механических воздействий, которые выдерживает асфальтобетон до разрушения, примерно на 30%, поэтому ремонтировать такие дорожные покрытия потребуется позже, что даст экономию средств на содержание дорог.

Также члены научной команды НИУ МГСУ смогли предложить систему показателей для самовосстанавливающихся асфальтобетонов и разработали методики их определения, чтобы иметь возможность оценивать различные приемы усовершенствования технологии.

Дороги без ям

В России климатические условия разнообразны, и использование такой технологии станет решением проблемы преждевременного выхода из строя автомобильных покрытий из асфальтобетона за счет реализации эффекта самовосстановления. Таким образом, будет возможна эксплуатация автомобильных дорог в течение более долгого периода без проведения ремонтных работ. Кроме того, технология самовосстановления позволяет взглянуть на производство асфальтобетонов с новой стороны, осуществляя проектирование, исходя из требований не только начального периода, но и в ходе эксплуатации.

Сейчас ученые строительного университета находятся еще на начальном этапе работы с представителями промышленных предприятий и строительных организаций по сбору и суммированию отзывов на новую технологию со стороны практиков дорожного строительства. Одновременно ведутся исследования по возможности масштабирования промышленного производства капсул со «спящим» агентом, который будет стоять на страже сохранности российских дорог, а также по совершенствованию всех этапов отечественной инновации.

Если прогноз ученых верен и технология позволит на треть увеличить межремонтные сроки, это даст огромный экономический эффект в дорожном строительстве.