Публикации »

По дороге инноваций

По дороге инноваций

 

Повышение качества транспортной инфраструктуры и безопасности дорог — одна из наиболее актуальных задач, уже давно требующая своего решения. Не удивительно, что на внедрение инновационных разработок в этой области специалисты возлагают особые надежды.

 

Постановка задачи

Сейчас перед профессионалами дорожной отрасли отчетливо встала необходимость решения ряда насущных проблем — начиная с системного использования инновационных решений еще на стадии проектирования и заканчивая их эффективным внедрением, как и современных, инновационных материалов и технологий, в процесс строительства, в частности, транспортных магистралей. Чтобы оценить потенциал и возможные перспективы использования такого подхода требуется провести нечто вроде научно-практического эксперимента, например, путем апробации разработанных методик непосредственно при проектировании и строительстве ряда новых участков автодорог. Изучив и проанализировав полученные результаты, можно будет оптимизировать выбор конкретных решений применительно к типовым условиям и задачам, а в результате появится возможность серийного применения наиболее эффективных инновационных технологий при строительстве и реконструкции автомобильных дорог. Кроме того, опыт проектирования и введения в эксплуатацию новых участков автодорог (по планам — в2014 г.) должен способствовать развитию рынка инновационной продукции, в том числе и нанотехнологической, в автодорожной отрасли.

Однако вместе с тем должна быть решена и задача по модернизации соответствующей нормативной базы, т. к. это позволит от эксперимента перейти к полномасштабному системному внедрению инновационных технологий в дорожном строительстве. Одним из первых шагов в этом направлении стал Федеральный проект «Инновационная дорога», который реализуется в соответствии с поручениями Президента РФ (№Пр-3291 от 03.11.2011 г.) и Правительства РФ (№ВП-П13-7998 от 14.11.2011 г. и №ВС-П8-2425 от 26.04.2012 г. Минэкономразвития России). Технологическая платформа «Применение инновационных технологий для повышения эффективности строительства, содержания и безопасности автомобильных и железных дорог» включает в себя представителей Минтранса России, Федерального дорожного агентства, ОАО «РЖД», ГК «Автодор», Фонда инфраструктурных и образовательных программ, а также ведущих транспортных и строительных институтов, дорожных служб субъектов Федерации, производителей и разработчиков отраслевых технологических решений.

Среди конкретных практических задач намечено добиться значительного улучшения ряда параметров.

По энергоэффективности: рекомендуемое использование светодиодного освещения должно в 2–4 раза превысить показатели существующего сейчас люминесцентного и в 10 раз — ламп накаливания. Также планируется активнее использовать возобновляемые автономные источники энергии (солнечной, ветряной).

По экологичности: благодаря повышенной долговечности применяемых материалов намечено резко снизить вредную нагрузку на окружающую среду за счет применения продуктов рециклинга (модификаторы асфальтобетона из использованных а/м покрышек) и исключения использования ядовитых веществ (светодиодные светильники не содержат ртути).

Снижение эксплуатационных расходов: планируется за счет применения вандалостойких материалов резко снизить затраты на ремонт и увеличить срок службы дорожного покрытия в 2–3 раза, конструкций — в 2 раза.

Безопасность: повышение этого важнейшего параметра намечено достичь посредством организации дистанционного контроля технического состояния объектов транспортной инфраструктуры (мосты, тоннели), улучшения сцепных качеств и снижения шумности дорожного покрытия, применения безопасных элементов дорожной инфраструктуры (ударобезопасные композиционные столбы освещения) и их интеграции с интеллектуальными транспортными системами, а благодаря организации информационного взаимодействия участников дорожного движения с дорожной инфраструктурой — предотвращения аварийности на дорогах и др.

В рамках реализации проекта выполнение работ ведется в Москве (участок улицы Пятницкой — от Кадашевской наб. до Валовой ул.), в Республике Татарстан (участок автомобильной дороги федерального значения Шали (М-7) – Бавлы (М-5) на новом маршруте федеральной трассы Казань-Оренбург) и в Рязанской области (3-й – 16-й км участка автомобильной дороги регионального значения в Касимовском р-не — Касимов – Новая Деревня – Елатьма – Савастьяново – Ардабьево – Дмитриево).

По проекту намечено вести работы в четырех основных направлениях.

1. Автомобильные дороги и улицы.

По этому направлению предстоят работы, связанные с внедрением материалов и технологических решений, качественно улучшающих основание, земляное полотно, дорожное покрытие автотрасс, строительные конструкции, велосипедные дорожки, тротуары, парковки и т. д. В частности, намечено активное использование фибробетона. Прогнозируется, что микродисперсное армирование цементной матрицы бетона с добавлением полиакрилонитрильной и углеродной измельченной фибры повысит предел прочности на 200% (при сжатии на 40%, при растяжении и расколе от 20–40%), повысит водостойкость на 50%, улучшит сдвигоустойчивость по коэффициенту внутреннего трения на 10–20%, повысит сцепление при сдвиге до 70% (при температуре 50 °С), снизит колейность в 2 раза, увеличит межремонтные сроки на 30–50% и снизит расходы на ремонт на 40%.

Применение геотекстильного полотна (производится из полиэфира, полиэстера либо полипропилена, как из первичного, так и из вторичного сырья) позволит разделить слои основания и тем самым (за счет перераспределения напряжения в основании насыпи) увеличит его несущую способность. Это также улучшит условия уплотнения земляного полотна. При проектировании насыпей из грунта повышенной влажности учитывается и закладывается функция армирования. Все это в комплексе снизит расходы на традиционные строительные материалы (песок, щебень, гравий) и уменьшит общий объем земляных работ, сократит срок строительства, повысит надежность армогрунтовых конструкций в процессе их эксплуатации и увеличит срок их службы. Кстати, заявленный срок службы геотекстильного полотна достигает 100 лет, а условия применения находятся в широком погодном диапазоне — от –60 °С до +130 °С.

Важная роль отводится технологии стабилизации грунтов, которая основывается на ускорении процесса «окаменения» грунта посредством добавления в него специальных катализаторов. Принцип работы системы основан на замещении ионов в гидратированной оболочке на поверхности глинистых частиц грунта. При этом стабилизационный слой остается «сухим» в течение всего года. Таким способом решаются задачи использования местных грунтов вместо дорогих и дефицитных привозных материалов. К тому же снижаются сроки и экономятся (на 15–25%) затраты строительства автодорог различных категорий, увеличивается их срок службы без капитального ремонта и появляется возможность незамедлительного после строительных или ремонтных работ использования таких дорог для движения автотранспорта.

Большое внимание уделено решению проблемы разрушения асфальтобетонных покрытий под воздействием влаги (битум в составе асфальтобетона теряет пластичные свойства, через поры и микротрещины проникает вода, в осенний и весенний периоды при переходе через 0° происходит шелушение и выкрошивание асфальтобетона). Противостоять этому воздействию призвана полимерная пропитка асфальтобетонного покрытия, которая предотвращает старение асфальтобетона и возникновение эрозии — на поверхности покрытия после полного отвердения пропитки образуется тонкий слой, не только препятствующий проникновению воды и газов, но и защищающий от ультрафиолетового и инфракрасного солнечного излучения. Эта технология отличается простотой применения. Быстрое высыхание пропитки позволяет открывать движение уже через 3 часа после ее применения. Водонасыщение и пористость дорожного полотна уменьшается на 30–35% (по сравнению с необработанным асфальтобетонным покрытием). Более того, благодаря полимерной пропитке асфальтобетонное покрытие приобретает стойкость к солевым растворам, кислотам, щелочам, бензинам и маслам.

Обеспечить улучшение эксплуатационных характеристик дорожного покрытия позволяет также газофибробетон: сокращаются сроки строительных работ (дорога закрывается чуть больше чем на неделю, а при традиционной реконструкции на это потребуется 3–4 недели), не требуется уплотнение, минимизируется воздействие медленнотекущего оттаивания земляного полотна, увеличивается срок службы покрытия и снижаются затраты на его обслуживание. Подкупает и простота монтажа: появляется возможность укладки в грубо вырытую траншею (или котлован), что уменьшает объем земляных работ, так как газофибробетон заменяет 2–3 толщины гранулированной подосновы, и не требуется шпунтование и обезвоживание.

 

Искусственные сооружения

По проекту «Инновационная дорога» предстоит повысить эксплуатационные показатели качества мостов, путепроводов, тоннелей, пешеходных сооружений, водопропускных труб, подпорных стенок, дренажных систем, поверхностных водоотводов и инженерных систем. При решении этой задачи планируется использовать такое преимущество композиционных материалов, как коррозионная стойкость (невосприимчивость к воздействию ионов соли, химикатов и щелочной среды бетона). Арматура весит примерно в четыре раза меньше, чем соразмерная стальная, благодаря этому достигается значительная экономия при доставке и эксплуатации. Поскольку эти материалы не содержат металлов, достигается электромагнитная нейтральность, т. е. не образуется магнитное поле, нет помех для чувствительного оборудования (например, для МРТ или электронного оборудования для проведения испытаний). Высокое сопротивление теплопередаче обеспечивает необходимую термоизоляцию. К тому же арматура из композиционных материалов (стеклопластик, базальтопластик, углепластик) в 3 раза прочнее и в 4 раза легче изделий из стали. Срок службы превышает 75 лет.

В целом основные ее преимущества таковы: коррозионная стойкость, наилучшее соотношение массы и усилия на разрыв (более легкие прочные конструкции), щелочестойкость и долговечность в среде бетонов. Использование арматуры из композиционных материалов позволяет сократить транспортные расходы.

Композиционные материалы рекомендуются также и для производства элементов дренажных систем: ливневых очистных сооружений, водоотводов и крышек колодцев.

Широкий спектр применения композиционных материалов также и у труб: для питьевого и технического (горячего и холодного) водоснабжения, канализации и промышленных стоков, систем пожарной безопасности, дренажных колодцев и трубопроводов, систем газоотведения, очистки и вентиляции; а также при использовании термальных вод. Диапазон типоразмеров достаточно широк: диаметр — от 50 до320 мм. Допустимая температура перекачиваемой среды — от –70 °С до +150 °С. Типы соединений: клеевое, фланцевое, раструбное. Опции: огнезащитное покрытие и внутренний обогрев.

К основным преимуществам изделий из композиционных материалов специалисты относят: срок службы (не менее 50 лет), инертность к любым агрессивным средам, стойкость к химической и электрохимической коррозии, высокая прочность и ремонтопригодность, низкое гидравлическое сопротивление, возможность использования всего многообразия соединений для различных условий эксплуатации, быстрый монтаж, в том числе со стандартной трубопроводной арматурой, низкие эксплуатационные затраты, отсутствие отложений на внутренней поверхности за весь срок эксплуатации, рабочее давление (до 20 МП), стоимость композитной трубы (существенно ниже, чем у трубы из нержавеющей стали).

Из композиционных материалов можно возводить следующие сооружения и конструкции: пешеходные переходы, перильные ограждения, мостики через реку, парковые мостики.

Для ремонта и усиления строительных конструкций, а также с целью устранения последствий разрушения бетона и коррозии арматуры рекомендуется использовать системы внешнего армирования из композиционных материалов. Это обеспечит сокращение временных затрат, даст возможность исправления ошибок при выполнении работ, которые к тому же можно будет проводить во время их производства и без остановки движения транспорта, а также увеличит межремонтный период. При этом исходная конструкция не утяжеляется, а поэтому нет необходимости в привлечении специальной техники.

Еще один важный аспект — быстровозводимые модульные парковочные системы. Основные плюсы применения конструкций из композиционных материалов: гибкость компоновки, низкие трудозатраты на монтаж, возможность снижения стоимости модулей (за счет унификации), низкие эксплуатационные расходы, возможность применения современных конструкционных материалов.

Обустройство

Это направление работ включает оптимизацию решений по нанесению дорожной разметки и искусственных неровностей, по установке ограждений, дорожных знаков, светофоров, опор освещения, сигнальных элементов, по размещению и обустройству остановок общественного транспорта, возведению снегозащитных сооружений, шумозащитных конструкций и противоослепительных экранов.

Опоры освещения и дорожные знаки, выполненные из композиционных материалов, планируется использовать при изготовлении конструкций для магистрального освещения, линий электропередачи и телефонной связи, опор для флагов и рекламных щитов, а также для внутриквартального освещения. Высота конструкций — от 2,5 до10 м. Срок службы — более 50 лет.

Из композиционных материалов должны быть выполнены также несущие конструкции информационных щитов и остановок общественного транспорта. Противоаварийные барьеры для остановок общественного транспорта призваны предотвратить гибель и травматизм людей (в последнее время участились такие случаи в результате въезда автомобиля в автобусные остановки). Для решения этой проблемы намечено установить конструктивные элементы, которые примут на себя удар при въезде транспортного средства на место остановки для общественного транспорта.

Как важный компонент обустройства автомобильных и уличных дорог в проекте предусматриваются светодиодные системы освещения. К их преимуществам относят: высокий ресурс (50 тысяч часов), низкое потребление электроэнергии (в 8 раз меньше, чем у ламп накаливания), экологичность (отсутствие ртути), спектр излучения (близок к дневному), световая отдача (не менее 80 лм/Вт). Интеллектуальная система освещения должна дополнительно снизить расход электроэнергии на 30%.

Плазменные светильники — еще один пункт инновационной программы. Их применение обосновывается следующими факторами: управляемость, длительный срок службы (50 тысяч часов), низкое потребление электроэнергии, высокая эффективность (до 82 лм/Вт).

Художественная подсветка зданий и сооружений должна выйти на новый уровень благодаря внедрению системы адаптивного смешения цветов RGB, которая предполагает получение белого цвета свечения посредством сложения монохроматического излучения красного, зеленого и синего цветов (RGB синтез цветов). Прошивка микроконтроллеров, встроенных в RGB светильники, позволит в автоматическом режиме коррелировать между собой градации уровней яркости каждого цветового канала. Преимущества: равномерное цветовое смешение, отсутствие видимых глазу «скачков» между оттенками, легкость обеспечения автоматического управления подсветкой, дополнительная экономия около 20% электроэнергии.

Резервирование энергоснабжения объектов с повышенными требованиями к функциональности, безопасности и надежности должна будет система обеспечения бесперебойного питания. Область применения: транспортная инфраструктура, связь и телекоммуникации, энергетика, медицинские учреждения, предприятия, коммунального хозяйства. Заявленные преимущества: возможность установки на малых площадях, высокий срок службы (20 лет), наличие встроенной системы контроля и управления аккумуляторными батареями, эксплуатация в температурном диапазоне от –10 до +50 ºС, высокая эффективность (93% при загрузке от 30 до 90%), высокая энергетическая плотность в диапазоне от –10 до +50 ºС).

Также в проекте отводится внимание использованию структурированной дорожной разметке из термоэластопластов. Термопластик — терморазмягчаемый материал в виде сыпучей смеси из полимерных связующих, минеральных наполнителей, пигментов, пластификаторов и функциональных добавок; после разогрева, вымешивания и охлаждения она образует твердое непрозрачное покрытие. По данным разработчиков, оно обладает такими преимуществами, как: высокий уровень светоотражения, длительный срок службы (до 4 лет); создает шумовой эффект при соприкосновении с шинами, позволяет примешивать противоскользящие добавки; процесс нанесения экологически безопасен (отсутствуют растворители).

Повышению дорожной безопасности должны способствовать также светодиодные маркеры. Время их работы от батареи достигает 100 час. в режиме мигания и 60 час. в постоянном режиме. Видимость — до800 м. Спектр цветового диапазона светодиодов достаточно широк: красный, синий, белый, зеленый, желтый и янтарный. В качестве источников питания могут быть использованы солнечные или накопительные аккумуляторные батареи.

Шумовые полосы рекомендуется делать 2-х типов. В частности из термопластика — путем нагрева его до расплавленного состояния и последующего нанесения на дорожное полотно (ручным или механическим способом). Размещать такие полосы планируется на расстоянии около20 мперед пешеходным переходом по всей ширине дороги и перед остановками транспорта на 2-х ближайших к остановке полосах перехода. Еще одним вариантом создания шумовых полос является фрезерование асфальтобетонного покрытия. Делать его рекомендуется под продольной сплошной линией разметки перед пешеходными переходами, а также перед остановками общественного транспорта.

Защищать малые архитектурные формы дорожной инфраструктуры от разрушительного воздействия окружающей среды планируется за счет нанесения защитных газотермических металлизированных покрытий. Их защитные свойства сохраняются на протяжении 50 лет. Технологии позволяют наносить такие защитные покрытия на геометрически сложные поверхности, а также прямо на месте установки — в так называемых «полевых» условиях.

Для подогрева элементов городской инфраструктуры (тротуаров, надземных пешеходных переходов, остановок общественного транспорта, пандусов и ступеней подземных пешеходных переходов) предпочтительными признаются электрический или жидкостный типы систем подогрева.

Специально для облегчения передвижения людей с ограниченными физическими возможностями предусматривается оборудование пандусов и сходов, выполненных из композиционных материалов, с подогревом. Срок службы подобных конструкций должен быть не менее 50 лет. Они должны иметь тактильную маркировку для людей с ограниченными возможностями. Такие пандусы можно оборудовать в действующих подземных переходах с минимальными сроками монтажа. Это снизит затраты на перенос коммуникаций и на обогрев, даст возможность модульной замены обогреваемых панелей, обеспечит существенную экономию эксплуатационных затрат и снижение вредного воздействия на экологию.

Для предотвращения воспламенения и горения элементов дорожной инфраструктуры, выполненных из композиционных материалов, дерева или пластика, предлагается использовать антипирены — замедлители горения: гидроксиды металлов (алюминий, магний), фосфорсодержащие и галогенсодержащие вещества. Диапазон теплостойкости деталей и изделий, обработанных антипиреном, — 230–3 200 °С.

Для ликвидации пожара на стадии его возникновения также предназначены пиростикеры. Предлагается устанавливать пиростикеры на электрические щиты и электророзетки. Принцип их действия таков: микрокапсулы со специальным тушащим веществом при нагреве разрываются, выпрыскивая данное вещество на очаг возгорания. Основные характеристики пиростикеров: компактность, малая масса (порядка10 г), защищаемый объем — до15 л, температура срабатывания — 120 °С.

Широкий фронт работ (вестибюли метрополитена, иные места скопления людей) предполагает использование специальных красок. Например, бактерицидные краски с ионами серебра помогут уничтожить возбудителей вирусных и инфекционных заболеваний (грипп, гепатит, туберкулез, стафиллокок, синегнойная и кишечная палочки, сальмонеллез и др.) и плесневых грибков. Свои антимикробные свойства краска сохраняет в течение 1 года. Окрашенные поверхности не требуют частой влажной уборки и обработки дезинфицирующими растворами.

Для защиты фасадов зданий и сооружений, а также малых архитектурных форм намечено использовать краску с низкой смачиваемостью поверхности («эффект лотоса»). Она обладает долгим сроком службы и высокой устойчивостью к щелочам, эффективна даже при нанесении на влажные субстраты и не липнет при высыхании. Краска наносится на абсорбент, пористые носители и минеральные конструкционные материалы. Кроме того, обрабатывать фасады зданий и сооружений в местах скопления людей предлагается фотокаталитическими пигментами, которые при освещении «втягивают» из воздуха вредные вещества, запахи и бактерии. Остальные составляющие краски расщепляют «втянутые» загрязнители на хлор, озон, углерод и т. д. Такая краска долговечна, имеет эффект самоочищения и обладает бактерицидными свойствами.

В проекте отводится особое место и такой больной для нашей страны теме, как организация раздельного сбора мусора. Установка мусорных контейнеров для различных видов отходов необходима для более рационального использования ресурсов, улучшения экологической обстановки, создания цивилизованной отрасли переработки отходов и повышения культуры быта граждан.

 

Сервис

Повысить комфорт для всех участников дорожного движения призваны следующие системы: интеллектуальные транспортные, метеорологические, автоматизированные системы мониторинга состояния конструкций и системы связи, а также пункты санитарного обслуживания и обслуживание электротранспорта. Например, интеллектуальная транспортная система обеспечит автоматическое управление трафиком в квартале, проинформирует водителей о дорожной ситуации, отследит и зафиксирует нарушения ПДД, предупредит водителей об ограничениях и опасных ситуациях, включая сложные метеоусловия, проинформирует участников дорожного движения о трафике. Вместе с тем появится возможность автоматизированной борьбы с гололедом, экстренного реагирования на внештатные ситуации и диагностики состояния автодорожной инфраструктуры.

Большие надежды возлагаются на внедрение зарядных станций для электромобилей и электробусов. Так, станции для легковых электромобилей и LCV обладают следующими характеристиками: режимы зарядки — Mode1/Mode3 по IEC 62196 и 61851, входной ток — от 32 до 64 А, частота тока — 50 Гц, входное напряжение — 380 В, количество фаз — 3. Станции обладают удаленной системой управления (через GPRS и/или RS485 и/или Ethernet), идентификацией пользователя по RFID-карте, а также они вандалоустойчивы.

Зарядные станции для электробусов имеют такие характеристики: режимы зарядки — Mode4 по IEC 62196 и 61851, входной ток — от 125 до 250 А, частота тока — 50 Гц, входное напряжение — 380 В, количество фаз — 3. Станция обладает удаленной системой управления (через GPRS и/или RS485 и/или Ethernet).

В середине марта 2013 г. рабочая группа по приоритетным направлениям исследований и разработок Технологической платформы «Применение инновационных технологий для повышения эффективности строительства, содержания и безопасности автомобильных и железных дорог» утвердила финальный перечень технологий, предложенных для применения на Пятницкой улице — московском объекте Федерального проекта «Инновационная дорога». Инновационные технологии были отобраны из более 100 предложений, представленных российскими и иностранными производителями. Всего в окончательный перечень вошло 80 инновационных технологий, применяемых, в частности, для реконструкции проезжей части, тротуаров, остановок общественного транспорта и систем освещения. Среди рекомендованных технологий модификаторы асфальтобетонного покрытия, конструкционные композиционные материалы, противоскользящие покрытия, автономные осветительные системы, интеллектуальные системы обеспечения безопасности и инфраструктура для электрических транспортных средств. Планируется, что строительные работы на Пятницкой улице в Москве будут завершены в 2014 году.

Автор: по материалам редакции
Дата: 21.05.2013
Журнал Стройпрофиль 107
Рубрика: дорожное строительство: технологии, материалы и оборудование




«« назад