1523

Список литературы

1.Теоретичні та практичні дослідження ресурсу асфальтобетонного покриття на залізобетонних транспортних спорудах: монографія / А.М. Онищенко, М.П. Кузьмінець, В.Ф. Невінгловський, М.В. Гаркуша. – Киев: Изд-во Нац. траспорт. ун-та, 2015. – 334 с.

2.Экономика дорожного строительства / под ред. Л.А. Бронштейна. – М.: Транспорт, 1979. – 317 с.

3.Грушко И.М., Сиденко В.М. Основы научных исследований. –

М.: Транспорт, 1983. – 221 с.

4.Шведков Е.Л. Элементарная математическая статистика в экспериментальных задачах материаловедения. – Киев: Наукова думка, 1975. – 112 с.

5.П–Г 1–218–113:2009. Технічні правила ремонту та утримання автомобільних доріг загального користування України / Укравтодор. –

Киев, 2010. – 168 с.

6. СОУ 45.2–00018112–065:2010. Норми фінансових витрат на поточний ремонт та експлуатаційне утримання автомобільних доріг загального користування та мостів на них / Укравтодор. – Киев, 2011. – 21 с.

Об авторах

Онищенко Артур Николаевич – кандидат технических наук,

доцент кафедры дорожно-строительных материалов и химии, Нацио-

нальный транспортный университет, e-mail: artur_onish@bigmir.net.

Ризниченко Александр Сергеевич – ассистент кафедры до-

рожно-строительных материалов и химии, Национальный транспорт-

ный университет, e-mail: aleksr87@mail.ru.

461

УДК 625.718+502.33

С.А. Павлова, Т.В. Шеина

БИОПОЗИТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОДОРОГ

Дорожно-транспортная инфраструктура выделяет 89 % вредных веществ, загрязняя атмосферу. При этом транспорт является одним из основных источников шума в городах и вносит существенный вклад в тепловое загрязнение окружающей среды. Рассмотрен экологический аспект строительства и эксплуатации автомобильных дорог, для этих целей предложены биопозитивные материалы, в которых полностью экологичными являются исходное сырье, технология их производства, процесс эксплуатации и утилизации. Вдохновением для написания статьи стал опыт строительства первого в мире экологически чистого города Масдара в ОАЭ с нулевым выбросом углерода.

Ключевые слова: экология, строительство, эксплуатация, автодороги, биопозитивные материалы.

S.A. Pavlova, T.V. Sheina

BIOPOSITIVE MATERIALS IN CONSTRUCTION

AND MAINTENANCE OF ROADS

Transport infrastructure allocates 89 % of harmful substances, polluting the atmosphere. This transport is a major source of noise in the cities and making a significant contribution to the thermal pollution. The article deals with the environmental aspect of construction and operation of highways and proposed for this purpose biopositive materials that are completely environmentally friendly: the feedstock, the technology of their production, use and disposal process. The instigator of the article was the experience of building the world's first environmentally friendly town Masdar in the UAE with zero carbon emissions.

Keywords: ecology, construction, operation, automobile road, biopositive materials.

Сжигая нефтепродукты, автомобили одновременно наносят ощутимый вред окружающей среде: атмосферному воздуху, водным ресурсам, растительному и животному миру, почве и здоровью чело-

462

века. К основным токсичным выбросам автомобиля из-за низкого качества топлива относятся отработанные и картерные газы, топливные испарения в которых содержатся продукты неполного сгорания: сажа, оксид углерода, углеводороды, альдегиды и оксиды азота. Между тем большое количество компаний производят разработку автомобильных двигателей специально для работы на биологическом топливе: биоэтаноле и биодизеле. Биоэтанол представляет собой смесь, содержащую 10 % этанола – спирта, полученного из сахарного тростника и свеклы, кукурузы, пшеницы и бензина (топливо Е10). Он способен сократить выброс в атмосферу углекислого газа на 6 %, являющегося основным парниковым газом. Применение биоэтанола и биодизеля помогает осуществлять контроль над процессом глобального потепления, сокращая выбросы в атмосферу CO2. Биотопливо не содержит свинца, а количество серы в нем незначительное, что существенно снижает выделение вредных веществ в атмосферу.

Эмираты поднимают экологию на новый уровень в транспортном секторе. Около Абу-Даби к 2016 году появится первый в мире без выбросов углекислого газа и загрязнения окружающей среды город Масдар, на территории которого запрещено ездить на обычных автомобилях. Для этих целей будет использоваться общественный электрический транспорт (рис. 1).

Рис. 1. Электрический общественный транспорт города Масдара (а) и схема применения фотовольтаических шумозащитных экранов (б)

Исследования показали, что из общего количества выбросов твердых частиц из топлива, включая металлы, около 25 % остается на проезжей части до смыва, а 75 % распределяется по обочинам и поверхности прилегающей территории, уничтожая плодородные качества почв, на воссоздание которых потребует около 100 лет [1]. Усугубляют ситуацию противогололедные реагенты. Полностью растворимое

463

средство нового поколения «Бионорд», состоящее из хлоридов кальция и калия, не оставляет на дорогах следов в виде песка, грязи, соли и одновременно удобряет почву, улучшая ее минералогический состав. При этом «Бионорд» эффективно плавит лед различной толщины

иможет использоваться вплоть до температуры минус 30 °С. Автодороги, гоночные трассы, трамвайные пути, парковые зоны, тротуары

идворы с ровными поверхностями и скользкими подъемами и спуска-

ми таков спектр применения данного реагента. «Бионорд» будет применяться в Самаре нынешней зимой. «Биодор», «Биодор-мосты», «Экосол» пополняют ряд высокоэффективных и экологически безопасных противоледных реагентов.

Немалую лепту в загрязнение окружающей среды вносит и асфальтобетонное покрытие. По данным специалистов, асфальтобетон выделяет до 10–15 % вредных веществ в атмосферу и вместе с тем уже давно не отвечает возросшим требованиям по грузонапряженности автодорог. Альтернативным материалом является более прочный и долговечный цементобетон. Однако при подборе цементобетона следует обратить внимание на экологический аспект вяжущего (цемент) и уровень радиоактивности заполнителей (рис. 2). Предприятия по производству цемента являются эмитентами почти 10 % от всего объема углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу.

В городе Масдаре в цементобетоне использовался шлакопортландцемент (ШПЦ). Для дорожного покрытия предлагаем новую добавку в портландцемент (ПЦ) смесь LC3 (Limestone Calcined Clay Cement), разработанную в Швейцарии. Такой цемент будет способствовать снижению «углеродного следа» от производства цементобетона на 40 %. Она состоит из обожженной глины и измельченного известняка, при смешивании которых получаются менее пористые алюмокальциевые соединения с более прочной структурой. В состав портландцемента смесь LC3 можно вводить до 50 % без ухудшения его качества.

Укреплять поверхность грунтовых насыпей и откосов предпочтительно биоматами. Это многослойная, полностью биологически разлагаемая основа, между слоями которой уложена рекультивационная смесь с семенами многолетних растений и питательных веществ для их роста, почвообразующих бактерий и влагоудерживающих компонентов [2]. Подбирается рекультивационная смесь с учетом специфики района применения. Биоматы полностью усваиваются почвой, а благо-

464

даря высокой механической прочности защищают ее. Происходит это за счет влагоудерживающих компонентов, которые улучшают водный режим почвенно-грунтового слоя, повышают устойчивость его к эрозии, а растительность гасит звук, т.е. его можно рассматривать и как шумозащитный материал. Но биомат – это не единственный способ гасить звук.

4000 Бк/кг, не применяется при строительстве

Рис. 2. Классы строительных материалов по величине радиоактивности

Защита населения от шума становится в последнее время одной из серьезных проблем экологии. Особенно важно решение вопросов шумового воздействия на человека и окружающую природную среду в мегаполисах. Свою негативную роль здесь играет и транспортный

465

шум, поэтому разработка, производство и применение новых эффективных материалов, конструкций, технологий по шумозащите становятся все более актуальным направлением строительной и дорожной отрасли как за рубежом, так и в нашей стране.

Инновационным решением вопроса защиты от шума и одновременно выработки энергии являются шумозащитные экраны, совмещенные с солнечными батареями, электроэнергию которых можно направить на подсветку самих экранов ночью и питание рядом стоящих мачт освещения или светофоров.

Экраны представляют собой «сэндвичи» из прозрачного плексигласа (оргстекла), внутри которых расположены фоточувствительные элементы. Они улавливают и преобразуют солнечную энергию обеими сторонами. Более стабильное энергоснабжение обеспечивают бифациальные батареи, равномерно распределяющие нагрузку на сеть. В результате получается участок дороги, который полностью себя обеспечивает электроэнергией, что выгодно с экономической точки зрения, а также производит защиту от шума (см. рис. 1). К сожалению, предлагаемые экраны выполнены на основе синтетического полимера метилметакрилата (РММА), однако уже существует целый ряд рыночных драйверов для биоразлагаемых материалов по замене полимеров на нефтяной основе и, как следствие, снижению выбросов углекислого газа в атмосферу, гарантированную систему поставок, что позволит снизить зависимость от нефти и даст возможность получать возобновляемые источники энергии из восстановленных отходов.

Нефтехимической компанией Braskem созданы первые в мире «зеленые» полиэтилен (РЕ) и полипропилен (РР) из возобновляемого сырьевого материала – сахарного тростника. Занимается запуском в коммерческое производство биопластмассы на основе кукурузы Mirel – совместное предприятие Telles и ADM. Глубокой переработкой растительного сырья получены аналоги традиционных полимеров РЕТ (полиэтилентерефталат), РVС (поливинилхлорид) и РА (полиамид). В настоящее время Европейский союз работает по программе адаптации биопродуктов. Надеемся, что появится «зеленая» пластмасса и для шумозащитных экранов.

Для строительства отелей, мотелей, кемпингов, гостиниц, гостиничных и придорожных комплексов наиболее массовым биопозитивным строительным материалом является древесина. С помощью ее пропитки бионанокомпозитным водным раствором на основе арабино-

466

галактана (природного полисахарида) с антисептическими и антипиреновыми свойствами и природным компонентом полифосфатом (без фосфора вообще не возможна жизнь животных и растительных организмов) можно получать легкие и более прочные на 35 % строительные материалы, что приводит к снижению трещинообразования, несгораемых, негниющих конструкций (рис. 3).

Рис. 3. Применение древесины в строительстве придорожных комплексов

Дерево даже в период роста является естественным фильтром для загрязнений и выделяет полезные для человека вещества в воздух, обогащая атмосферу кислородом, а почву гумусом. Лес, который используется для изготовления строительных материалов, восстанавливается полностью, тем самым не оказывая сильного влияния на природную среду. Модифицированная древесина – достаточно высокопрочный материал, который можно армировать. Стены, выполненные из дерева, «дышат» и обеспечивают внутри помещений благоприятный микроклимат.

Группой испанских исследователей был разработан биобетон, способный превратить здание в вертикальный сад. Вместо портландцемента в нем используется фосфат магния, который создает благоприятную среду для прорастания лишайников, мхов и грибов, что полностью преображает внешний вид зданий без нарушения его целостности. Семена растений, находящихся в биобетоне, начинают прорастать и интенсивно развиваться уже через год, очищая загазованный воздух около автомагистралей (рис. 4).

Слой растений в зданиях, построенных из биобетона, создает особый микроклимат с гораздо более высокими теплосохраняющими свойствами, чем обычный, тем самым позволяя сократить затраты на кондиционирование.

467

поглощает шумы (индекс звукоизоляции – 53 дБ при 1000 Гц, и этого достаточно, чтобы значительно сократить интенсивность внешних раздражителей) и неприятные запахи (торф обладает высокой пористостью и активностью к поглощению), устойчив к гниению и грызунам. Теплопроводность блоков из геокара составляет 0,047–0,08 Вт/м К, а значит, уложить его можно толщиной 64 см, вместо 230 см, в стену из силикатного кирпича, а это в 3,6 раза меньше (рис. 5).

Рис. 5. Геокар (а) и экотеплин (б)

Биопозитивный льняной утеплитель «Экотеплин» имеет полностью натуральный состав сырья (волокна льна 100 %), в котором в качестве связующего компонента используется крахмал, а для огне- и биозащиты – бура (соль бора). У него очень низкий коэффициент теплопроводности (0,037 Вт/м К) и высокая теплоемкость (1550 Дж/кг К), а значит, и высокая тепловая инерция, что обеспечивает максимальную степень защиты зимой от мороза и летом от сильной жары. Дом, имеющий хорошую теплоемкость, позволяет сократить необходимость постоянного регулирования работы отопления. Современный утеплитель сочетает в себе высокие эксплуатационные характеристики с экологическими достоинствами природных свойств льна: легкий, уменьшает нагрузку на несущую конструкцию здания (плотность 32–34 кг/м³); не собирает конденсат, пропускает пар и способствует выходу влаги из конструкции (коэффициент паропроницаемости 0,4 мг/м ч Па); значительно снижает уровень шума благодаря высокому коэффициенту звукопоглощения (0,98); огнестойкий (Г1, не поддерживает горение), длительный срок службы (более 60 лет); широкий диапазон темпера-

469

тур применения (до 160 °С); не оседает и не подвержен поражению грибком, плесенью и вредителям; гипоаллергенен и нетоксичен.

Из биопозитивных отделочных материалов следует выделить натуральные растительные обои. При их производстве используются такие растения, как джут, сизаль, тростник, крапива и бамбук. Растительные обои эффективно поглощают посторонние шумы, перераспределяют влагу в помещении, стойкие к появлению и размножению болезнетворных микроорганизмов и разрушающему воздействию вредных насекомых, отличаются повышенной износостойкостью, кроме того, их легко использовать, а также сочетать друг с другом (рис. 6).

Рис. 6. Бамбуковые обои (а) и пробковые напольные покрытия (б)

Для напольного покрытия целесообразно использовать пробку – натуральный продукт из коры пробкового дуба. Благодаря своему природному происхождению она является гипоаллергенной, так как не поглощает пыль и защищает от вредных лучей за счет ослабления действия геопатогенных зон. Пробка способна восстановить прежнюю форму и размер после непосредственного снятия нагрузки, что не создает неприятных ощущений при ходьбе. Она является хорошим звуко- и теплоизолятором и имеет высокий коэффициент сопротивления скольжению – 0,4, и это немаловажно. Эксплуатационные характеристики и эстетическая гармоничность позволяют ее использовать в интерьере любого помещения.

Натуральная кровля из сланца сохраняет свойства до 100 и более лет, но при необходимости можно легко заменить испорченные плитки новыми без вреда для конструкции. Она обладает прочностью, легкостью обработки и монтажа, высокими изоляционными качества-

470