- Продолжаю новое направление работы семинара – общественную экспертизу проектов. Подробнее об этом направлении – в Представлении редактора к одной из статей нашего сайта .
Представляю очередную идею-проект.
Дело – за нами, за общественной экспертизой. И, как можно понять, дело стоит того.
Электрон Добрускин,
редактор
Бывало, едешь в России по шоссе, трясёт ужасно, то трещина в асфальте (другие названия:, асфальтовое покрытие, асфальтобетон, асфальтовая смесь для покрытия дорог), то шов между заплатами покрытия, то выбоина, то огромная яма. Всему там были объяснения, мол, зима-матушка виновата: замерзает вода в трещинах и порах асфальта, расширяет их и ломается покрытие дороги. Вода и зима, действительно, виноваты. Но и асфальт был слишком плохой, неправильного состава и дорогу укладывали по плохой технологии. В Норвегии, Швеции, Литве и других северных странах тоже бывает холодная зима, но дороги там строят добротно, вовремя ремонтируют и поэтому находятся они в хорошем состоянии. Нам и дорогам жить в Советском Союзе мешала не погода, а бесхозяйственность и гримасы так называемого социализма. Да и сейчас в России после всяких перестроек и преобразований не стало лучше, пожалуй, значительно хуже.
Работая в 80-х годах прошлого века в Московском государственном университете им. Ломоносова, принимал я однажды участие в изучении дорожных сооружений СССР /1/. Наиболее важным итогом этой научной работы было обнаружение неправильного состава материалов, применяемых при строительстве дорог. В бортовом камне (ступенька между тротуаром и проезжей частью) не хватало более половины полагающегося по нормам цемента, в асфальте содержалось существенно меньше стандартной нормы битума. Воровали там безудержно. Поэтому бортовой камень рассыпался сам по себе вскоре после установки, и асфальт не выдерживал долго климатических и силовых воздействий. Как считает Феликс Губерман, бывший в СССР дорожным инженером, одной из главных причин разрушения было плохое строительство основания дороги /2/. Оно было недостаточно плотным и прочным, в нем накапливалась вода, которая зимой замерзала, дорога вспучивалась, потом лед таял и образовывались провалы, что неминуемо вызывало деформацию асфальтового покрытия и частичное или полное его разрушение.
Совершив алию в Израиль, увидел я здесь много хорошего, однако и много недостатков заметил. Касательно дорог, отмечу, что они в стране отличные, а там, где подпортились, их оперативно ремонтируют, не жалея сил и средств.
Но вот что странно: разрушается здесь асфальт, главным образом, после зимнего сезона. Появляются в некоторых местах покрытия значительные дефекты: трещины, выбоины, расслоения, углубления, раскрываются стыки между участками асфальта, уложенными в разное время. Однако зима в Израиле мягкая, без морозов и вода почти нигде не замерзает. Лед не расширяет основания дорог, трещины и поры асфальта. Следовательно, имеются другие причины разрушения.
Известно предположение, что битум разрушается от действия света, особенно ультрафиолетовой его части. Действительно, битум может быть разрушен светом и солнце в Израиле яркое, и атмосфера здесь пропускает много ультрафиолета. Однако большую часть асфальтобетона составляют совершенно непрозрачные компоненты такие, как щебень и песок. Да и сам битум почти не прозрачен для света. Поэтому свет задерживается на поверхности и не может проникнуть глубоко в покрытие, а разрушение, как было замечено (см рис.1/1), происходит во всём слое покрытия и большинство отвалившихся кусков имеет большую толщину, около 3-5 см.
Другая предполагаемая причина разрушения. Применяемый в Израиле состав асфальтобетона рассчитан на то, чтобы не размягчаться и хорошо выдерживать нагрузку колес в горячие летние месяцы. Можно предположить, что он становится недостаточно эластичным в прохладный зимний период и разрушается в это время от действия транспорта. Однако эта гипотеза не подтверждается наблюдениями, при которых было замечено, что значительные разрушения асфальта происходят и на участках дорог, по которым нет движения транспорта.
Автор статьи выдвинул предположение, что основной причиной разрушения асфальта в Израиле являются какие-то микроорганизмы, живущие в нем. Летом при отсутствии влаги и высокой температуре асфальта они замирают, а в прекрасный зимний период, характерный частыми дождями и благоприятной температурой, оживают, интенсивно питаются и размножаются. Чем же они питаются? Наверное, не песком или щебнем, а органической составляющей – битумом. Битум является связующим, если он разрушается, то асфальтобетон рассыпается. Имеются сообщения о том, что есть бактерии, вольготно живущие в нефти и в нефтепродуктах /3/. Почему бы не существовать подобным микроорганизмам, которые кушают битум, получаемый из нефти? После проработки этого предположения вместе с соавторами было оформлено изобретение /4/. Естественно, что колония микроорганизмов приживается в месте, наиболее богатом влагой. Таким местом является трещина прошлых лет, или стык между участками покрытия, или хотя бы небольшая выбоина. Замечено, что в таких местах и разрушается покрытие, дефекты увеличиваются, разрастаются, на их периферии появляется слабый асфальт, Остальное покрытие в окрестности цело и выглядит довольно свежим. Очень похоже на деятельность колонии микроорганизмов.
Рис.1/1 . Разрушение асфальтового покрытия городской дороги.Для проверки гипотезы были собраны образцы асфальта. Большинство из них взято из разрушившихся участков покрытия дорог Израиля, некоторые из разрушений дорог в других странах и несколько образцов свежего покрытия или только что изготовленного асфальта.
Таб.1 Образцы
№ | Дата | Состав, место взятия пробы, примечания. |
1 | 1994/ 01 | Асфальтобетон. Яма-выбоина на старом покрытии шоссеНатания - Тулькарем. |
2 | 1994/ 02 | Нефть или гудрон. Выброшено из моря на песок. Побережье Ашдода. |
3 | 1994/ 01 | Асфальтобетон. Трещина на старом, мало эксплуатируемом покрытии улицы. Ашдод, дорога у кладбища. |
4 | 1994/ 01 | Асфальтобетон. Трещина на старом средне эксплуатируемом покрытии улицы. Ашдод, ул. Жаботинского. |
5 | 1993/ 12 | Асфальтобетон. Трещина на старом средне эксплуатируемом покрытии улицы. Хайфа, Наве-Шанан. |
6 (или без №) | 1994/ 04 | Битум. Крыша жилого дома. Тель-Авив. |
7 | 1994/ 09 | Битум. Крыша административного здания. Хайфа, университет. |
8 (К1) | 1994/ 05 | Новый асфальтобетон.. Литва. |
9 (К2) | 1994/ 05 | Старый асфальтобетон.. Литва. |
10 | 1994/ 04 | Асфальтобетон. Новый, из кузова самосвала, привезшего его для укладки на дорогу. Натания. |
11 | 1998/ 04 | Асфальтобетон. Старое, сильно изношенное, растрескавшееся покрытие на улице. Кирьят-Гат. |
12 | 1998 /07 | Асфальтобетон. Трещины в местах стыковки новых заплат и старого покрытия. Шоссе Ашдод – Тель-Авив. |
13 | 1998/ 08 | Асфальтобетон. Новый и добавочно обожженный. |
14 | 1999/ 02 | Асфальтобетон. Трещины и выбоины у края покрытия проезжей части, где стекает дождевая вода. Рамат-Авив, около университета. |
15 | 1999/ 02 | Асфальтобетон. Старое покрытие тротуара, много мелких трещин. Ашдод, ул. Прахим. |
16 | 1999/ 02 | Асфальтобетон. Кусок покрытия, снятого когда-то с улицы, он долго лежал, засыпанный песком. Ашдод, у дороги, пляж, 300 м от моря. |
17 | 1999/ 02 | Асфальтобетон. Трещины и выбоины на интенсивно эксплуатируемой проезжей части улицы. Ашдод, ул. Бней-Брит. |
18 | 1999/ 05 | Асфальтобетон. Рамат-Авив, двор университета. |
19 | 1999/ 06 | Асфальтобетон. Большая выбоина, почти постоянно заполненная водой от дождей или стока кондиционера. Рамат-Авив, университет, автостоянка инженерного факультета. |
20 | 2000/ 02 | Асфальтобетон. Трещина на проезжей части улицы. Ариель. |
21 | 2000/ 04 | Асфальтобетон. Турция . |
22 | 2000 / 03 | Битум. Из запасов асфальтового завода. Израиль. |
Вторым этапом исследования был поиск микроорганизмов в собранных образцах. Однако возникли значительные трудности – нужно было заплатить огромные деньги за эту работу биологической лаборатории, которых тогда не было, да и теперь нет. Спасибо друзьям, которые согласились в Литве сделать исследования бесплатно. Однако появились проблемы с переправкой образцов через границу. Официально отправить нельзя, поскольку нет сертификатов на образцы или каких-либо других документов, а не официально никто в самолет брать не хочет, боятся санкций охраны. Нашелся смелый человек - писатель Григорий Канович, взял с собою несколько образцов. Летел он в Литву на полудипломатическом уровне представлять свою новую книгу. Да и то у него потребовали на таможне письменно подтвердить, что эти образцы не являются наркотиками.
Ниже приведены результаты длительных, тщательных и многотрудных испытаний, по поиску и определению микроорганизмов в нескольких образцах асфальтобетона. Испытания эти проводила, в основном, сотрудница Института Ботаники Литвы доктор биологии Гедре Петкенюене.
Уважаемый г-н Белицкий Высылаем результаты испытаний присланных Вами образцов асфальта. (Далее текст протокола на английском языке)
Dear Dr. G.Belitsky
Как видно из этого документа, в образцах разрушенного асфальта обнаружены живые микроорганизмы. Интересно отметить, что некоторые из них довольно экзотические, например, один из видов плесени является тем, которая ранее была найдена в гробнице фараона Тутанхамона. Найденные микроорганизмы были помещены в питательную среду, содержащую значительное количество углеводородов нефти, но и там несколько видов продолжали жить и размножаться.
Протокол испытаний подтверждает существование в асфальте микроорганизмов. Это - необходимое условие, но ещё не достаточное, чтобы доказать значительное или хотя бы какое либо их влияние на разрушение асфальта. Поэтому был проведен ещё один эксперимент по проверке влияния микроорганизмов на прочность дорожного покрытия. Изготавливать и испытывать образцы асфальтобетона – дело дорогое. Из-за отсутствия финансовых средств было выбрано провести исследование только связующего асфальтобетона – битума. Суть, методика и результаты испытаний изложены ниже в прилагаемом акте.
АКТ ИСПЫТАНИЙобразцов битума на устойчивость к воздействию окружающей среды
1. Задача. Изучение влияния условий окружающей среды на свойства битума, применяемого в качестве связующего при производстве асфальтобетона, и подтверждение эффективности предлагаемого способа увеличения срока службы асфальтобетона.
2. Описание образцов. Битум тонким слоем был нанесен на несколько металлических пластинок, на каждую с одной её стороны. Материал металлических пластинок - пружинная нержавеющая сталь типа 1Х12, размеры - 0,1х12,5х45 мм. Размеры слоя битума - (0,25±0,05)х12,5х30 мм. Вес слоя битума на каждой металлической пластинке приблизительно 0,1г. Битум был взят из свежих запасов, предназначавшихся для производства асфальтобетона. Всего было изготовлено 18 образцов.
3. Методика эксперимента. Образцы были закреплены в чашках Петри по 6 штук в каждой чашке так, чтобы они не касались битумом друг друга и стенок этих чашек (фиг.1). Всего было заполнено образцами 3 чашки Петри. В чашках “I” и “G” были сделаны отверстия диаметром 3 мм по 12 шт. в каждом корпусе и в каждой их крышке. В центре этих чашек были закреплены тканевые мешочки с навесками песка по 20 г. В мешочек из черной ткани чашки “I” было добавлено вещество – 0,5 г одного из предложенных стабилизирующих составов. Мешочек из белой ткани чашки “G” не содержал добавок. Чашки Петри “G” и “I”, закрепленные на нижней поверхности алюминиевой пластины размерами 5х350х600 мм, были помещены с нею в выемку асфальтового покрытия. В эту выемку, находящуюся на проезжей части одной из дорог Израиля, стекала с покрытия дороги загрязненная дождевая вода и находилась в ней почти весь зимний период - с ноября 1999 г. по февраль 2000 г., заполняя внутренность чашек Петри. Затем чашки с образцами были извлечены из этой выемки и ещё 2 весенних месяца содержались вблизи от этой дороги на открытом солнце, причем образцы почти всё время были влажными, поскольку в чашки периодически заливали дождевую воду, собранную в зимний период из указанной выемки и других углублений дорог Израиля. По окончании этого влияния условий окружающей среды, образцы были извлечены, и поверхность их была исследована визуально и под микроскопом. Чашка «К» с образцами хранилась на воздухе в комнатных условиях.
Поверхность образцов, из чашки “G” оказались покрытой глубокими изъянами и трещинами. Поверхность образцов, из чашки “I” не имела таких изъянов, на нее также, как и в чашке “G” осели мелкие частички из загрязненной дождевой воды. Поверхность образцов из чашки “K” осталась блестящей и чистой, без каких либо видимых изменений.
Затем были произведены механические испытания по методике, близкой к рекомендуемой стандартом ГОСТ 11507-78. Описанные выше стальные образцы с нанесенным на них битумом подвергались многократному изгибу при одинаковой для всех образцов температуре 0oС. Приспособление для испытаний (электромеханический привод) показано на фиг.2. В его зажимах закреплялся образец, все это помещалось в термокамеру, выдерживалось 10 – 15 минут и затем в той же термокамере электромеханическим приводом производилась деформация образца от его распрямленного состояния до изгиба почти в полное кольцо диаметром около 15 мм. Было испытано по 2 образца из каждой чашки. Битум лопнул и отслоился на одном образце из чашки “G” при 8-ом изгибе. На другом образце из той же чашки это произошло при 12-ом изгибе. Образцы из других чашек Петри выдержали без изменений по 20 изгибов. Фотографии образцов после испытаний показаны на фиг. 3.
4. Выводы.1. Нахождение битума в условиях окружающей среды ухудшает его механические свойства.
2. Предлагаемая добавка позволяет сохранять механические свойства битума.
Подписи:
Д-р Э.Добрускин – специалист по гражданскому строительству
Д-р И.Гумина – специалист по микробиологии
Д-р Г.Белицкий – физик, специалист по технике измерений
Инж. В.Гринберг – специалист по дорожному строительству
2000-09-14
Фиг.1. Образцы в чашках Петри
Фиг.2. Приспособление для механических испытаний с закрепленным в нем образцом
Фиг.3. Образцы после механических испытаний
Как указано в данном акте, была использована стабилизирующая добавка, которая была размещена в одной из чашек Петри с образцами битума. В патенте РСТ /4/ показывается целесообразность применения различных добавок, подавляющих развитие микроорганизмов. Указывается один из рецептов добавки. Другие составы добавок и технология их внесения являются "Know how" авторов.
Из этого акта испытаний следует, что устойчивость битума к воздействию окружающей среды существенно увеличивается. Если найденная причина деградации асфальтобетона является единственной или хотя бы основной, то можно ожидать, что применение добавки даст значительный экономический эффект. Приведем ориентировочный расчет этого эффекта:
В настоящее время в Израиле цена изготовления тонны асфальтобетона составляет 60 - 90 новых шекелей. С учетом расходов по доставке материала и укладке покрытия тонна уложенного асфальтобетона обходится заказчику в сpеднем 130 шек.
32 асфальтовых завода производят в Израиле около 5,000,000 тонн асфальтобетона в год. Таким образом, расходы страны на по¬кpытие дорог, составляют
130шек/т * 5млн.т/ год = 650 млн.шек./годСредний срок службы покрытия около 10 лет. Если он будет продлен хотя бы на 3 года, то это со-ставит удлинение срока службы на 30%
3/10 = 0.3 =30%Ожидаемые дополнительные расходы на добавку не более 10 шек. на тонну асфальтобетона, то есть цена покрытия возрастет приблизительно на 8%.
10шек. / 130шек. = 0.0 8 = 8%Итого, чистая экономия в год только в государстве Израиль более 100 млн.шек
[650млн.шек./год * (30%-8%)] = 143 млн.шек./годОчень много, трудно в это поверить, необходимо проверить.
Технологическая линия выпуска асфальтобетона должна быть дополнительно снабжена бункером для добавки и дозатором расхода. Указанное оборудование стоит не более 60 тыс.шекелей. Эти расходы для среднего по величине завода окупятся приблизительно за неделю работы. Для организации промышленного производства на сущест¬вующем заводе не требуется дополнительного персонала и почти не нужно дополнительных площадей.
Для проверки изложенного здесь способа целесообразно (наверное, и необходимо) уложить небольшой опытный участок покрытия дороги хотя бы один километр с внесенной в асфальт добавкой. Однако на это требуется разрешение от государственных органов, некоторые денежные средства для приготовления асфальтобетона с добавкой и для наблюдения за его состоянием в течение нескольких лет.
Изобретатели и авторы идей обычно являются плохими бизнесменами, что имеет место и в данном случае. Работа за более чем 10 лет не продвинулась к внедрению. Может быть, публикация на данном сайте поможет делу.
БлагодарностиПроведение описанных исследований было бы невозможно без совершенно бескорыстного участия уважаемых помощников:
Д-р Гедре Петкенюене, инж. Вениамин Гринберг, инж. Александр Авербух, писатель Григорий Канович, инж. Михаил Блументаль, д-р Владимир Белицкий, д-р Электрон Добрускин и д-р Инна Гумина.
Литература.
1. Либерман Л.Д. и др. Научный отчет Института строительных конструкций. Москва, 1965.
2. Феликс Губерман. Что вытворяет дорожное лобби.
http://www.razgovor.org/projects/article43/
3. Микробы борются с разливами нефти.
http://www.cbio.ru/modules/news/article.php?storyid=1431
4. Г.Белицкий, В.Белицкий. М. Блументаль. Method of Increasing Durability of
Asphalt Road Coating and Bitumen Mastic. WO/2008/032303, International
Application . No PCT/IL 2006/0011079, Filed 14-09-2006
Передано автором 10 мая 2011 г.
Для обсуждения на семинаре
