Трехмерная печать в строительстве стала если пока и не привычной, то довольно распространенной. Ежегодно новые разработки в этой сфере демонстрируются на ведущих мировых выставках; ролики в YouTube, показывающие процесс печати как отдельных строительных фрагментов, так и зданий целиком, собирают миллионы просмотров. А как обстоят дела с внедрением 3D-печати в дорожное строительство и ремонт? Давайте разберемся.
Выбоины, трещины, сколы дорожного полотна… Если для дорожников ликвидация этих явлений представляет собой ежедневную сферу приложения усилий, то для автомобилистов они в любой день могут стать не только причиной повреждения транспортных средств, но и причиной аварий, угрозой для здоровья и жизни. Для пешеходов, к слову, тоже. Поэтому оперативный и плановый ремонт, а также своевременная замена дорожного покрытия — задача не просто важная, а в прямом смысле жизненно важная. И такой каламбур, учитывая состояние дорог в большом числе российских регионов и связанную с этим фактором статистику дорожно-транспортных происшествий, звучит совсем не весело…
Очевидно, что и дорожный ремонт, и дорожное строительство требуют инновационных технологий, которые улучшили бы качество покрытия и сделали отремонтированные участки автодорог более безопасными для движения. Одна из таких технологий, с которыми сегодня активно экспериментируют в разных странах, и прежде всего в США, — использование трехмерной печати, как для заполнения асфальтобетоном поврежденных участков, так и для создания больших участков дорожных одежд. Человек с хрестоматийным американским именем Джон Смит разработал принципиально новый принтер-асфальтоукладчик для ремонта дорог. Для того, чтобы воплотить идею в жизнь, в 2015 году он основал стартап Advanced Paving Tech и собрал средства, достаточные для дальнейшей работы над своим изобретением. Кроме группы единомышленников Джон Смит привлек к работе по усовершенствованию принтера-асфальтоукладчика специалистов исследовательского центра Университета Калифорнии в Дэвисе. Благодаря такому сотрудничеству дорожно-ремонтная машина Смита должна научиться печатать качественнее, быстрее, точнее, экономичнее; вопрос экологичности нового метода «дорожной печати» при этом также принимается во внимание.
Как же именно действует принтер-асфальтоукладчик? В его работе можно выделить три этапа. На первом он трехмерным лидаром сканирует геометрию повреждения — например, выбоины. Затем с помощью специальной компьютерной программы моделирует виртуальную дорожную карту. И наконец, укладывает согласно ей асфальтобетон слой за слоем, используя технологию мультисегментированной переменной стяжки.
Говоря о преимуществах нового метода дорожного ремонта, прежде всего нужно отметить более плотные и гладкие слои укладываемого в выбоину материала. Кроме того, никакой специальной обработки выбоины кроме ее элементарной очистки не требуется — это позволяет существенно сократить время ремонта, что принципиально на дорогах с большим трафиком. Еще один важный момент: количество спецтехники и оборудования при таком способе ремонта равно одной единице — это собственно принтер-асфальтоукладчик Джона Смита.
Интерес к инновационной разработке проявили как по ту, так и по другую сторону Атлантического океана. В частности, среди заинтересованных компаний — Transtec Group и Century Construction, обладатели патентов на производство дорожно-ремонтных работ в Соединенных Штатах и Евросоюзе.
Впечатляет? Да, несомненно. Однако в Северной Америке большая часть дорог сделана из бетона — да и в Европе таких немало; в последние годы интерес к дорожным покрытиям из бетонного полотна растет и в России. Миллионам километров таких дорожных одежд устройство, укладывающее асфальтобетон, мало чем полезно: укладывать большие участки дорожного полотна оно не может — строго говоря, его вообще правильнее было бы называть дорожно-ремонтником, а не асфальтоукладчиком… Но уже существует и принтер-бетоноукладчик: этот образец дорожно-строительной спецтехники был представлен также в США, на мероприятии под названием International Manufacturing Technology Show. 3D-бетоноукладчик способен печатать километры автодорог из смеси бетона и полимерных смол. Такие дорожные одежды характеризуются большой прочностью, устойчивостью к вибрации, а также стойкостью к действию атмосферных осадков и льда. Срок службы подобных покрытий намного больше, чем у уже существующих; по этой причине американская специализированная пресса уже окрестила разработчиков принтера-бетоноукладчика «создателями бессмертных дорог». Возможно, прессу также вдохновляло при этом само название проекта: он именуется Infinite-Build, что-то вроде «вечнострой» (не путать с долгостроем!).
Принтер-бетоноукладчик, следуя указаниям компьютерной программы, укладывает слоями бетон — чем выше слой, тем больше в нем полимерных смол. Но цельности дорожного полотна это не помеха, а, скорее, наоборот: микротрещин, разломов, участков, неоднородных по плотности, в таком бетоне нет — высыхая, он становится устойчивым к сильным и разнообразным нагрузкам. Кроме всех перечисленных выше достоинств, такое покрытие способно обеспечить более прочное сцепление с колесами автомобиля — а разметка, нанесенная на него, будет, образно говоря, вечной. Перспективы экономии на ремонте для владельцев такой дороги также весьма заманчивы.
Разработчики Infinite-Build рассчитывают за двадцать-тридцать лет видоизменить две трети дорожной инфраструктуры Соединенных Штатов, причем не только автодороги, но и объекты инфраструктуры — тоннели, мосты. Потенциал проекта уже вызвал интерес Фонда Рокфеллера.
Однако то, что хорошо для федерального правительства, не столь хорошо для других. Перспектива создания «вечных» дорог, мостов, тоннелей и прочего принтером-бетоноукладчиком, управляемым компьютерной программой, лишит работы многие тысячи специалистов — дорожно-строителей, операторов спецтехники и ремонтного оборудования. Востребованными в отрасли будут, пожалуй, только диспетчеры, наблюдающие за машинами, и обслуживающие бригады, весьма малочисленные в масштабах страны. Многим из тех, кто мог бы выступить в роли инвесторов Infinite-Build, такая перспектива совсем не по душе. Некоторые эксперты высказывают мнение, что принтер-бетоноукладчик найдет признание в Европе скорее, чем в Штатах. Добавим, в России, где сторонники дорог из бетона заметно активизировались, эта технология также могла бы найти себе применение.
Разумеется, принципиально новые типы машины для дорожного ремонта и укладки дорожных покрытий, какими бы инновационными они ни были, не решат вопроса перехода автодорог в принципиально новое состояние. Как это очевидно на примере проекта Infinite-Build, новым машинам должны соответствовать и новые материалы. И таких материалов в мире создается немало. Не имея возможности охватить даже самые перспективные из них в рамках одной журнальной статьи, мы перечислим здесь лишь несколько. Все они были упомянуты в рамках обзора уважаемого журнала «Популярная Механика».
Первый из их числа — дорожное покрытие Durawhisper, позволяющее строить шумоподавляющие и одновременно относительно (если сравнивать с теми, что ограждены шумозащитными щитами) недорогие автотрассы. Согласно этой технологии, асфальтобетон смешивается с резиновой крошкой — в результате получается поверхность, поглощающая большинство акустических колебаний. Приготовление тонн такой смеси позволяет решить и насущный вопрос утилизации ненужной резины — прежде всего автомобильных покрышек.
Вопрос экологии имел значение и для разработчиков другого продукта — дорожного покрытия Duraclime. Компания Lafarge ставила целью создать дорожное покрытие, которое даже во время и сразу после укладки пахнет меньше и не так резко, как большинство видов асфальтобетона. Но это не самое главное. Важнее, что в процессе производства Duraclime используется меньше нефтепродуктов, а цена готового продукта не превышает стоимости асфальтобетона, приготовленного согласно стандартной технологии.
ще одна инновация Lafarge — пористое покрытие из асфальта или бетона, способное впитывать атмосферные осадки. Собранная таким образом вода, проходя через такое дорожное покрытие, до определенной степени очищается и, собранная специальной водоотводной системой, может быть использована в различных целях. Пока реализация этой технологии оказывается довольно дорогостоящей, и разработчики проводят испытания, которые помогут снизить ее стоимость. А заодно испытывают покрытие в природных зонах, где бывают сильные сезонные морозы. При этом уже сегодня система на основе пористого бетона или асфальтобетона будет эффективной и при этом экономически оправданной, скажем, для парковок или пешеходных дорожек.
Отдельная тема — покрытия, полностью или по большей части состоящие из продуктов вторичной переработки. О таких продуктах можно говорить очень и очень долго — что, собственно, и делают экологи, опуская вопросы экономичности и эксплуатационных характеристик или низводя их до уровня вторичных. Тем не менее в этой области производства дорожных покрытий есть по-настоящему удачные, сбалансированные продукты. Такие, к примеру, как Vegecol. Технологию приготовления этой смеси североамериканская компания Canadian Road Builders Inc. разработала на основе стопроцентно растительного сырья.
И наконец, в заключение — пример приложения инноваций, прямо не относящийся ни к спецтехнике, ни к сырью, но, несомненно, их дополняющий. Специалисты конструкторского бюро Alberta Roadbuilders & Heavy Construction Association придерживаются мнения, что инженерные расчеты, выполненные на основе современных моделей, позволяют идеальным образом строить развязки, перекрестки, многоуровневые магистрали, не только уменьшая пробки и сокращая расстояния до оптимальных, но и существенно экономя на материалах и эксплуатации дорожно-строительной спецтехники. И в этом канадские инженеры совершенно правы.
