СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИХСЯ ДОРОЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

УДК (66.094.29+54.18)-(691.168+691.3) DOI: 10.22227/1997-0935.2020.10.1407-1424

Состояние и перспективы развития технологии самовосстанавливающихся дорожных материалов

С.С. Иноземцев, До Тоан Чонг

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

(НИУ МГСУ); г. Москва, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. В настоящий момент не существует единой методологии контроля способности материала к самовосстановлению, так как отсутствуют критерии, характеризующие способность материала самостоятельно реагировать на условия и предпринимать меры по ликвидации неблагоприятного эффекта для свойств или структуры материала. Все методы оценки самовосстанавливающейся способности материалов сводятся к расчету коэффициента относительного изменения измеряемого показателя. «Самовосстанавливающийся» материал — это материал, способный инициировать процесс по ликвидации структурных дефектов, скорость протекания которого превышает скорость их самопроизвольного роста, а стойкость к эксплуатационным условиям сформированной структуры не меньше первоначальной. Разработка решений, позволяющих реализовать указанный принцип, даст возможность увеличить срок эксплуатации материалов.

Материалы и методы. Использован комплекс общенаучных логических методов исследования, основанных на теоретическом анализе технологических решений, представленных в научно-технической литературе, информационных ресурсах разработчиков и средствах массовой информации, патентах, научных статьях и отчетах. Результаты. Реализация технологии самовосстановления в асфальтобетоне сопряжена с его структурными особенностями и термопластичными свойствами. Результат процесса самозалечивания — восстановление целостности структуры физико-химических связей посредством смачивания поверхностей трещин, диффузии молекул между поверхностями и произвольного рассеяния молекул, обеспечивающего упрочнение. Равномерность процесса само- ^ ^ восстановления в объеме материала может быть достигнута с помощью технологии инкапсулирования функцио- е ф нальных агентов и введения их в состав совместно с другими компонентами на стадии приготовления асфальтобе- 5 тонной смеси. к и

Выводы. Существующие технические решения позволяют получать капсулы, содержащие восстанавливающий я

G)

агент до 90...94 % от общего объема. Необходимо формулирование общих требований и показателей качества самовосстанавливающихся материалов для строительства, характеризующих степень их эффективности в зависимости от условий применения. Положения теории адгезии могут быть использованы при реализации технологии самовосстановления.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: самовосстановление, асфальтобетон, дорожное покрытие, капсулы, умный материал, адгезия ^ ^

< 9

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 19-79-00262). О 9

Г о

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Иноземцев С.С., До Тоан Чонг. Состояние и перспективы развития технологии самовос- 1 з станавливающихся дорожных материалов // Вестник МГСУ 2020. Т. 15. Вып. 10. С. 1407-1424. DOI: 10.22227/1997- О < 0935.2020.10.1407-1424

П ^ -

и С/3

с ^

Technology of self-healing road pavements: current status and development prospects n 4

w

CO

о

r §6 h§

Sergei S. Inozemtcev, Toan Trong Do

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); t ©

Moscow, Russian Federation r 5' _ • )

v •

ABSTRACT I O

Introduction. Presently, there exists no unified methodology that could control self-healing properties of materials due to § 1 the lack of criteria characterizing the ability of materials to respond to impacts and to cope with adverse effects produced on q 5 their properties or structure. All assessment methods applied to self-healing properties of materials are reduced to the calculation of the ratio of relative changes in the value of parameters to be measured. A "self-healing" material is a material capable of initiating liquidation of structural defects, so that the rate of this process could exceed the one of spontaneous s □ propagation of defects, while the resistance of the new structure to operating loads is not lower than the initial one. Develop- ^ C ment of solutions, capable of implementing this principle, will ensure longer service lives of materials. Q Q

Materials and methods. A set of general methods of logical research was applied. These methods are based on the theoretical analysis of process solutions presented in professional editions, information resources maintained by their developers and in mass media, patents, research articles and reports. O O

Results. The self-healing technology is applicable to asphalt concrete with regard for its structural features and thermoplastic properties. Self-healing means restoration of the structural integrity of physical and chemical bonds by moistening crack

ui n

о о

10 10 о о

© С.С. Иноземцев, До Тоан Чонг, 2020

Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

surfaces, diffusion of molecules between them, and arbitrary dissipation of molecules to ensure reinforcement. Self-healing process uniformity is attainable by applying the technology of functional agent encapsulation so that it could be added to the mix along with other components at the stage of the asphalt concrete mix preparation.

Conclusions. Existing technological solutions can generate capsules that contain the recovery agent in the amount of up to 90...94 % of the total volume. General requirements and quality standards that apply to self-healing materials, used in construction, must be developed to identify their efficiency depending on application conditions. Provisions of the adhesion theory can be applied to the self-healing technology in the course of its implementation.

KEYWORDS: self-healing, asphalt concrete, road pavement, capsules, smart material, adhesion

The study was funded by the grant from the Russian Science Foundation (Project No. 19-79-00262).

FOR CITATION: Inozemtcev S.S., Toan Trong Do. Technology of self-healing road pavements: current status and development prospects. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2020; 15(10):1407-1424. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.10.1407-1424 (rus.).

О о

N N

О О

N N

О о

г г

К <D

U 3

> (Л

с и

to in

in щ

¡1

<U ф

О ё

(Л

ю

.Е о cl"

• с Ю о

S «

о Е

СП ^ т-

Z £ £

ОТ °

■S £

il

О (0

ВВЕДЕНИЕ

В мировой практике одной из актуальных тематик проводимых исследований является поиск технологических решений, направленных на повышение долговечности строительных материалов, приводящей к увеличению периода эксплуатации изделия или конструкции. Условия эксплуатации естественно варьируются в широком диапазоне как по видам факторов, так и по их интенсивности. Для дорожных строительных материалов характерны следующие факторы: статические или динамические механические нагрузки, периодичность климатических условий (температура, влажность, ультрафиолет, кислород и др.), воздействие антропогенных и естественных химических и биологических агентов. Вследствие высокой вариативности суперпозиции воздействия факторов, как правило, предлагаются технологические решения, нацеленные на нивелирование влияния только некоторых факторов, считающихся ключевыми. На практике восстановление работоспособности изделий и конструкций достигается посредством организационных мероприятий (ремонтно-восстановительные работы), сопровождающихся закономерными экономическими затратами.

С развитием строительной отрасли возрастает потребность в использовании материалов, обладающих уникальным набором свойств, которые способствуют как увеличению функциональной эффективности конструкций, так и снижению материалоемкости производства. Перспективное решение в области материаловедения, ориентированное на увеличение долговечности конструкций, — создание «умных» материалов (smart materials), способных в процессе эксплуатации контролируемо изменять свойства под влиянием искусственных воздействий или естественных эксплуатационных факторов [1, 2]. Главным условием классификации материала как «умного» служит обеспечение контролируемых изменений структуры, свойств или функционального состояния, интенсивность которых прогнозируется на стадии проектирования состава материала, а реализация происходит в процессе производства. Для дорожного строительства

перспективный вид умных материалов — это материалы, обладающие способностью восстанавливать собственную функциональность в конструкции, предусмотренной его назначением, которую принято называть «самовосстановлением» или «самозалечиванием» (self-healing) [3].

Однако у механизмов деструкции материала существенно меньше вариативности факторов, что позволяет предполагать возможность разработки новых технологических решений, направленных на устранение последствий неблагоприятного структурообразования материала в эксплуатационный период. В частности, результатом процесса накопления и развития дефектов является образование и рост трещин до критических размеров, после достижения которых начинается самопроизвольный их рост (последнее четко показано А.А. Гриф-фитсом в 1920 г. [4]). В этой связи естественным и принципиальным решением служит размещение в объеме материала фазы, способной ликвидировать трещины и не быть подверженной или мало подверженной к деструкции в условиях эксплуатации материала. При этом важно отметить, что вследствие структурных ограничений запас восстанавливающей фазы должен проектироваться на стадии разработки материала и локализоваться в зонах, подверженных интенсивному трещинообразованию.

Важно конкретизировать термин «самовосстанавливающийся» материал. Как правило, кинетика изменения структурно-чувствительного параметра F материала описывается дифференциальным уравнением [5]:

dF

dt

а его решение имеет вид:

- = -k,Fn

m

F (0)

= -1- k

1 - n

fK"

(1)

где Е(0) — значение структурно-чувствительного параметра в начальный период времени; п, кг — энергетическая и кинетическая константы; / — время.

Кинетика изменения значения структурно-чувствительного параметра для обычного и самовосстанавливающегося материала представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема кинетики изменения структурно-чувствительного параметра: 1 — обычного; 2 — самовосстанавливающегося материала

Fig. 1. The graph describing the kinetics of changes

in a structure sensitive parameter: 1 — of a regular material;

2 — of a self-healing material

Для обычного материала изменение структурно-чувствительного параметра в течение эксплуатации описывается в соответствии с формулой (1), для которой энергетическая и кинетическая константы п1 и kll характеризуют интенсивность процесса деструкции. Описание для самовосстанавливающегося материала отличается наличием трех стадий изменения структурно-чувствительного параметра. На стадии I изменение структурно-чувствительного параметра F(t)1/F(0) также можно описать с помощью зависимости (1). Однако в момент наступления минимального допустимого значения структурно-чувствительного параметра, в соответствии с которым проектируется состав материала, наступает II стадия самовосстановления материала. Учитывая, что скорость протекания этого процесса должна быть минимальной, его описание может быть выполнено с помощью линейной зависимости F(t)2/F(0) = a(t - t) + F(t)1/F(0), где a — скорость процесса самовосстановления; tc — время, при котором достигается критическое значение F(t¡) и возникает необходимость реализации мер по восстановлению материала. Момент времени t является оптимальным для начала процесса самовосстановления, эффективность которого определяется коэффициентом a > 0. После завершения этапа самовосстановления изменение структурно-чувствительного параметра на стадии III также описывается уравнением (1), для которого эффективность самовосстановления будет обеспечиваться при значениях энергетической и кинетической констант

П2 ^ П1 и К ^ К

Анализ уравнений показывает, что скорость достижения критического состояния материала, характеризующегося его функциональным отказом и необходимостью устранения дефектов, возрастает с увеличением энергетической и кинетической кон-

стант. При этом долговечность материалов обеспечивается при п и kt ^ 0.

В этой связи «самовосстанавливающийся» материал — это материал, способный инициировать процесс по ликвидации структурных дефектов, скорость протекания которого превышает скорость их самопроизвольного роста, а стойкость к эксплуатационным условиям сформированной структуры не меньше первоначальной.

Таким образом, разработка решений, позволяющих реализовать указанный принцип, который даст возможность увеличить срок эксплуатации материалов, является актуальной задачей исследований в области материаловедения, в том числе в направлении дорожного строительства.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Тенденция развития научных изысканий в области технологии самовосстановления показывает (рис. 2), что в данном направлении количество публикаций с каждым годом увеличивается, из которых доля работ в области дорожных материалов к 2019 г. достигла 3,3 %.

2500

2000

1500

п а.

с 1000

500

__жшШ

пппПП II II II II II II II II I

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Год.' Year

Рис. 2. Изменение количества публикаций

по направлению «self-healing» (по данным

www.scopus.com от октября 2020 г)

Fig. 2. A change in the number of publications covering

the issue of "self-healing" (as of October, 2020,

www.scopus.com)

В строительном материаловедении технологии, предусматривающие самовосстановление, применяются как в полимерных материалах, так и бетонах на основе гидравлических или органических вяжущих. Закономерно, что для различных типов строительных материалов механизм самовосстановления различен [7-11]. При этом как традиционные цементные бетоны, так и полимербетоны и асфальтобетоны могут обладать собственным потенциалом к самовосстановлению.

Традиционно в составе бетона цемент занимает от 10 до 30 % объема, из которых 20-30 % остается негидратированным. Количество цемента в объеме

< п

iH G Г

О со

n S

У ->■

J to

u-

^ I

n 0

О 3

о о

о i n

Q.

CO CO

n 0 0

0 6 r 6

• ) 15

® w

л * 01 П ■ т

s У с о

<D Ж 1 1 оо

О О 10 10 О О

о о

сч N

о о

N N

о о

г г

К <D

U 3 > (Л

С И

U ш

ю щ

il

ф ф

О ig

от от

.Е О

• с Ю о

S «

о Е

СП ^ т-

Z £ £

ОТ °

2 3 ■S

Ig ^ iE 3s

О tn

бетона, не вступившего в реакцию, зависит от степени дисперсности цемента и водоцементного соотношения. В процессе эксплуатации конструкций из такого бетона в условиях естественного трещи-нообразования внутрь материала может проникать вода, которая, воздействуя на зерна цемента, будет способствовать гидратации, продукты ее реакции, заполняя трещины, обеспечат эффект самовосстановления структуры [12]. Проблемой реализации технологии, учитывающей гидратационный потенциал цементных зерен внутри бетона, является сложность прогнозирования доступа необходимого количества воды для запуска процесса и прогнозирования степени гидратации, необходимой для образования продуктов реакции, достаточных для купирования единицы объема дефекта, поры.

Однако особенности гидратационного потенциала могут быть использованы при производстве асфальтобетона на основе наполнителя с применением цемента, когда проникающая под битумные пленки вода содействует началу процесса гидратации и образующиеся кристаллы гидросиликатов, пронизывая пленку, увеличивают сцепление и препятствуют ее отслоению [13].

Большее распространение среди решений, направленных на самовосстановление, получили разработки с использованием алкалифильных эндо-спорообразующих бактерий [14-20], запускающие процесс биоминерализации бетона с последующим осаждением кальцита [21]. Для обеспечения восстанавливающего процесса используются бактерии рода Bacillus, которые в составе бетона присутствуют совместно с кальциевой солью молочной кислоты (лактатом кальция) и питательными добавками [22-24]. Бактерии начинают свою жизнедеятельность после взаимодействия с водой, расходуют кислород, питаясь лактатом кальция, который впоследствии преобразуется в карбонат кальция. Таким образом, растворимый лактат кальция преобразуется в нерастворимый кальцит, который в результате способствует купированию трещин и пор внутри материала, препятствуя прониканию влаги и повышая морозостойкость [25]. При этом расходование кислорода бактериями дополнительно содействует повышению коррозионной устойчивости армирующих элементов [26].

Для предотвращения преждевременной активации процесса жизнедеятельности применяются бактериальные носители, которые концентрируют в себе споры и предотвращают их контакт с водой затворения цемента в процессе приготовления бетонной смеси.

В работах [27] в качестве носителя бактерий использовался керамзитовый наполнитель, который насыщался совместно c раствором питательной среды и добавлялся в состав бетонной смеси как заполнитель. Однако невысокая прочность используемого заполнителя приводит к снижению предела прочности при сжатии бетона до 50 %.

Альтернативным способом инкапсулирования спор бактерий и питательных веществ является гидрогель, обладающий способностью поглощать и удерживать влагу [28]. Представленный метод инкапсулирования позволил за счет купирования карбонатом кальция трещин шириной до 0,5 мм снизить водопроницаемость на 68 %.

Наибольшее распространение среди способов инкапсулирования восстанавливающих агентов получили различного вида капсулы, изготовление которых осуществляется на основе полимерных соединений, формирующихся при отверждении капсулы [29-33].

Основная проблема применения капсул с восстанавливающим агентом — снижение физико-механических свойств бетона. Кроме того, с учетом большого количества различных методик синтеза инкапсулированных модификаторов для самовосстановления, в настоящий момент отсутствует достаточно данных, подтверждающих улучшение физико-механических свойств после восстановления.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Реализация технологии самовосстановления в асфальтобетоне сопряжена с его структурными особенностями и термопластичными свойствами. Учитывая особенности свойств битума, увеличение прочностных характеристик асфальтобетона, установленных нормативными документами, не обеспечивает его долговечность в эксплуатационных условиях [34-36]. При этом повышение предела прочности асфальтобетона при высоких температурах закономерно приводит к увеличению предела прочности при отрицательных температурах, что отрицательно отражается на его хрупкости.

Поэтому обеспечение баланса между максимальной прочностью при положительных температурах с минимальной хрупкостью будет одним из условий обеспечения долговечности. Долговечность, представляемая максимальным возможным сроком эксплуатации асфальтобетонного покрытия, в период которого сохраняется его эксплуатационная пригодность и не осуществляются его ремонт или восстановление, достигается за счет неизменности или постоянства состояния структуры материала, которое в течение времени обеспечивает способность в равной степени реагировать на внешние воздействующие факторы без образования дефектов. При этом в процессе эксплуатации дорожного покрытия под воздействием погодно-климатиче-ских факторов и нагрузки автомобильного транспорта в асфальтобетоне происходят необратимые процессы, приводящие к образованию дефектов и нарушению сплошности структуры.

Долговечность асфальтобетона обратно пропорциональна скорости протекания деструктивных процессов и их интенсивности. Таким образом,

для обеспечения увеличения сроков службы асфальтобетонного покрытия необходим поиск научно обоснованных решений, позволяющих в период эксплуатации обеспечить длительность состояния структуры асфальтобетона без дефектов за счет придания ему уникальных свойств, дающих возможность самостоятельно восстанавливать целостность композита и его способность сопротивляться внешним воздействующим факторам.

Традиционным решением, обеспечивающим продление срока службы асфальтобетонного покрытия, является применение различного рода пропиток, которые используются на этапе эксплуатации с целью предотвращения развития первичных дефектов [37-41]. Пропитывающие составы после обработки поверхности асфальтобетонного покрытия диффундируют внутрь материала, восстанавливая молекулярный состав битумного вяжущего, что приводит к снижению жесткости [42, 43].

Основным компонентом таких пропитывающих составов, омолаживателей (ге|иуепа1ог), выступают низкомолекулярные органические соединения, которые, растворяясь в битуме, компенсируют потери мальтеновых фракций при старении в процессе эксплуатации [44-51].

Однако, в зависимости от реологических свойств, омолаживающих состав, их проникающая способность в объем асфальтобетонного покрытия не превышает 20 мм [52], в результате чего эффект восстановления распространяется только на приповерхностные слои покрытия. Необходимость остановки дорожного движения также является недостатком технологии восстановления состояния асфальтобетонного покрытия с помощью пропитывающих омолаживающих составов.

Использование функциональных контейнеров, содержащих омолаживающие, восстанавливающие составы или модификаторы, в виде капсул или полых волокон, позволяет избавиться от указанных недостатков. Реализация подобного решения дает возможность асфальтобетону в процессе эксплуатации самостоятельно реагировать на изменение структуры с целью восстановления функционального состояния, что разрешает относить этот материал к категории «умных» со способностью самовосстановления.

Стоит отметить, что битум как компонент в составе асфальтобетона обладает собственным потенциалом к самовосстановлению, который зависит как от физических, так и химических свойств [53]. Самовосстановление вяжущего в асфальтобетоне проявляется в период отсутствия динамического воздействия, которое направлено на восстановление усталостных повреждений в материале. Степень восстановления в этом случае будет определяться временем отдыха от повторных нагрузок [53-55].

Результатом процесса самозалечивания служит восстановление целостности структуры физико-

химических связей по средствам: смачивания поверхностей трещин, диффузии молекул между поверхностями и произвольного рассеяния молекул, обеспечивающего упрочнение [56, 57]. В битуме самозалечивание может происходить на молекулярном уровне за счет обратимых водородных связей (reversible hydrogen bonding) с образованием новых сшивок и цепей [57-59] через дитопические и три-топические молекулы [59]. Интенсивность процесса восстановления в битуме будет зависеть от температурных условий, в которых он будет находиться в период отдыха от повторных нагрузок. Чем выше температура битума, тем процесс восстановления протекает более интенсивно. Эта особенность битума используется при повторной переработке асфальтобетона (recycling).

Собственный потенциал самовосстановления битума используется при реализации технологии индукционного восстановления асфальтобетонного покрытия, которая была разработана в Делфтском технологическом университете (Delft University of Technology) [61]. В соответствии с трудами [62-64], в состав асфальтобетона вводится 5-7 % металлической фибры, которая в покрытии подвергается воздействию высокочастотного переменного электромагнитного поля с помощью специальной индукционной установки и нагревается. В процессе нагревания металлических волокон битум вокруг них расплавляется выше температуры размягчения, и происходит восстановление, дефекты в вяжущем ликвидируются [54, 65, 66]. При этом повторять процесс «залечивания» допустимо минимум пять раз с равной степенью восстановления (рис. 3).

Недостатком такой технологии является температурный градиент по толщине асфальтобетонного покрытия, который возникает при индукционном нагреве (рис. 4).

< п i Н G Г

0 со

n СО

1 o

y ->■ J со

u-

^ I

n 0

O 3

o o

o i n

Q.

CO CO

Рис. 3. Кинетика изменения максимальной нагрузки [63] Fig. 3. Maximum load change kinetics [63]

n o 0

o 6

A го r 6

t (

•) 15

® w

л * U1 П ■ т

s У с о ® Ж 1 1 о о

2 2 О О 2 2 О О

Температура, °С / Temperature, °С 20 40 60 80 100 120 140

Рис. 4. Зависимость вертикального распределения температуры длительности индукционного нагрева [64] Fig. 4. Dependence of vertical temperature distribution on induction heating time [64]

Так, с увеличением времени индукционного

воздействия мощностью 8,3 кВт и частотой 123 кГц

на образец разница температуры на поверхности

и в объеме на глубине 80 мм может достигать более

о о 90 °С. При этом на максимальном удалении от ис-04 (У

о о точника индукционного воздействия температура N N

^ материала, оптимальная для восстановления, принятая равной температуре размягчения битума —

и з 47,5 °С, не достигается даже при максимальной про> ш

с <п должительности воздействия [64].

щ in Таким образом, использование индукцион-

10 щ ного нагрева для восстановления на всю толщину

2 Е асфальтобетонного покрытия в настоящий момент

о -¡д не является реализуемым. Необходимость разработ-

• ки специального индукционного оборудования уве-

с 2 личивает стоимость производственного внедрения

,!= о технологии. О ф

^ Равномерность процесса самовосстановле-

§ <5; ния в объеме материала может быть достигнута

4 "g с помощью технологии инкапсулирования функци-

5 <о

с ональных агентов и введения их в состав совместно

z -g с другими компонентами на стадии приготовления

от Ü асфальтобетонной смеси. Однако применение ре-

^ § шений использования инкапсулированных модифи-

£ ^ каторов или бактерий в асфальтобетоне сопряжено

g ° с рядом технологических особенностей приготовле-

о iE ния асфальтобетонной смеси.

eg о К капсулам, содержащим восстанавливающий

агент, также предъявляются требования по тер-

от "i= мостойкости и прочности скорлуп, необходимых от °

— 2 для сохранения целостности на этапе уплотнения

Sj Э асфальтобетонной смеси, а использование карбо-

t- ц натпроизводящих бактерий, как модификатора,

^ S невозможно, так как они не выживут при темпе-

| ~ ратуре приготовления асфальтобетонной смеси

13 I от 140 до 185 °С.

И ¡¡> Для производства микрокапсул для асфальтобетона, содержащих восстанавливающий агент,

существуют различные технологии, которые отличаются применяемыми исходными компонентами, сложностью технологического процесса и свойствами продукта.

В работе [67] применяется технология двухста-дийной коацервации для изготовления микрокапсул на основе форполимера метанол-меламин-формаль-дегида, модифицированного метанолом. Технология использования меламин-формальдегида при производстве капсул с омолаживающим агентом является небезопасной с точки зрения экологии [68].

В исследовании [69] рассмотрены варианты получения оболочки капсул для эмульгированного восстанавливающего агента в воде из целлюлозы и полимера.

Авторами [70] предложен трехстадийный способ получения микрокапсул, в котором на первом этапе стирол-малеиновый ангидрид в течение 2-х часов перемешивается с водой, нагретой до 50 °С, а затем в полученный раствор после доведения pH до 10 с помощью NaOH вводится восстанавливающий агент. На втором этапе в полученную эмульсию добавляют метанол-меламин-формальдегид и, перемешивая с заданной интенсивностью, нагревают до 80 °С со скоростью 2 °С в минуту. На заключительном этапе для полимеризации оболочки эмульсия выдерживается 2 часа при 80 °С, после чего полученные капсулы фильтруют и сушат в вакуумной печи.

В работе [71] так же предложена многостадийная технология капсуляции восстанавливающего агента, в которой эмульгированный в воде восстанавливающий агент покрывается оболочкой из мочевины и формальдегида.

Наиболее технологически несложный способ получения микрокапсул предложен авторами [72]. При постоянной скорости перемешивания в воду последовательно добавляются альгинат натрия и восстанавливающий агент. С помощью капельной воронки полученная суспензия делится на отдельные капсулы через раствор хлорида кальция. После фильтрации капсулы сушатся при температуре 40 °С.

Для изготовления кальций-альгинатных капсул использовался альгинат натрия (C0H7O6Na), представляющий собой натриевую соль альгиновой кислоты, экстрагированной из бурых водорослей. С целью исключения влияния особенностей восстанавливающего агента на технологические особенности инкапсуляции в качестве восстановителя применялось традиционное подсолнечное масло.

Альгинат натрия добавлялся в воду в различных пропорциях и перемешивался в течение 2-х минут с помощью верхнеприводной мешалки со скоростью вращения привода не менее 2000 об/мин [72]. В полученную суспензию добавлялся восстанавливающий агент и перемешивался в течение 2-х минут. Полученная эмульсия дели-

лась на капсулы через капельную воронку с выходным отверстием 0,71 см. Деление осуществлялось в водный раствор хлорида кальция, приготовленный заранее в пропорциях СаС12/Н20 = 1/50. После фильтрования и промывки полученные капсулы подвергались сушке в сухожаровом шкафу при температуре 40 °С в течение 12 часов.

Альгинат натрия отличается невысокой смачиваемостью водой, связанной со склонностью отдельных частиц порошка альгината к интенсивной агрегации в воде с образованием агломератов. Эффективное приготовление суспензии с применением альгината достигается принудительным высокоскоростным перемешиванием, обеспечивающим разрушение агломератов. При интенсивном перемешивании, взаимодействуя с водой, альгинат натрия образует коллоидный раствор.

На следующей стадии приготовления капсул суспензия альгината натрия по каплям добавляется в раствор хлорида кальция, где происходит процесс гелеобразования альгината, который возможен при рН ниже 4. Механизм образования альгинатных гелей включает совместное связывание ионов кальция между расположенными в одну линию лентами макромолекул, которые имеют поры или полости размером 0,19-0,20 нм, соответствующие диаметру иона Са+2 [73]. Интенсивное гелеобразование происходит при заполнении пор ионами кальция, обеспечивая поперечное сшивание макромолекул через замещенные катионы натрия №+. После промывки дистиллированной водой отделенные капли альгинатного геля с эмульгированным восстанавливающим агентом подвергаются сушке. В процессе высушивания происходит испарение избытка влаги из геля с уменьшением объема, провоцирующее разрушение эмульсии внутри отдельной частицы

альгинатного геля с последующим образованием кальций-альгинатной капсулы, содержащей восстанавливающий агент.

Авторами всех рассмотренных работ в качестве восстанавливающего агента применяются омо-лаживатели в виде органических масел различной молекулярной массы. Однако механизм действия такого восстанавливающего агента в асфальтобетоне сводится лишь к растворению в нем состаренных в процессе эксплуатации компонентов битума и локального снижения хрупкости.

Результатом процесса самозалечивания является восстановление целостности структуры физико-химических связей в композите посредством смачивания поверхностей трещин, диффузии молекул между поверхностями и произвольного рассеяния молекул, обеспечивающего упрочнение [56]. В битуме самозалечивание происходит на молекулярном уровне за счет обратимых водородных связей с образованием новых сшивок и цепей [57, 58] через ди-топические и тритопические молекулы [59].

В случае с омолаживателями на основе масла, указанные процессы не протекают, поэтому эффекта сращивания молекул битума не происходит. Происходит лишь частичное разбавление компонентов битума в омолаживателе, способствующее снижению потенциала развития трещины.

Результат технологий инкапсулирования — получение контейнеров, содержащих восстанавливающий агент, которые отличаются как исходными компонентами, так и свойствами получаемых капсул. Основные характеристики таких контейнеров с различной формой отражены в табл. 1.

Получаемые различными методами капсулы могут иметь размеры от 10 мкм до 3 мм, в которых в качестве инкапсулированного восстанавли-

Табл. 1. Основные свойства капсул, содержащих восстанавливающий агент Table 1. Basic properties of capsules that contain a healing agent

№ No. Материал капсул Capsule material Форма Shape Размер Size Восстанавливающий агент (ВА) Reducing agent (RA) Объем ВА, % RA Volume, % Ссылка Reference

1 Форполимер метанол-меламин- формальдегид Methanol- melamine- formaldehyde pre-polymer Шар Sphere d = 100 мкм / ^m Подсолнечное масло Sunflower oil — [67, 68]

2 d = 10-20 мкм / ^m Промышленный реювенатор Industrial rejuvenator 50 [69]

3 d = 57,5 мкм / ^m Масло с полярными эпоксидными группами Oil containing polar epoxide groups 80 [71]

4 Сепиолит Sepiolite Шар / Sphere — Промышленный реювенатор Industrial rejuvenator 40 [69]

5 Полимер Polymer Шар / Sphere d = 1-1,3 мм / mm 80 [69]

< П

i H G Г

0 со

n CO

1 o

y ->■ J to

u-

^ I

n 0

О 3

о О

o i

n)

сл '

CO CO

n o 0

o 6

r 6

• ) 15

® w

л * U1 П ■ т

s У с о ® X 1 1 оо

2 2 О О 2 2 О О

Окончание табл. 1 / End of Table 1

№ No. Материал капсул Capsule material Форма Shape Размер Size Восстанавливающий агент (ВА) Reducing agent (RA) Объем ВА, % RA Volume, % Ссылка Reference

6 Альгинат кальция Calcium alginate Шар / Sphere d = 1,95 мм / mm Смесь реюниватора с раствором полимера олефин-малеинового ангидрида A mix of the rejuvenator with the olefin-maleic anhydride polymer solution 56 [74]

l Шар / Sphere d = 2,9 мм / mm Подсолнечное масло Sunflower oil 48 [72]

S Шар / Sphere 46 [75]

9 Шар/ Sphere d = 1,95-2,45 мм mm 90 [78]

10 Шар / Sphere d = 2,5 мм / mm 94 [79]

11 Волокно Fiber d = 0,5 мм / mm l = 1,5 мм / mm l0 [76, 77]

12 Эллипсоид Ellipsoid d = 0,98-1,l4 мм mm 60 [78]

О о

N N

О О

N N

О О

г г

К <D

U 3

> (Л

С И

U m

ю щ

il

<u <u

О ё

.Е о CL О

• с Ю о

S g

о Е с5 °

СП ^

V-

£ £

от °

> i Ü г?

£ ^ iE 35

о (ñ

Примечание: d — диаметр; l — длина. Note: d — diameter; l — length.

вающего агента используются преимущественно растительные масла подсолнечника [67, 68, 71-79]. Альтернативный вариант восстанавливающего агента — промышленный восстановитель (rejunevator), представляющий смесь низкомолекулярных соединений и масел [69-71, 74].

Как правило, капсулы имеют шаровидную или эллипсоидную форму, что облегчает их использование в процесс смешивания с другими компонентами асфальтобетонной смеси. Технология, в которой носителями восстанавливающего агента являются волокна фибры, обладает существенным недостатком: преждевременным разрушением в процессе смешивания и в процессе эксплуатации.

Наибольшее содержание восстанавливающего агента в капсулах достигается в оболочках из альги-ната кальция, что объясняется простотой технологии приготовления и широким диапазоном варьируемых дозировок компонентов.

Получаемые с помощью различных технологий капсулы отличаются как размерами, так и физико-механическими свойствами, которые должны удовлетворять требованиям по прочности, обеспечивающей их целостность во время приготовления асфальтобетонной смеси и ее уплотнения.

Качество технологии самовосстановления складывается из технологических свойств капсул и восстанавливающих свойств инкапсулированного агента. В настоящий момент не существует единой методологии контроля способности материала к самовосстановлению. Это обусловлено отсутствием

критериев, характеризующих способность материала контролируемым образом самостоятельно реагировать на условия и предпринимать меры по ликвидации неблагоприятного эффекта для свойств или структуры материала.

В работе [80] предложены критерии качества, отражающие эффективность материала с самовосстанавливающей способностью: степень восстановления состояния структуры; скорость восстановления состояния структуры; долговечность восстановленной структуры и своевременность инициирования восстанавливающего процесса. Однако для выбора показателей свойств, которые характеризовали бы каждый из критериев качества, необходимо проведение большего количества эмпирических исследований.

Исследуемые авторами [74, 75, 77, 82-85] показатели качества, отражающие самовосстанавливающую способность асфальтобетонов, приведены в табл. 2.

Анализ представленных работ показывает, что все предложенные методы оценки самовосстанавливающей способности материалов сводятся к расчету коэффициента относительного изменения измеряемого показателя:

ИЬ = ^,

Л

где Х0 и Хь — показатель свойств материала до и после самовосстановления, соответственно.

Данный коэффициент, в соответствии с [80], может быть отнесен к категории показателей, отра-

жающих критерий степени восстановления состояний структуры, что является недостаточным для объективной оценки технологических решений.

При этом только в работе [84] в качестве показателя для оценки самовосстанавливающего эффекта материала используются значения усталостной долговечности, которая в большей степени отражает динамическую схему нагружения в дорожной конструкции. В других случаях [74, 75, 77, 81-83, 85] авторами определяются показатели свойств, характеризующие эксплуатационное состояние материала в момент отказа, когда дефектность структуры является предельной, — структура разрушена. Однако в дорожной конструкции инициирование самовосстанавливающего процесса в материале должно происходить на стадии, предшествующей разрушению структуры.

Отсутствие единой системы оценки не позволяет объективно сравнивать эффективность раз-

личных технологических решений по производству микрокапсул с восстанавливающим агентом, а также производить оценку влияния управляющих рецептурно-технологических факторов на процесс самовосстановления и его результат.

Таким образом, в дальнейших работах необходимо усовершенствовать не только технологические аспекты, позволяющие получать капсулы с максимальным содержанием восстанавливающего агента, но и разрабатывать методики оценки эффективности разрабатываемых решений, отражающих степень изменения дефектности структуры и скорость ее изменения во время восстановления, и кинетику образования дефектов в структуре после процесса самозалечивания. Стоит отметить, что установление количественного показателя, отражающего уровень дефектности, при котором инициирование самовосстановления позволяет достичь максимальной эффективности, является одной

Табл. 2. Показатели качества, отражающие самовосстанавливающую способность асфальтобетонов Table 2. Quality indicators demonstrating self-healing properties of asphalt concretes

№ No. Показатель Parameter Условия восстановления Self-healing conditions Эффект, % Effect, % Восстанавливающий агент Reducing agent Ссылка Reference

Время, ч Time, h Температура, °С Temperature, °C

1 Трещиностойкость Crack resistance 20 23±2 14-19 Реюниватор Modiseal R20 Rejuvenator Modiseal R20 [83]

2 20 20±2 — Смесь реюниватора с раствором полимера олефин-малеинового ангидрида Rejuvenator mix with the solution of olefin-maleic anhydride polymer [84]

3 Усталостная долговечность Fatigue life 20 20±2 — [84]

4 Прочность при 3-точечном изгибе 3-point bending strength 4 20±2 73-90 [74, 78]

5 3 20±2 50 Реюниватор Modiseal R20 Rejuvenator Modiseal R20 [77]

6 3 20±2 24 Отработанное подсолнечное масло Waste sunflower oil [77]

7 6-192 20±2 53 Подсолнечное масло Sunflower oil [75]

8 3 20±2 30 [77]

9 6-216 20±2 54-95 [81]

10 5-216 20±2 20-55 [82]

11 Растяжимость Tensility 4 20...22 15-90 Наночастицы Nanoparticles [58]

12 Жесткость Rigidity 0,5-1,5 20...22 80-100 [81]

13 Прочность при разрыве Rupture resistance 6-48 20.22 80 [58]

14 Прочность при изгибе Bending strength 72 30±2 50-89 Реюниватор Rejuvenator [85]

из ключевых задач в области технологии самовосстановления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

Реализация технологии самовосстановления асфальтобетона возможна за счет использования различного рода инкапсулированных модификаторов, которые могут способствовать восстановлению благодаря интенсификации собственного потенциала вяжущего к восстановлению путем омолаживающего воздействия или за счет создания новых адгезионных связей в процессе преобразования восстанавливающего агента.

Процесс формирования новых адгезионных связей можно разделить на два этапа: транспортный и структурообразующий. На первом этапе происходит перемещение рассматриваемого модификатора, выступающего в качестве адгезива, диффузия внутрь матрицы, которая является субстратом, и ориентация молекул в определенном порядке в граничном слое. На втором этапе под действием химических или сил Ван-дер-Ваальса происходит взаимодействие адгезива и субстрата. При этом

о о расстоянии между молекулами, не превышающем (У (У

о о 0,5 нм, действуют ковалентные связи, на расстоя-

N N

, , нии от 1 до 100 нм проявляется действие силы ион-о о

ных связей и сил Ван-дер-Ваальса [86].

о з Для объяснения механизмов формирования > ю

с (П и разрушения адгезионных связей существует не-

щ ю сколько подходов, которые выражаются в отдель-

^ ^ ных теориях адгезии и направлены на обоснование

^ Е влияния различных факторов на адгезионную проч-

о -Ц ность соединения «адгезив-субстрат».

• «* Наиболее простой механизм сцепления опи-

^ 2 сывается в механической теории адгезии [87], со-

^ "<3 гласно которой связи образуются за счет проник-

^ новения адгезива в неровности, трещины, дефекты,

§ шероховатости субстрата, где после затвердевания

4 с формируется большая площадь трения и зоны заО <о

с клинивания, которые препятствуют отделению двух

2 -.д материалов. Прочность такого сцепления зависит

от ^ от свойств поверхности, пористости субстрата

(Л

с § и прочности прослойки адгезива.

£ ^ В соответствии с адсорбционной (молекуляр-

° ной) теорией адгезии [88] прочность адгезионного

о Е соединения объясняется действием межмолеку-

с5 о лярных сил взаимодействия адгезива и субстрата за счет образования связей между полярными функ-

от с циональными группами. Возникающие в результате

2 такого взаимодействия связи обладают невысокой

У Э прочностью и могут быть нарушены изменением

^ ц температуры.

^ Ш Образование адгезионных связей за счет хи-

~ мического взаимодействия адгезива и субстрата

¡3 рассматривается в химической теории адгезии [86],

щ ¡¡> согласно которой функциональные группы молекул адгезива после адсорбции на поверхности субстра-

та соединяются с ней ковалентными или ионными связями, образуя прочное сцепление. Для формирования прочной связи поверхности адгезива с поверхностью субстрата с помощью химических связей необходимо наличие реакционноспособных функциональных групп. По такому принципу происходит образование ковалентных связей при взаимодействии реакционноспособных изоцианатов и поверхности полимера с гидроксильными или аминными группами [89]. Разрушение химических адгезионных связей возможно механическим способом только в том случае, когда их прочность выше когезионных связей адгезива или субстрата.

Возникающая также между полимерами адгезионная связь может быть объяснена диффузной теорией адгезии [90], согласно которой молекулы одного полимера способны диффундировать внутрь другого на глубину более 10 мкм, растворяясь с формированием связей без видимой границы раздела. Реализация такого механизма адгезионного сцепления возможна при выполнении термодинамического и кинетического условий, которые обеспечивают совместимость субстрата и адгезива и необходимую подвижность их макромолекул, соответственно.

В соответствии с теорией слабых граничных слоев [91] при взаимодействии адгезива и субстрата образуется граничный слой, обладающий свойствами, отличными от свойств адгезива и субстрата, что способно вносить значительные изменения в интерпретации механизма формирования и разрушения адгезионных связей.

В релаксационной теории адгезии [92] рассматривается влияние процессов возникновения внутренних напряжений и деформаций на прочность адгезии, которая выражается в изменении числа связей, обеспечивающих сцепление. Также существует электрическая теория [93], согласно которой сцепление осуществляется при электризации контакта адгезива и субстрата, вследствие возникновения разности потенциалов, которая к органомине-ральным композитам не может быть применима.

Анализ научно-технической литературы свидетельствует о росте интереса со стороны ученых к исследованиям в области технологии самовосстанавливающихся материалов, а также определенных успехах, достигнутых в этом направлении, в том числе в России.

К самовосстанавливающимся стоит относить те материалы, которые обладают способностью без дополнительных энергетических ресурсов самостоятельно инициировать процессы восстановления состояния структуры, скорость которых превышает скорость образования дефектов. Существующие технические решения позволяют получать капсулы, содержащие восстанавливающий агент до 90-94 % от общего объема.

Необходимо формулирование общих требований и показателей качества самовосстанавливаю-

щихся материалов для строительства, характеризующих степень их эффективности в зависимости от условий применения.

Положения теории адгезии могут быть использованы при реализации технологии самовосстанов-

ления, принцип действия которой заключается в ликвидации влияния дефектов, образующихся в процессе эксплуатации, достичь которую возможно за счет воссоздания механизмов образования адгезионных связей с помощью инкапсулированного модификатора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Bengisu M., Ferrara M. Designing with kinetic materials // SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology. 2018. Pp. 65-80. DOI: 10.1007/978-3-319-76889-2_5

2. Shahinpoor M., Schneider H.-J. Intelligent materials. Royal Society of Chemistry, 2007. DOI: 10.1039/9781847558008

3. Ghosh S.K. Self-healing materials: fundamentals, design strategies, and applications // Self-Healing Materials. Weinheim : Wiley, 2009. Pp. 1-28. DOI: 10.1002/9783527625376.ch1

4. Griffith A.A. The phenomenon of rupture and flow in solids // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1920. Vol. 221. Issue 582-593. Pp. 163-198. DOI: 10.1098/rsta.1921.0006.

5. Королев Е.В., Баженов Ю.М., Альбака-сов А.И. Радиационно-защитные и химически стойкие серные строительные материалы. Оренбург : ОГУ, 2010. 364 с.

6. Schlangen E., Sangadji S. Addressing infrastructure durability and sustainability by self healing mechanisms — recent advances in self healing concrete and asphalt // Procedia Engineering. 2013. Vol. 54. Pp. 39-57. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.03.005

7. Zhuang X., Zhou S. The prediction of self-healing capacity of bacteria-based concrete using machine learning approaches // Computers, Materials & Continua. 2019. Vol. 59. Issue 1. Pp. 57-77. DOI: 10.32604/cmc.2019.04589

8. Wiktor V., Jonkers H.M. Bacteria-based concrete: From concept to market // Smart Materials and Structures. 2016. Vol. 25. Issue 8. P. 084006. DOI: 10.1088/0964-1726/25/8/084006

9. De Belie N., Wang J. Bacteria-based repair and self-healing of concrete // Journal of Sustainable Cement-Based Materials. 2016. Vol. 5. Issue 1-2. Pp. 35-56. DOI: 10.1080/21650373.2015.1077754

10. NallanathelM., NeedhidasanS., AnanyaM. Self healing concrete — Facts and potentials // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Vol. 10. Issue 33. Pp. 24243-24246.

11. Li W., Dong B., Yang Z., Xu J., Chen Q., Li H. et al. Recent advances in intrinsic self-healing cementitious materials // Advanced Materials. 2018. Vol. 30. Issue 17. P. 1705679. DOI: 10.1002/ adma.201705679

12. Breugel K. Self healing concepts in civil engineering for sustainable solutions: Potential and constraints // Proceedings of the Second International Conference on Self-healing Materials. Chicago, 2009. URL: http://selfhealingconcrete.blogspot.com/p/ literature-more.html

13. Inozemtcev S.S., Korolev E.V. Interaction process on the phases interface "bitumen — dispersed phase from cement stone" // Magazine of Civil Engineering. 2018. Vol. 82. Issue 6. Pp. 60-67. DOI: 10.18720/MCE.82.6

14. Jonkers H.M. Self healing concrete: A biological approach. Springer Series in Materials Science, 2007. Pp. 195-204. DOI: 10.1007/978-1-4020-6250-6_9 < e

15. Jonkers H.M., Schlange E. Development w o

of a bacteria-based self healing concrete // Tailor k |

made concrete structures. CRC Press, 2008. P. 109. g

DOI: 10.1201/9781439828410.ch72 G I

(n C

16. Jonkers H.M., Schlangen E. Bacteria- C y based self-healing concrete // International Journal f 1

o CO

of Restoration of Buildings and Monuments. 2009. § N

Vol. 15. Issue 4. Pp. 255-265. f 1

j CD

17. Jonkers H.M., Thijssen A., Muijzer G., Copu- o — roglu O., Schlangen E. Application of bacteria as self- a g healing agent for the development of sustainable con- 55 ( crete // Ecological Engineering. 2010. Vol. 36. Issue 2. o i Pp. 230-235. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2008.12.036 § 1

18. Zemskov S., Jonkers H.M., Vermolen F.J. An U VI

§ U)

analytical model for the probability characteristics of 5 2

a crack hitting an encapsulated self-healing agent in f 0

concrete // Computer Algebra in Scientific Computing. a 6

2010. Pp. 280-292. DOI: 10.1007/978-3-642-15274- c 0

=5-0

0_25 c5

19. Jonkers H.M., Loosdrecht M. BioGeoCivil ° i

e =!

Engineering // Ecological Engineering. 2010. Vol. 36. • )

Issue 2. Pp. 97-98. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.09.011 £ "

20. Zemskov S.V., Jonkers H.M., Vermolen F.J. c i

3 a

Two analytical models for the probability characteris- C 5

tics of a crack hitting encapsulated particles: Applica- 5 n

tion to self-healing materials // Computational Materials S n

Science. 2011. DOI: 10.1016/j.commatsci.2011.06.024 C C

21. Srinivasa Reddy V., SeshagiriRao M.V., Sush- C C ma S. Feasibility study on bacterial concrete as an inno- c c vative self crack healing system // International Journal 0 0 of Modern Trends in Engineering and Research. 2015. 0 0 Vol. 2. Issue 7. Pp. 642-647.

22. Bansal S., TamangR.K., BansalP., BhurtelP. Biological methods to achieve self-healing in concrete // Lecture Notes in Civil Engineering, 2020. Pp. 63-71. DOI: 10.1007/978-981-13-7615-3_5

23. Joshi K.A., Kumthekar M.B., Ghodake V.P. Bacillus subtilis bacteria impregnation in concrete for enhancement in compressive strength // International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2016. Vol. 3. Issue 5. Pp. 1229-1234.

24. Sarkar B.C., Sarkar M. Genetically modified Bacillus subtilis bacterial strain for self-healing and sustainable green bio-concrete // Green Chemistry. 2015. Vol. 5. Issue 3. P. 4172.

25. Depaa R.A.B., Felix Kala T. Experimental investigation of self healing behavior of concrete using silica fume and GGBFS as mineral admixtures // Indian Journal of Science and Technology. 2015. Vol. 8. Issue 36. DOI: 10.17485/ijst/2015/v8i36/87644

26. Sakina Najmuddin Saifee, Divya Maheshbhai Lad, Jayesh Rameshbhai Juremalani. Critical appraisal on bacterial Concrete // IJRDO-Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2015. Vol. 1. Issue 3. Pp. 10-14.

27. Jonkers H.M., Thijssen A., Muyzer G., Copu-roglu O. Schlangen E. Application of bacteria as self° ° healing agent for the development of sustainable con-tv 3 crete // Ecological Engineering. 2010. Vol. 36. Issue 2. o cT Pp. 230-235. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2008.12.036

* 0) 28. Wang J., Snoeck D., Van Vlierberghe S., Ver-

> in straete W., De Belie N. Application of hydrogel encap-3 ~ sulated carbonate precipitating bacteria for approach® " ing a realistic self-healing in concrete // Construction £ 2 and Building Materials. 2014. Vol. 68. Pp. 110-119. | 3 DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.06.018 ;> 29. Feng X. Self-healing mechanism of a novel

^ cementitious composite using microcapsules // Interna-= .3 tional Conference on Durability of Concrete Structures. sl 2008. Pp. 195-204.

0 o 30. Mihashi H., Kaneko Y., Nishiwaki T., Otsuka K. to <

J? Fundamental study on development of intelligent concrete g characterized by self-healing capability for strength // Con-

(N ^

z ° crete Research and Technology. 2000. Vol. 11. Issue 2.

$ 1 Pp. 21-28. DOI: 10.3151/crt1990.11.2_21 —

c 31. Van Tittelboom K., Wang J., Araujo M.,

— o

£ o Snoeck D., Gruyaert E., Debbaut B. et al. Comparison

iT o of different approaches for self-healing concrete in

g§ a large-scale lab test // Construction and Building

^ I Materials. 2016. Vol. 107. Pp. 125-137. DOI: 10.1016/j.

? Z conbuildmat.2015.12.186.

32. Thao T.D.P., Johnson T.J.S., Tong Q.S.,

— s Dai P.S. Implementation of self-healing in concrete — >» -j Proof of concept // The IES Journal Part A: Civil " g & Structural Engineering. 2009. Vol. 2. Issue 2. ^ E Pp. 116-125. DOI: 10.1080/19373260902843506

1 s£ 33. Han S., Choi E.K., Park W., Yi C., Chung N. ¡¡J Effectiveness of expanded clay as a bacteria carrier for qq ¡¡> self-healing concrete // Applied Biological Chemistry.

2019. Vol. 62. Issue 1. DOI: 10.1186/s13765-019-0426-4

34. Иноземцев С.С., Королев Е.В. Агрессивность эксплуатационных условий дорожно-клима-тических зон России // Наука и техника в дорожной отрасли. 2019. № 3 (89). С. 22-26.

35. Inozemtcev S.S., Korolev E.V. Increasing the weathering resistance of asphalt by nanomodification // Materials Science Forum. 2019. Vol. 945. Pp. 147-157. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.945.147

36. Иноземцев С.С., Королев Е.В. Эксплуатационные свойства наномодифицированных ще-беночно-мастичных асфальтобетонов // Вестник МГСУ. 2015. № 3. С. 29-39. DOI: 10.22227/19970935.2015.3.29-39

37. Высоцкая М.А., Власова Е.А., Кузнецов Д.А., Курлыкина А.В., Шеховцова С.Ю. Обзор состояния сегмента пропиточных материалов для покрытий автомобильных дорог // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2018. № 8. С. 6-12. DOI: 10.12737/ article_5b6d5840311cc8.02258080

38. Меркулов В.В., Ибатов М.К., Измаило-ва Г.Г., Жаксыбаева Г.Ш., Мантлер С.Н. Применение модифицированной коксохимической смолы для обработки асфальтобетонных дорожных покрытий // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 10-2. С. 267-270.

39. Муса С.С., Рудакова В.В. Перспективы применения дорожных битумных эмульсий // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. 2015. № 3 (5). 2015. С. 4.

40. Беляев Н.Н., Паневин Н.И. Новая роль пропиток // Автомобильные дороги. 2016. № 11. С. 82-86.

41. Шеховцова С.Ю., Королев Е.В. Обзор современного опыта использования реюниваторов для реверсинга асфальтобетонных покрытий // Региональная архитектура и строительство. 2018. № 3 (36). С. 5-16.

42. Brownbridge J. The role of an asphalt rejuve-nator in pavement preservation: use and need for asphalt rejuvenation // Compendium of Papers from the First International Conference on Pavement Preservation. Newport Beach CA, USA, 2010. Pp. 351-364.

43. Zaumanis M., Mallick R.B., Poulika-kos L., Frank R. Influence of six rejuvenators on the performance properties of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) binder and 100% recycled asphalt mixtures // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 71. Pp. 538-550. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.08.073

44. Cong P., Wang J., Li K., Chen S. Physical and rheological properties of asphalt binders containing various antiaging agents // Fuel. 2012. Vol. 97. Pp. 678-684. DOI: 10.1016/j.fuel.2012.02.028

45. Bergendahl J. Environmental effects of coal tar-based pavement rejuvenators. 2017. 76 p.

46. Zhang Y., van de Ven M.F.C., Molenaar A.A.A., Wu S.P. Assessment of effectiveness of re-juvenator on artificially aged porous asphalt concrete //

Construction and Building Materials. 2016. Vol. 110. Pp. 286-292. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.02.042

47. Mazzoni G., Bocci E., Canestrari F. Influence of rejuvenators on bitumen ageing in hot recycled asphalt mixtures // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). 2018. Vol. 5. Issue 3. Pp. 157-168. DOI: 10.1016/j.jtte.2018.01.001

48. Xu G., Wang H., Sun W. Molecular dynamics study of rejuvenator effect on RAP binder: Diffusion behavior and molecular structure // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 158. Pp. 1046-1054. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.09.192

49. Moghaddam T.B., Baaj H. The use of rejuvenating agents in production of recycled hot mix asphalt: a systematic review // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 114. Pp. 805-816.

50. Ongel A., Hugener M. Impact of rejuvena-tors on aging properties of bitumen // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 94. Pp. 467-474. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.07.030

51. Yu X.K., Zaumanisa M., Santos S.D., Pou-likakos L.D. Rheological, microscopic, and chemical characterization of the rejuvenating effect on asphalt binders // Fuel. 2014. Vol. 135. Pp. 162-171. DOI: 10.1016/j.fuel.2014.06.038

52. Shen J., Amirkhanian S., Miller J.A. Effects of rejuvenating agents on superpave mixtures containing reclaimed asphalt pavement // Journal of Materials in Civil Engineering. 2007. Vol. 19. Issue 5. Pp. 376-384. DOI: 10.1061/(asce)0899-1561(2007)19:5(376)

53. Bhasin A., Palvadi S., Little D. Influence of aging and temperature on intrinsic healing of asphalt binders // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2011. Vol. 2207. Issue 1. Pp. 70-78. DOI: 10.3141/2207-10

54. Tang J., Liu Q., Wu Sh., Ye Q., Sun Y., Schlan-genc E. Investigation of the optimal self-healing temperatures and healing time of asphalt binders // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 113. Pp. 1029-1033. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.03.145

55. Xie W., Castorena C., Wang Ch., Kim Y.R. A framework to characterize the healing potential of asphalt binder using the linear amplitude sweep test // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 154. Pp. 771-779. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.08.021

56. Tabakovic A., Schlangen E. Self-healing technology for asphalt pavements // Self-healing Materials. Springer Berlin Heidelberg, 2015. Pp. 285-306. DOI: 10.1007/12_2015_335

57. Fischer H. Self-repairing material systems -a dream or a reality? // Natural Science. 2010. Vol. 2. Issue 8. Pp. 873-901. DOI: 10.4236/ns.2010.28110

58. Qiu J., van de Ven M.F.C., Wu S., Yu J., Molenaar A.A.A. Investigating the self healing capability of bituminous binders // Road Materials and Pavement Design. 2009. Vol. 10. Issue sup1. Pp. 81-94. DOI: 10.1080/14680629.2009.9690237

59. Phillips M.C. Multi-step models for fatigue and healing, and binder properties involved in healing. Eurobitume workshop on performance related properties for bituminous binders, 1998. No. 115.

60. Cordier P., Tournilhac F., Soulié-Ziakov-ic C., Leibler L. Self-healing and thermoreversible rubber from supramolecular assembly // Nature. 2008. Vol. 451. Pp. 977-980. DOI: 10.1038/nature06669

61. Liu Q., Schlangen E., van de Ven M., García A. Induction heating of electrically conductive porous asphalt concrete // Construction and Building Materials. 2010. Vol. 24. Issue 7. Pp. 1207-1213. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2009.12.019

62. Liu Q., Schlangen E., García Á., van de Ven M. Healing of porous asphalt concrete via induction heating // Road Materials and Pavement Design. 2010. Vol. 11. Issue sup1. Pp. 527-542. DOI: 10.1080/14680629.2010.9690345

63. Liu Q., Schlangen E., van de Ven M. Induction healing of porous asphalt concrete beams on an elastic foundation // Journal of Materials in Civil Engineering. 2013. Vol. 25. Issue 7. Pp. 880-885. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000677

64. Xu Sh., García A., Su J., Liu Q., Tabakovic A., ^ n Schlangen E. Self-healing asphalt review: from idea to s C practice // Advanced Materials Interfaces. 2018. Vol. 5. i í Issue 17. P. 1800536. DOI: 10.1002/admi.201800536 g 1

65. Garcia A. Self-healing of open cracks in O p asphalt mastic // Fuel. 2012. Vol. 93. Pp. 264-272. c Q DOI: 10.1016/j.fuel.2011.09.009 ^ _i

66. Sarsam S., Barakhas S.A. Influence of load § S repetitions and heating on micro crack healing of as- O 1 phalt stabilized subgrade soil // International Jour- o 7 nal Materials Chemistry and Physics. 2015. Vol. 1. 3 g Issue 3. Pp. 399-405. ? (

67. Su J.F., Schlangen E., Qiu J. Design and ? r construction of microcapsules containing rejuvena- S O tor for asphalt // Powder Technology. 2013. Vol. 235. ° S Pp. 563-571. DOI: 10.1016/j.powtec.2012.11.013 | N

68. Su J.F., Wang Y.Y., Han N.X., Yang P., Han S. ? 0

Experimental investigation and mechanism analysis of o 6

novel multi-self-healing behaviors of bitumen using c 0

i o

microcapsules containing rejuvenator // Construction e 0

and Building Material. 2016. Vol. 106. Pp. 317-329. r §

DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.12.120 c )

69. Barrasa R.C., López V.B., Montoliu C.M.-P., 0 H Ibáñez V.C., Pedrajas J., Santarén J. Addressing du- c | rability of asphalt concrete by self-healing mecha- | 5 nism // Procedia — Social and Behavioral Sciences. 5 B 2014. Vol. 162. Pp. 188-197. DOI: 10.1016/j.sb- S E spro.2014.12.199 C C

70. Su J.F., Schlangen E. Synthesis and physi- 1 1 cochemical properties of high compact microcapsules o o containing rejuvenator applied in asphalt // Chemical g 0 Engineering Journal. 2012. Vol. 198-199. Pp. 289-300. 0 0 DOI: 10.1016/j.cej.2012.05.094

о о

N N

О О

N N

О О

г г

К <D

U 3 > (Л

С И

U ш

ю щ

¡1

<u ф

О ё

от от

s о

• с Ю о

о Е

fe ° СП ^

v-

£ £

от °

71. Xue B., Wang H., Pei J., Li R., Zhang J., Fan Z. Study on self-healing microcapsule containing rejuvenator for asphalt // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 135. Pp. 641-649. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2016.12.165

72. Al-Mansoori T., Micaeloab R., Artamendi I., Norambuena-Contreras J., Garcia A. Microcapsules for self-healing of asphalt mixture without compromising mechanical performance // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 155. Pp. 1091-1100. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.08.137

73. Корячкина С.Я., Пригарина О.М. Научные основы производства продуктов питания: уч. пос. Орел : Госуниверситет УНПК, 2011. 376 с.

74. Xu S., Tabakovic A., Liua X., Schlangen E. Calcium alginate capsules encapsulating rejuvenator as healing system for asphalt mastic // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 169. Pp. 379-387. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.01.046

75. Al-Mansoori T., Norambuena-Contreras J., Garcia A. Effect of capsule addition and healing temperature on the self-healing potential of asphalt mixtures // Materials and Structures. 2018. Vol. 51. Issue 2. DOI: 10.1617/s11527-018-1172-5

76. Prajer M., Wu X., Garcia S.J., van der Zwaag S. Direct and indirect observation of multiple local healing events in successively loaded fibre reinforced polymer model composites using healing agent-filled compartmented fibres // Composites Science and Technology. 2015. Vol. 106. Pp. 127-133. DOI: 10.1016/j.compscitech.2014.11.013

77. Tabakovic A., Dirk B., van Gerwen M., Copu-roglu O., Post W., Garcia S.J. et al. The compartmented alginate fibres optimisation for bitumen rejuvenator encapsulation // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). 2017. Vol. 4. Issue 4. Pp. 347-359. DOI: 10.1016/j.jtte.2017.01.004

78. Xu S., Tabakovic A., Liu X., Palin D., Schlangen E. Optimization of the calcium alginate capsules for self-healing asphalt // Applied Sciences. 2019. Vol. 9. Issue 3. P. 468. DOI: 10.3390/app9030468

79. Inozemtcev S.S., Korolev E.V. Technological features of production calcium-alginate microcapsules for self-healing asphalt // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 251. P. 01008. DOI: 10.1051/matec-conf/201825101008

80. Inozemtcev S., Korolev E. Indicators of the effectiveness of self-healing asphalt concrete // E3S Web

Поступила в редакцию 27 июля 2020 г. Принята в доработанном виде 28 сентября 2020 г. Одобрена для публикации 30 октября 2020 г.

of Conferences. 2019. Vol. 97. P. 02007. DOI: 10.1051/ e3sconf/20199702007

81. Al-Mansoori T., Norambuena-Contreras J., Micaelo R., Garciaa A. Self-healing of asphalt mastic by the action of polymeric capsules containing rejuve-nators // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 161. Pp. 330-339. DOI: 10.1016/j.conbuild-mat.2017.11.125

82. Norambuena-Contreras J., Liu Q., Zhang L., Wu S., Yalcin E., Garcia A. Influence of encapsulated sunflower oil on the mechanical and self-healing properties of dense-graded asphalt mixtures // Materials and Structures. 2019. Vol. 52. Issue 4. DOI: 10.1617/ s11527-019-1376-3

83. Xu S., Liu X., Tabakovic A., Schlangen E. Investigation of the potential use of calcium alginate capsules for self-healing in porous asphalt concrete // Materials. 2019. Vol. 12. Issue 1. P. 168. DOI: 10.3390/ ma12010168

84. Tabakovic A., Schuyffel L., Karac A., Schlangen E. An evaluation of the efficiency of compartmented alginate fibres encapsulating a rejuvenator as an asphalt pavement healing system // Applied Sciences. 2017. Vol. 7. Issue 7. P. 647. DOI: 10.3390/app7070647

85. Shu B., Bao S., Wu S., Dong L., Li C., YangX. et al. Synthesis and effect of encapsulating rejuvenator fiber on the performance of asphalt mixture // Materials. 2019. Vol. 12. Issue 8. P. 1266. DOI: 10.3390/ ma12081266

86. Евдокимов Ю.М. Адгезия. От макро- и микроуровня к наносистемам. М. : Изд-во Московского гос. ун-та леса, 2011. 208 с.

87. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М. : Химия, 1974. 391 c.

88. Дебройн Н., Гувинк Р. Адгезия, клеи, цементы, припои. М. : Изд-во иностр. лит., 1954. 584 с.

89. Laurila T., Vuorinen V., Mattila T.T., Tu-runen M., Paulasto-KrockelM., Kivilahti J.K. Interfacial adhesion in polymer systems // Interfacial Compatibility in Microelectronics. Microsystems. London : Springer, 2012. Pp. 101-133. DOI: 10.1007/978-1-4471-2470-2_5

90. Воюцкий С.С. Аутогезия и адгезия высоко-полимеров. М. : Ростехиздат, 1960. 244 с.

91. Бикерман Я.О. Новые представления о прочности адгезионных связей полимеров // Успехи химии. 1972. Т. 41. № 8. С. 1431-1464.

92. Москвитин Н.И. Физико-химические основы процессов склеивания и прилипания. М. : Лесная промышленность, 1964. 248 с.

93. Дерягин Б.В., Кротова Н.А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. М. : Наука, 1973. 279 с.

Об авторах: Сергей Сергеевич Иноземцев — кандидат технических наук, научный сотрудник Научно-образовательного центра «Наноматериалы и нанотехнологии»; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 623809, Scopus: 56433487700, ResearcherlD: D-1295-2016, ORCID: 0000-0002-2965-0846; [email protected];

До Тоан Чонг — аспирант кафедры строительных материалов и материаловедения; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; [email protected].

REFERENCES

1. Bengisu M., Ferrara M. Designing with kinetic materials. SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology. 2018; 65-80. DOI: 10.1007/978-3-319-76889-2_5

2. Shahinpoor M., Schneider H.-J. Intelligent Materials. Royal Society of Chemistry, 2007. DOI: 10.1039/9781847558008

3. Ghosh S.K. Self-healing materials: fundamentals, design strategies, and applications. Self-Healing Materials. Weinheim, Wiley, 2009; 1-28. DOI: 10.1002/9783527625376.ch1

4. Griffith A.A. The phenomenon of rupture and flow in solids. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1920; 221(582-593):163-198. DOI: doi.org/10.1098/rsta.1921.0006

5. Korolev E.V., Bazhenov Yu.M., Al'bakasov A.I. Radiation-protective and chemically resistant sulfur building materials. Orenburg, Orenburg State University, 2010; 364. (rus.).

6. Schlangen E., Sangadji S. Addressing infrastructure durability and sustainability by self healing mechanisms — recent advances in self healing concrete and asphalt. Procedia Engineering. 2013; 54:39-57. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.03.005

7. Zhuang X., Zhou S. The prediction of self-healing capacity of bacteria-based concrete using machine learning approaches. Computers, Materials & Continua. 2019; 59(1):57-77. DOI: 10.32604/cmc.2019.04589

8. Wiktor V., Jonkers H.M. Bacteria-based concrete: From concept to market. Smart Materials and Structures. 2016; 25(8):084006. DOI: 10.1088/09641726/25/8/084006

9. De Belie N., Wang J. Bacteria-based repair and self-healing of concrete. Journal of Sustainable Cement-Based Materials. 2016; 5(1-2):35-56. DOI: 10.1080/21650373.2015.1077754

10. Nallanathel M., Needhidasan S., Ananya M. Self healing concrete — Facts and potentials. International Journal of Applied Engineering Research. 2015; 10(33):24243-24246.

11. Li W., Dong B., Yang Z., Xu J., Chen Q., Li H. et al. Recent advances in intrinsic self-healing cementitious materials. Advanced Materials. 2018; 30(17):1705679. DOI: 10.1002/adma.201705679

12. Breugel K. Self healing concepts in civil engineering for sustainable solutions: Potential and

constraints. Proceedings of the Second International Conference on Self-healing Materials. Chicago, 2009. URL:http://selfhealingconcrete.blogspot.com/p/litera-ture-more.html

13. Inozemtcev S.S., Korolev E.V. Interaction process on the phases interface "bitumen - dispersed phase from cement stone". Magazine of Civil Engineering. 2018; 82(6):60-67. DOI: 10.18720/MCE.82.6

14. Jonkers H.M. Self Healing Concrete: A Biological Approach. Springer Series in Materials Science, 2007; 195-204. DOI: 10.1007/978-1-4020-6250-6_9

15. Jonkers H.M., Schlange E. Development _

^ 00

of a bacteria-based self healing concrete. Tailor s o

made concrete structures. CRC Press, 2008; 109. J J

DOI: 10.1201/9781439828410.ch72 k *

9 "

16. Jonkers H.M., Schlangen E. Bacteria-based g g self-healing concrete. International Journal of Restora- U O tion of Buildings and Monuments. 2009; 15(4):255-265. • .

17. Jonkers H.M., Thijssen A., Muijzer G., Co- § S puroglu O., Schlangen E. Application of bacteria as l z self-healing agent for the development of sustainable O 9 concrete. Ecological Engineering. 2010; 36(2):230-235. r 0 DOI: 10.1016/j.ecoleng.2008.12.036 g 3

18. Zemskov S., Jonkers H.M., Vermolen F.J. An § ( analytical model for the probability characteristics of o § a crack hitting an encapsulated self-healing agent in con- a I crete. Computer Algebra in Scientific Computing. 2010; t <S 280-292. DOI: 10.1007/978-3-642-15274-0_25 g 3

19. Jonkers H.M., Loosdrecht M. BioGeoCivil En- § 0

d —

gineering. Ecological Engineering. 2010; 36(2):97-98. § 6

DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.09.011 i g

20. Zemskov S.V., Jonkers H.M., Vermolen F.J. e o

' ' t §

Two analytical models for the probability characteris- r §

tics of a crack hitting encapsulated particles: Applica- 0 •

tion to self-healing materials. Computational Materials ° O

Science. 2011. DOI: 10.1016/j.commatsci.2011.06.024 | |

21. Srinivasa Reddy V., SeshagiriRao M.V., Sush- a 5 ma S. Feasibility study on bacterial concrete as an inno- 5 n vative self crack healing system. International Journal s 5 of Modern Trends in Engineering and Research. 2015; U 0 2(7):642-647. 1 *

22. Bansal S., Tamang R.K., Bansal P., Bhurtel P. o o Biological Methods to Achieve Self-healing in Con- 0 0 crete. Lecture Notes in Civil Engineering, 2020; 63-71. g g DOI: 10.1007/978-981-13-7615-3 5

o o tv N o o

N N

«9 «9 r r

H <D

U 3

> in

C M

to in

u> q

il <D <U

O £

in

.E o

• c LO O

o E

CD ^

v-

£ £

CO °

■s

o (0

23. Joshi K.A., Kumthekar M.B., Ghodake V.P. Bacillus Subtilis bacteria impregnation in concrete for enhancement in compressive strength. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2016; 3(5):1229-1234.

24. Sarkar B.C., Sarkar M. Genetically modified Bacillus subtilis bacterial strain for self-healing and sustainable green bio-concrete. Green Chemistry. 2015; 5(3):4172.

25. Depaa R.A.B., Felix Kala T. Experimental investigation of self healing behavior of concrete using silica fume and GGBFS as mineral admixtures. Indian Journal of Science and Technology. 2015; 8(36). DOI: 10.17485/ijst/2015/v8i36/87644

26. Sakina Najmuddin Saifee, Divya Maheshbhai Lad, Jayesh Rameshbhai Juremalani. Critical appraisal on bacterial concrete. IJRDO-Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2015; 1(3):10-14.

27. Jonkers H.M., Thijssen A., Muyzer G., Co-puroglu O., Schlangen E. Application of bacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete. Ecological Engineering. 2010; 36(2):230-235. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2008.12.036

28. Wang J., Snoeck D., Van Vlierberghe S., Ver-straete W., De Belie N. Application of hydrogel encapsulated carbonate precipitating bacteria for approaching a realistic self-healing in concrete. Construction and Building Materials. 2014; 68:110-119. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2014.06.018

29. Feng X. Self-healing mechanism of a novel cementitious composite using microcapsules. International Conference on Durability of Concrete Structures. 2008; 195-204.

30. Mihashi H., Kaneko Y., Nishiwaki T., Ot-suka K. Fundamental study on development of intelligent concrete characterized by self-healing capability for strength. Concrete Research and Technology. 2000; 11(2):21-28. DOI: 10.3151/crt1990.11.2_21

31. Van Tittelboom K., Wang J., Araujo M., Snoeck D., Gruyaert E., Debbaut B. et al. Comparison of different approaches for self-healing concrete in a large-scale lab test. Construction and Building Materials. 2016; 107:125-137. DOI: 10.1016/j.conbuild-mat.2015.12.186

32. Thao T.D.P., Johnson T.J.S., Tong Q.S., Dai P.S. Implementation of self-healing in concrete — Proof of concept. The IES Journal Part A: Civil & Structural Engineering. 2009; 2(2):116-125. DOI: 10.1080/19373260902843506

33. Han S., Choi E.K., Park W., Yi C., Chung N. Effectiveness of expanded clay as a bacteria carrier for self-healing concrete. Applied Biological Chemistry. 2019; 62(1). DOI: 10.1186/s13765-019-0426-4

34. Inozemtsev S.S., Korolev E.V. Aggresiv-ity of operational conditions of road-climatic zones of Russia. Science and Engineering for Highways. 2019; 3(89):22-26. (rus.).

35. Inozemtcev S.S., Korolev E.V. Increasing the weathering resistance of asphalt by nanomodifica-tion. Materials Science Forum. 2019; 945:147-157. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.945.147

36. Inozemtsev S.S., Korolev E.V. Operational properties of nanomodified stone mastic asphalt. Vest-nik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015; 3:29-39. DOI: 10.22227/19970935.2015.3.29-39 (rus.).

37. Vysotskaya M.A., Vlasova E.A., Kuz-netsov D.A., Kurlykina A.V., Shekhovtsova S.Yu. Overview of the condition of the segment of impregnating materials for road coatings. Bulletin of BSTU Named After V.G. Shukhov. 2018; 8:6-12. DOI: 10.12737/article_ 5b6d5840311cc8.02258080 (rus.).

38. Merkulov V.V., Ibatov M.K., Izmailova G.G., Zhaksybaeva G.Sh., Mantler S.N. An application of the modified coke-chemical tar to processing of asphalt road pavements. Modern High Technologies. 2016; 10-2. 267-270. (rus.).

39. Musa S.S., Rudakova V.V. The prospects of application of road bitumen emulsion. Avtomobil'. Doroga. Infrasturktura. 2015; 3(5):17-26. (rus.).

40. Belyaev N.N., Panevin N.I. The new role of impregnation. Car Roads. 2016; 11:82-86. (rus.).

41. Shekhovtsova S.Yu., Korolev E.V. Review of current experience with the use of reunitors for the reversal of asphalt concrete coatings. Regional Architecture and Construction. 2018; 3(36):5-16. (rus.).

42. Brownbridge J. The role of an asphalt reju-venator in pavement preservation: Use and need for asphalt rejuvenation. Compendium of Papers from the First International Conference on Pavement Preservation. Newport Beach CA, USA, 2010; 351-364.

43. Zaumanis M., Mallick R.B., Poulika-kos L., Frank R. Influence of six rejuvenators on the performance properties of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) binder and 100% recycled asphalt mixtures. Construction and Building Materials. 2014; 71:538-550. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.08.073

44. Cong P., Wang J., Li K., Chen S. Physical and rheological properties of asphalt binders containing various antiaging agents. Fuel. 2012; 97:678-684. DOI: 10.1016/j.fuel.2012.02.028

45. Bergendahl J. Environmental Effects of Coal Tar-Based Pavement Rejuvenators. 2017; 76.

46. Zhang Y., van de Ven M.F.C., Molenaar A.A.A., Wu S.P. Assessment of effectiveness of rejuvenator on artificially aged porous asphalt concrete. Construction and Building Materials. 2016; 110:286-292. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.02.042

47. Mazzoni G., Bocci E., Canestrari F. Influence of rejuvenators on bitumen ageing in hot recycled asphalt mixtures. Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). 2018; 5(3):157-168. DOI: 10.1016/jjtte.2018.01.001

48. Xu G., Wang H., Sun W. Molecular dynamics study of rejuvenator effect on RAP binder: Diffusion

behavior and molecular structure. Construction and Building Materials. 2018; 158:1046-1054. DOI: 10.1016/ j.conbuildmat.2017.09.192

49. Moghaddam T.B., Baaj H. The use of rejuvenating agents in production of recycled hot mix asphalt: a systematic review. Construction and Building Materials. 2016; 114:805-816.

50. Ongel A., Hugener M. Impact of rejuvena-tors on aging properties of bitumen. Construction and Building Materials. 2015; 94:467-474. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2015.07.030

51. Yu X.K., Zaumanisa M., Santos S.D., Pou-likakos L.D. Rheological, microscopic, and chemical characterization of the rejuvenating effect on asphalt binders. Fuel. 2014; 135:162-171. DOI: 10.1016/j. fuel.2014.06.038

52. Shen J., Amirkhanian S., Miller J.A. Effects of rejuvenating agents on superpave mixtures containing reclaimed asphalt pavement. Journal of Materials in Civil Engineering. 2007; 19(5):376-384. DOI: 10.1061/ (asce)0899-1561(2007)19:5(376)

53. Bhasin A., Palvadi S., Little D. Influence of aging and temperature on intrinsic healing of asphalt binders. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2011; 2207(1):70-78. DOI: 10.3141/2207-10

54. Tang J., Liu Q., Wu Sh., Ye Q., Sun Y., Schlangenc E. Investigation of the optimal self-healing temperatures and healing time of asphalt binders. Construction and Building Materials. 2016; 113:1029-1033. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.03.145

55. Xie W., Castorena C., Wang Ch., Kim Y.R. A framework to characterize the healing potential of asphalt binder using the linear amplitude sweep test. Construction and Building Materials. 2017; 154:771-779. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.08.021

56. Tabakovic A., Schlangen E. Self-healing technology for asphalt pavements. Self-healing Materials. Springer Berlin Heidelberg, 2015; 285-306. DOI: 10.1007/12_2015_335

57. Fischer H. Self-repairing material systems — a dream or a reality? Natural Science. 2010; 2(8): 873-901. DOI: 10.4236/ns.2010.28110

58. Qiu J., van de Ven M.F.C., Wu S., Yu J., Molenaar A.A.A. Investigating the self healing capability of bituminous binders. Road Materials and Pavement Design. 2009; 10(sup1):81-94. DOI: 10.1080/14680629.2009.9690237

59. Phillips M.C. Multi-step models for fatigue and healing, and binder properties involved in healing. Eurobitume workshop on performance related properties for bituminous binders, 1998; 115.

60. Cordier P., Tournilhac F., Soulie-Ziakovic C., Leibler L. Self-healing and thermoreversible rubber from supramolecular assembly. Nature. 2008; 451:977-980. DOI: 10.1038/nature06669

61. Liu Q., Schlangen E., van de Ven M., Garcia A. Induction heating of electrically conductive po-

rous asphalt concrete. Construction and Building Materials. 2010; 24(7):1207-1213. DOI: 10.1016/j.conbuild-mat.2009.12.019

62. Liu Q., Schlangen E., García Á., van de Ven M. Healing of porous asphalt concrete via induction heating. Road Materials and Pavement Design. 2010; 11(sup1):527-542. DOI: 10.1080/ 14680629.2010.9690345

63. Liu Q., Schlangen E., van de Ven M. Induction healing of porous asphalt concrete beams on an elastic foundation. Journal of Materials in Civil Engineering. 2013; 25(7):880-885. DOI: 10.1061/(ASCE) MT.1943-5533.0000677

64. Xu Sh., García A., Su J., Liu Q., Tabakovic A., Schlangen E. Self-healing asphalt review: From idea to practice. Advanced Materials Interfaces. 2018; 5(17):1800536. DOI: 10.1002/admi.201800536

65. Garcia A. Self-healing of open cracks in asphalt mastic. Fuel. 2012; 93:264-272. DOI: 10.1016/j. fuel.2011.09.009

66. Sarsam S., Barakhas S.A. Influence of load repetitions and heating on micro crack healing of asphalt stabilized subgrade soil. International Journal Materials Chemistry and Physics. 2015; 1(3):399-405.

67. Su J.F., Schlangen E., Qiu J. Design and < n construction of microcapsules containing rejuvenator tt 0 for asphalt. Powder Technology. 2013; 235:563-571. I U DOI: 10.1016/j.powtec.2012.11.013 g I

68. Su J.F., Wang Y.Y., Han N.X., Yang P., O p Han S. Experimental investigation and mechanism anal- c Q ysis of novel multi-self-healing behaviors of bitumen ^ — using microcapsules containing rejuvenator. Con- § % struction and Building Material. 2016; 106:317-329. y 1 DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.12.120 J 7

69. Barrasa R.C., López V.B., Montoliu C.M.-P., § 99 Ibáñez V.C., Pedrajas J., Santarén J. Addressing dura- — 5 bility of asphalt concrete by self-healing mechanism. = p Procedia — Social and Behavioral Sciences. 2014; § t 162:188-197. DOI: 10.1016/j.sbspro.2014.12.199

70. Su J.F., Schlangen E. Synthesis and physi- a N cochemical properties of high compact microcapsules — 3 containing rejuvenator applied in asphalt. Chemi- d g cal Engineering Journal. 2012; 198-199:289-300. > 6 DOI: 10.1016/j.cej.2012.05.094 t (

71. Xue B., Wang H., Pei J., Li R., Zhang J., t O Fan Z. Study on self-healing microcapsule containing e § rejuvenator for asphalt. Construction and Building Ma- • • terials. 2017; 135:641-649. DOI: 10.1016/j.conbuild- l O mat.2016.12.165 | 1

72. Al-Mansoori T., Micaeloab R., Artamendi I., o . Norambuena-Contreras J., Garcia A. Microcapsules for . ^ self-healing of asphalt mixture without compromising s | mechanical performance. Construction and Building U 0 Materials. 2017; 155:1091-1100. DOI: 10.1016/j.con- 1 1 buildmat.2017.08.137 o o

73. Koryachkina S.Ya., Prigarina O.M. Scientific g g foundations offood production: a tutorial. Oryol, State g g University of UPPK, 2011; 376. (rus.).

C.C. MH03eM^e, ßo ToaH Hонг

o o tv N o o

N N

«9 «9 r r

H <D

U 3

> in

C M

to in

U> q

Ü

<D <U

O £

in

.E o

• c LT> o

S «

o E

CD ^

T- ^

Z £ £

CO °

■s £ ^

ES

Ü (0

74. Xu S., Tabakovic A., Liua X., Schlangen E. Calcium alginate capsules encapsulating rejuvenator as healing system for asphalt mastic. Construction and Building Materials. 2018; 169:379-387. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2018.01.046

75. Al-Mansoori T., Norambuena-Contre-ras J., Garcia A. Effect of capsule addition and healing temperature on the self-healing potential of asphalt mixtures. Materials and Structures. 2018; 51(2). DOI: 10.1617/s11527-018-1172-5

76. Prajer M., Wu X., Garcia S.J., van der Zwaag S. Direct and indirect observation of multiple local healing events in successively loaded fibre reinforced polymer model composites using healing agent-filled compartmented fibres. Composites Science and Technology. 2015; 106:127-133. DOI: 10.1016/j.comp-scitech.2014.11.013

77. Tabakovic A., Dirk B., van Gerwen M., Copu-roglu O., Post W., Garcia S.J. et al. The compartmented alginate fibres optimisation for bitumen rejuvenator encapsulation. Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). 2017; 4(4):347-359. DOI: 10.1016/j.jtte.2017.01.004

78. Xu S., Tabakovic A., Liu X., Palin D., Schlangen E. Optimization of the Calcium Alginate Capsules for Self-Healing Asphalt. Applied Sciences. 2019; 9(3):468. DOI: 10.3390/app9030468

79. Inozemtcev S.S., Korolev E.V. Technological features of production calcium-alginate microcapsules for self-healing asphalt. MATEC Web of Conferences. 2018; 251:01008. DOI: 10.1051/matec-conf/201825101008

80. Inozemtcev S., Korolev E. Indicators of the effectiveness of self-healing asphalt concrete. E3S Web of Conferences. 2019; 97:02007. DOI: 10.1051/e3s-conf/20199702007

81. Al-Mansoori T., Norambuena-Contreras J., Micaelo R., Garciaa A. Self-healing of asphalt mastic by the action of polymeric capsules containing rejuvenators. Construction and Building Materials. 2018; 161:330-339. DOI: 10.1016/j.conbuildmat. 2017.11.125

Received July 27, 2020

Adopted in revised form on September 28, 2020 Approved for publication on October 30, 2020.

Bionotes: Sergei S. Inozemtcev — Candidate of Technical Sciences, Researcher of the Scientific and Educational Center "Nanomaterials and Nanotechnologies"; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 623809, Scopus: 56433487700, ResearcherlD: D-1295-2016, ORCID: 0000-0002-2965-0846; [email protected];

Do Toan Trong — postgraduate student of the Department of Building Materials and Material Sciense; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].

82. Norambuena-Contreras J., Liu Q., Zhang L., Wu S., Yalcin E., Garcia A. Influence of encapsulated sunflower oil on the mechanical and self-healing properties of dense-graded asphalt mixtures. Materials and Structures. 2019; 52(4). DOI: 10.1617/s11527-019-1376-3

83. Xu S., Liu X., Tabakovic A., Schlangen E. Investigation of the potential use of calcium alginate capsules for self-healing in porous asphalt concrete. Materials. 2019; 12(1):168. DOI: 10.3390/ma12010168

84. Tabakovic A., Schuyffel L., Karac A., Schlangen E. An evaluation of the efficiency of compartmented alginate fibres encapsulating a rejuvenator as an asphalt pavement healing system. Applied Sciences. 2017; 7(7):647. DOI: 10.3390/app7070647

85. Shu B., Bao S., Wu S., Dong L., Li C., Yang X. et al. Synthesis and effect of encapsulating rejuvenator fiber on the performance of asphalt mixture. Materials. 2019; 12(8):1266. DOI: 10.3390/ma12081266

86. Evdokimov Yu.M. Adhesion. From macro and micro to nanosystems. Moscow, Publishing house of the Moscow state. University of forests, 2011; 208. (rus.).

87. Berlin A.A., Basin V.E. Basics of polymer adhesion. Moscow, Khimiya, 1969; 320. (rus.).

88. Debroyn N., Guvink R. Adhesion, Glues, cements, solders. Moscow, Publishing house of foreign. lit, 1954; 600. (rus.).

89. Laurila T., Vuorinen V., Mattila T.T., Tu-runen M., Paulasto-Krockel M., Kivilahti J.K. Interfacial adhesion in polymer systems. Interfacial Compatibility in Microelectronics. Microsystems. Springer, London, 2012; 101-133. DOI: 10.1007/978-1-4471-2470-2_5

90. Voyutskiy S.S. Autohesion and adhesion of high polymers. Moscow, Rostekhizdat, 1960; 244. (rus.).

91. Bikerman Ya.O. New ideas concerning the

strength of adhesive joints of polymers. Uspekhi Khimii. 1972; 41(8):1431-1464. (rus.).

92. Moskvitin N.I. Physicochemical fundamentals of gluing and sticking processes. Moscow, Forest industry, 1964; 248. (rus.).

93. Deryagin B.V., Krotova N.A., Smilga V.P. Adhesion of solids. Moscow, Nauka, 1973; 278. (rus.).