Неліктен кей жолдар ұзақ жылдар қыс айларында тозбайды? Кейбірі бірнеше маусымнан кейін жарықшақтанып, жолтабан іздері пайда болады? Бұл сұрақтарға жауапты механика, физикалық химия, далалық бақылау мен инженерлік есептермен тоғыстырған ғалым бар. Ол - Қазақстандағы жолдарды ортақ үлгіде емес, материал қасиеті мен климат заңдылықтарына сүйеніп жобалауды ашқан ғалым. Біздің кейіпкеріміз - Қазақстан Республикасы Президенті жанындағы Қазақстан Республикасы Ұлттық ғылым академиясының академигі Бағдат Бұрханбайұлы Телтаев.
Жол сапасы мақсат пен міндетке айналғанда
Қазақстанның табиғаты да, климаты да сан алуан. Сондықтан елде жол құрылысы аса күрделі мәселе. Мәселен, Қазақстанның Солтүстігінде жол төсемі терең тоңға оралса, Оңтүстіктің жазғы аптабында асфальттың тұтқыр материалы жұмсарады, ал көктемде жолдың іргесі тез ылғал тартады. Бұған жүк көліктерінің ауыр салмағы қосылады. Мұндай жағдайда қарапайым жолдың өзі аяздың, аптаптың, ылғалдың, сондай-ақ миллиондаған қайталама жүктеменің әсерін көтереді. Егер осы жол көтеретін салмақ пен жүкті есептегенде қателік кетсе, онда жарықшаққа, жолтабан ізіне, шұғыл жөндеуге және бюджет шығынына соқтырары кәміл.
Бағдат Телтаевтың ғылымдағы ізденісі мен зерттеулері осы үдерістердің түпкі себептерін зерттеуден басталды. Ол жол жабынындағы көзге көрінетін ақаулықтармен қатар жүретін құбылыстарды бақылады. Битумның ішкі құрылымы қалай өзгеретінін бақылаудан бастап - асфальт-бетон ұзақ жүктемеден қалай баяу деформацияға ұшырайтынын, температура мен ылғал жол қабаттарына қалай өтетінін, зақым қалай болатынына дейін зерттеді. Мұндай зерттеу ақаулықты жөндеп қоймастан жолдың төзімділік мерзімін болжауға мүмкіндік берді.
Бағдат Бұрханбайұлы 1966 жылғы 23 наурызда Жамбыл облысы Меркі ауданындағы Жауғаш батыр ауылында дүниеге келген. 1983 жылы Амангелді Иманов атындағы мектепті үздік тәмамдап, Германиядағы Кеңес әскерлері қатарында автомобиль ротасында қызмет атқарды. Кейін Алматы автомобиль-жол институтының жол факультетіне түсіп, 1991 жылы «Автомобиль жолдары» мамандығын үздік бітірді. Осы оқу орнында оқытушы, ассистент, профессор, ғылыми мектептің негізін қалаған академик атанды.
Материалдағы тіршілікті тану
Ұлттық ғылым академиясы Механика және машинатану институтында аспирантура мен докторантураны аяқтағаннан кейін ғалым материалдардың уақыт өте қалай өзгеретініне ден қойды. Асфальт-бетон сырт көзге қозғалмай тұрғандай көрінеді. Ұзақ жүктемеден ол баяу әрі тұтастай деформацияға ұшырайды. Ауыр көліктер қайта-қайта өткен сайын зақымдана түседі. Аязда материал морт сынғыш келеді, ал ауа-райы қызған кезде жұмсара бастайды. Сенімді конструкция есептеу үшін инженер материалдың «паспортта» көрсетілген беріктігімен қатар жұмысқа төзімділігін анқты білуі тиіс.
Соңғы жылдардағы зерттеулерінде академик Бағдат Телтаев бастаған ғалымдар тобы асфальт-бетонды әртүрлі температура мен кернеу жағдайында созып сынады. Тұрақсыз және үдемелі жылжымалы күйдің математикалық моделін әзірледі. Қарапайым тілмен айтқанда, ғалымдар материалды жүктемеге төтеп беретін кезеңінен бастап, деформация тез үдеп, тозуға әкелетін шектік сәтін сипаттауды үйренді. Модель жүктемені, температураны, деформация жылдамдығын және тозуға дейінгі уақытты өзара байланыстырады. Бұл жол қабаттарының қалыңдығы мен қоспа құрамын автомобиль қозғалысымен қатар, қозғалысқа негіз болатын факторларды да есептеу еді.
Ғылыми зерттеу нәтижесінде уақытқа тәуелді реономдық материалдардың ұзақ мерзімді берік модельдерін әзірлеуге сеп болды. Есептеулер оптикалық талшықта, алюминий қорытпасында, перлитті болатта әртүрлі температура мен жүктеме жағдайында тексерілді. Орындалған зерттеулерің практикалық маңызы мынада. Егер конструкциялық материалдың пайдалану тәртібі мен жүктеу тарихы белгілі болса, қысқа мерзімді сынақтар жүргізе отырып, оның төзімділік мерзімін болжауға болады. Жол инфрақұрылымының төзімділік шегін ерте анықтап, тексеру мен ауыстыру апаттың алдын алуға мүмкіндік береді.
Жолдың климатын өлшегенде
Климатты ауа температурасы арқылы бағалауға болмайды деп санайды Бағдат Телтаев жетекшілік ететін ғылыми мектептің ғалымдары. Жол төсемінің ішінде өзіндік жылу режимі қалыптасады. Оны зерттеу үшін автомобиль жолдарына жыл бойы жабын қабаттары мен топырақ температурасы мен ылғалды бақылайтын датчиктер жүйесі орнатылды. Осылайша жолдың төзімділігін зерттеу мен жобалау Қазақстанның әр аймағында жүргізіліп, жиналған деректерге негізделді.
Зерттеушілер Алматы – Бішкек тасжолының бір ғана бөлігінде асфальт-бетонның үстіңгі қабатында 83 рет мұз қату мен еру циклін тіркеді. Циклдердің 80 пайыздан астамы 20 сағаттан ішінде байқалған. Ал олардың ең төменгі температурасы көбінде минус 6 градустан аспаған. Алматы қаласындағы жолдарды 28 сантиметр тереңдікте зерттегенде мұндай өзгеріс цикл саны 76-ға жеткенде минус 6-ға дейін азайған. Ғалымдар шамамен бұл циклдың 21,5 сантиметр қалыңдықта тұрақтағанын дәлелдейді. Одан жоғары қабатта температура режиміне негізінен тәуліктік ауытқулар, ал төменгі қабаттарға маусымдық және жылдық өзгерістер ықпал етеді.
Бұл деректердің маңызы сан болғанында ғана емес. Зертханада аталмыш модельді белгілі конструкцияға сай мұздатып әрі еріту қажет. Материал зертханалық тексеруден өтсе де, сынақ режимі дұрыс таңдалмаған жағдайда нағыз қыс күндері жолдың төзімділігі нашарлайды. Нәтижелерден байқалғандай, әр түрлі климаттық аймақта цикл санын, ұзақтығын және ең төменгі температурасын ғылыми негізде айқындауға мүмкіндік берді. Осылайша ұлттық деректердің арқасында жол материалдарына нақты талаптар қойылып, жабынның төзімділік мерзімін ұзартуға ықпал етті.
Ғалымдар тобы таяуда 3 сантиметрден 300 сантиметрге дейінгі сегіз тереңдікте жиналған 7 067 сағаттық температура өлшеміне сүйеніп, машиналық оқытудың алгоритмі арқылы бастапқы күйді қайталайтын болжамдарды салыстырды. 24 сағаттық болжам нәтижесінде күрделі модельдердің бастапқы модельдерден айырмашылығы болмады. Олардың артықшылығы жылу инерциясын күрт өзгертіп, бәсеңдеткенде не тереңдеткенде байқалды. Бұл жасанды интеллектінің мүмкіндіктерін тиімді қолданудың нәтижесінде орындалған зерттеу.
Жолтабан ізді жобалау
Жолтабан ізін көбіне асфальттың жаңа қабатын жабатын үстіңгі ақау деп санайды. Академик Бағдат Телтаев мектебінің ғалымдары жүргізген далалық зерттеулерден белгілі болғандай, оның себебі өте тереңде. Бүкіл жол конструкциясының көлік ағынына сәйкес келмеуінде деп көрсетті. Қоғамдық көлікке арналған қалалық жолақтардың бірінде жолтабан ізінің жиынтық тереңдігі 92 миллиметрге жеткен, ал өлшемдердің төрттен үші рұқсат етілген шектен асқан. Бұл жолақпен тәулігіне шамамен 1 100 автобус пен троллейбус өткен. Есептеу көрсеткендей, қалыңдығы 50 сантиметр жол төсемінің мұндай жүктемеге әлсіз.
Жолдың тек үстіңгі қабатын жаңарту аурудың себебін емес, белгісін емдеумен тең. Ғылыми конструкция көлік ағынының құрамын есептеп қоймастан, мерзімінен бұрын жөнсіз жөндеу жұмыстарына жүргізуге тосқауыл қояды.
Тоздырмас битум
Жабынның ұзақ қызмет етуі көбіне асфальт-бетонның минералдық қаңқасын біріктіретін битумға байланысты. Оттегі, ультракүлгін сәуле мен температураның әсерінен битум ескіріп, қатаяды және жарықшақсыз созылу қабілетін жоғалтады. Бағдат Телтаев қатысқан зерттеулер бұл үдерісті материалдың ішкі құрылымы деңгейінде қарастырып, оны баяулатудың жолдарын іздейді.
Мәселен, биылғы зерттеулерде графен мен графиттің битумның тозуына әсері қарастырылды. Екі модификатор жылуға төзімді әрі созылмалы қасиеттерін жақсартты. Графеннің қорғаныш әсері жоғары болды. Микроскопиялық әдістер қоспалардың битумда тұрақты таралатынын және тозған битумды қатайтатын асфальтен құрылымдарын тежейтінін растады. Инженерлік тілмен айтқанда, бұл – күн сәулесінің әсерінен серпімділігі артатын, жарықшаққа төзімді жол жабындысын жасау мүмкіндігі.
Зерттеулердің тағы бір бағыты - айналмалы экономикамен байланысты. Мұнай өңдеуден қалған вакуумдық қалдық тотығуға қарсы, қалпына келтіретін материал ретінде қолдануға болады. Материалды битум тозбай тұрғанда қорғаныш ретінде немесе тозған битумға қоспа ретінде қосуға болады. Коммуналдық қалдықтар мен ескі шиналардың пиролиз өнімдері де пайдалы. Көміртекті қалдық битум құрылымын нығайтады, ал пиролиз майы оның қозғалғыштығын қайтарады. Полимерлер мен вакуумдық қалдықты бірге пайдалану материалдың жұмыс температурасы ауқымын арттырып, температураға тәуелділігін төмендетті.
Вакуумдық қалдықты резеңке үгіндісімен екі сатылы тотықтыру нәтижесіне ерекше назар аударуға болады. Модификацияланған битум 46–64 градус аралығында жолтабанға төзімдірек, яғни минус 40 градусқа дейін жарықшаққа қорғаныш болады. Ескі шиналарды өңдеу арқылы алынған өнім кымбат битумды алмастыра алады. Қазақстан үшін аталмыш технологиялар жабынның жұмыс температурасы ауқымын арттырады, қалдық кәдеге жаратылады және бастапқы шикізатқа сұраныс азаяды.
Келесі әзірлемеде адгезиялық қоспа алу үшін тағамға пайдаланылмайтын рапс майы қолданылды. Оның міндеті – битумның таспен бірігіуіне сеп болады. Ылғалдан ажырауына жол бермейді. Ылғалға төзімділік едәуір артқан. Қоспаны қолданар алдында органикалық еріткіште сұйылту қажет болмайды. Практикада бұл қоспаны өндіріске оңай енгізуге болады. Жабынның су әсерінен бұзылу қаупін азайтады.
Ғылыми формула
Ғылыми нәтиже практикада қолданғанда ғана қоғамдық маңызға ие. Бағдат Телтаевтың жетекшілігімен 11 мемлекетаралық стандарт және 60-тан астам ведомстволық нормативтік құжат әзірленді. Қазақстанның өңірлеріндегі климаттық өзгерістерге төзімді отандық KazPave жол төсемін жобалау жүйесі жасалды. Бұл – технологиялық маңызды қадам.
2006–2022 жылдары Телтаев Қазақстан жол ғылыми-зерттеу институтын басқарды. Осы кезеңде институт Астана – Бурабай автомагистралін, Батыс Еуропа – Батыс Қытай дәлізінің қазақстандық бөлігін және CASPI BITUM жобасын ғылыми-техникалық әзірлеуге қатысты. Өңірлерде 70-тен астам инновациялық материал енгізіліп, 200-ге жуық тәжірибелік-эксперименттік учаске салынды. Мұндай учаскелердің маңызы зор. Зертханалық идея жол желісіне жаппай енгізілмей тұрып, көлік қозғалысы, ауа райы және уақыт сынағынан өтті.
Ғалымның зерттеу аясы көліктің басқа салаларын қамтыды. Соңғы еңбектерінде теміржол қозғалысының модельдері, конструкциялар термомеханикасы, материалдардың беріктігі және беткейлердің орнықтылығы зерттелді. Күрөзек – Екпінді – Жарсу теміржол учаскесіне арналған деректерді цифрлық радиоарна, оптикалық талшық, акустикалық зондтау арқылы жеткізетін тұрақты және жылжымалы блок-учаскелерді бірлесіп пайдалану ұсынылды. Бұл жаңа жол салмастан, пойыздар арасындағы қауіпсіз аралықты қысқарту, теміржол желісінің өткізу қабілетін арттыру
Көктөбе беткейіне арналған зерттеу қала қауіпсіздігі үшін маңызды. Есептеулер беткі қабат ылғалданған кезде беткейдің орнықтылығы азаятынын көрсетті. Аталмыш жұмыстың құндылығы – қауіп-қатерді ерте анықтап, төтенше жағдай шараларын тиімді орындауға мүмкіндік береді.
Зерттеу ордасы
Ғылыми модельдер мен салалық шешімдерді жүзеге асырған ғылыми мектептің негізін салуға атсалысқан академиктер қатарында Ж.С. Ержанов, Ш.М. Айталиев, Б. Телтаев, профессорлар Б.С. Муртазин, А.И. Искакбаев, Б.С. Радовский, А.К. Құсайынов сияқты көрнекті ғалымдар бар. Эксперимент, механикалық есеп және инженерлік жауапкершілік мәдениеті ұрпақтан ұрпаққа аманат. Бағдат Телтаев 5 ғылым докторы, 27 ғылым кандидаты және 7 философия докторы PhD даярлады.
Соңғы жылдары Бағдат Телтаевпен бірлескен авторлықта Алибай Искакбаев, Ербол Айтбаев, Азамат Жайсанбаев, Айжан Мұта, Арыстан Масанов сияқты әріптестері, шәкірттерімен ғылыми еңбектер жариялауда. Олар асфальт-бетонның жылу мен бұзылуын, жолдардың температуралық режимін, жолтабан ізінің түзілуін, жол жағдайын және жаңа материалдарды зерттеуді жалғастырып келеді. Міне, ғылыми мектеп жұмысы далалық мониторингтен деректер моделіне, моделден сынақ әдістемесіне, әдістемеден норматив пен жобаға айналды.
Ғылым тобының еңбектері Springer, Elsevier басылымдары мен бейінді ғылыми журналдарда жарияланып келеді. Академик Бағдат Телтаевтың Scopus профилінде 143 құжаты, 1 941 дәйексөз көрсеткіші және 24 Хирш индексі бар. Библиометрия ғалым үшін маңызды саналады. Қазақстанның климаттық деректері, материалдары мен инженерлік міндеттері әлемдік ғылыми пікірталасқа айналды.
Көлік ғылымы
2023 жылы Бағдат Телтаевтың бастамасымен Қазақстан Республикасы Президентінің жанындағы Қазақстан Республикасының Ұлттық ғылым академиясында Көлік ғылымы секциясы ашылды. Ұлттық академия мен ALT Университетінің бірлескен Көлік ғылымдары және технологиялар институты ашылып, 2026 жылдың қаңтарынан Бағдат Телтаев жаңа институтты басқарды. Енді академик алдында зертхана аясынан автомобиль мен теміржолды зерттеуден бастап, механика, материалтану мен цифрлық технологияларды біріктірген жаңа бағытқа бет бұру міндеті тұр.
Қазақстанның Еуразия нарығындағы транзиттік әлеуеті картадағы жол белгілері ғана емес климат, жүктеме мен қарқынды қозғалысқа төтеп беретін инфрақұрылымды дамыту саналады. Ол үшін ұзақ мерзімді бақылау, ұлттық есептеу модельдері, сынақ базасы және ғылыми әзірлемелерді стандартқа айналдыратын мамандар қажет. Міне, Бағдат Телтаев кәсіби ғұмырында осы міндеттердің әрбірінен сүрінбей өтті. Өтіп қоймастан, өмірге батыл енгізді.
2024 жылы академик Бағдат Телтаев Қазақстан Республикасының Президенті Қасым-Жомарт Тоқаевпен елдегі жол мәселелерін талқылады. Бұл кездесу ғалымның жаңа нәтижеге қол жеткізіп қоймастан, оны мемлекеттік деңгейде ұсынуы.
Ғұмырға ұласқан жол
Бағдат Телтаев таяуда алпыс жасқа толды. Ол қолданбалы механика, далалық эксперимент пен салалық басқаруды бір жүйеге біріктірген ғалым. Қазақстандағы жолдарды жобалау, материалды ғылыми негізде таңдау, әлсіз конструкцияларды анықтау, қалдықтарды жаңа жабын өндірісінде пайдалану, жөндеу жұмысын деректер негізінде жоспарлау сияқты басты ғылыми міндеттерді орындаған академик. Академик Бағдат Телтаевтың ғылыми еңбегінің мәні де осында. Ол жолды қозғалмайтын нысан ретінде емес, уақыттың, климат пен жүктеменің әсерімен өмір сүретін жүйе ретінде зерттеді. Ғалым осы жүйені неғұрлым жақсы түсінсе, соғұрлым салынған жол ұзақ қызмет етеді.
Гүлмира Сұлтанбаева
профессор
