Методическое пособие 775
.pdfВыпуск № 4 (44), 2016 |
ISSN 2072-0041 |
|
|
имость используемых компонентов, способствует решению проблем утилизации асфальтобетонного лома и охраны окружающей среды [7—11]. По данным Европейской ассоциации асфальтовых покрытий (ЕАРА), ежегодно увеличивается доля асфальтогранулята, применяемого при производстве горячих и холодных асфальтобетонных и битумоминеральных смесей [4, 8, 9]. В Японии 98 % асфальтогранулята используется для приготовления асфальтобетонных смесей [4].
1. Оптимизация составов и показателей свойств органоминеральных смесей с помощью регрессионной модели их взаимозависимости. С целью разработки оптимальных составов органоминеральных смесей с применением комплексных вяжущих и вторичных материалов дорожной отрасли проведѐн эксперимент с использованием методов математического планирования [1]. Предполагается, что прочностные и эксплуатационные свойства органоминеральных смесей полностью определяются их составом. При этом как сами компоненты, так и их процентное содержание в смеси подвержены некоторым флуктуациям. Не являются стабильными также и условия твердения, такие как температура и влажность. Наконец, измерение самой характеристики, например водостойкости или предела прочности, также вносит случайную погрешность. Обозначим численное значение исследуемой характеристики через Y, а ее функциональную зависимость от параметров через F(X1, X2, X3). Присутствие в каждом эксперименте отмеченного выше случайного возмущения отражается в виде аддитивной добавки Z:
Y F(X1, X2 , X3 ) Z , |
(1) |
где, согласно центральной предельной теореме, случайная величина Z имеет нормальное распределение с параметрами M(Z) = 0 и ζ(Z) = ζ. Беря от обеих частей математическое ожидание M, получаем:
M (Y ) M (F(X1, X2 , X3 Z)) F(X1, X2 , X3 ) M (Z) F(X1, X2 , X3 ) . |
(2) |
Последнее равенство означает, что искомая функциональная связь F (X1, X2, X3) выражает не сам Y, а его математическое ожидание при заданных значениях параметров X1, X2, X3:
M (Y ) F( X1, X2 , X3 ) , |
(3) |
Такая зависимость называется регрессионной, а закон F(X1, X2, X3) называется регрессией Y по X1, X2, X3. Существует хорошо развитая методика получения регрессионной зависимости на основе экспериментальных данных, а именно значений Y, полученных из опытов для разнообразных сочетаний независимых факторов X1, X2, X3. Теория планирования эксперимента подсказывает, как наиболее экономно и эффективно выбрать сочетания параметров X1, X2, X3, называемых планами или точками, для дальнейшего эффективного приближения функции регрессии на основе экспериментальных значений Y, найденных для выбранных планов [5].
2. Методика проведения эксперимента. За основу был взят метод планирования полного факторного эксперимента (ПФЭ), дополненный несколькими планами в центре области варьирования. В качестве варьируемых величин были выбраны следующие факторы: X1 — содержание битумной эмульсии, %; Х2 — содержание цемента, %; Х3 — содержание асфальтогранулята в минеральной части, % (табл. 1). Для всех исследуемых характеристик органоминеральных смесей математическая модель искалась в виде полного многочлена второй степени от трех переменных с последующим удалением незначимых слагаемых:
Y a |
b x |
b x |
b x |
c x x |
c x x |
c x x |
d x 2 |
d x |
2 d x 2 . |
(4) |
||||||||||||
0 |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
3 |
1 |
1 |
2 |
2 |
1 |
3 |
3 |
2 |
3 |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
3 |
|
Для определения 10 искомых параметров a0, bi, cj, dk для каждой из рассматриваемых характеристик Y были осуществлены три параллельных серии из 9 опытов. В каждом опыте
121
Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура
формировалась и исследовалась своя смесь, согласно рекомендациям полного факторного эксперимента (ПФЭ), с тремя независимыми переменными факторами X1, X2, X3.
План эксперимента и уровни варьирования факторов определяли на основании результатов предварительных опытов.
В качестве отклика
Y Y ( X1, X2 , X3 )
для каждой точки (X1, X2, X3) плана эксперимента принималось среднее арифметическое соответствующих значений Y, наблюдаемых в трех параллельных сериях опытов. Это повысило точность в 1,7 раза. Область изменения исследуемых факторов проведѐнного эксперимента представлена в табл. 1.
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
Область изменения трех независимых факторов |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исследуемые факторы |
|
|
|
Значение |
X1, |
X2, |
X3, |
|
Характеристика |
содержание |
содержание |
|
||
кода |
содержание |
|
|||
|
битумной |
асфальтогранулята |
|
||
|
|
цемента, % |
|
||
|
|
эмульсии, % |
в минеральной части, % |
|
|
|
|
|
|
||
Основной уровень (X0i) |
0 |
5 |
3,5 |
35 |
|
Интервал варьирования (Δi) |
∆Х |
1,0 |
0,5 |
5 |
|
Верхний уровень (Хi max) |
Хi = +1 |
6,0 |
4,0 |
40 |
|
Нижний уровень (Хi min) |
Хi = 1 |
4,0 |
3,0 |
30 |
|
План эксперимента и натуральные значения переменных в каждой точке плана приведены в табл. 2.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
План эксперимента и натуральные значения переменных |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
План эксперимента |
|
Натуральные значения переменных |
|
|||||
Номер |
|
|
|
X1, |
|
X2, |
|
X3, |
|
|
|
|
содержание |
|
|
содержание |
|
||
плана |
Х1 |
Х2 |
Х3 |
|
содержание |
|
|
||
битумной |
|
|
асфальтогранулята |
|
|||||
|
|
|
|
|
цемента, % |
|
|
||
|
|
|
|
эмульсии, % |
|
в минеральной части, % |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
4,0 |
|
3,0 |
|
30 |
|
2 |
+1 |
-1 |
-1 |
6,0 |
|
3,0 |
|
30 |
|
3 |
-1 |
+1 |
-1 |
4,0 |
|
4,0 |
|
30 |
|
4 |
+1 |
+1 |
-1 |
6,0 |
|
4,0 |
|
30 |
|
5 |
-1 |
-1 |
+1 |
4,0 |
|
3,0 |
|
40 |
|
6 |
+1 |
-1 |
+1 |
6,0 |
|
3,0 |
|
40 |
|
7 |
-1 |
+1 |
+1 |
4,0 |
|
4,0 |
|
40 |
|
8 |
+1 |
+1 |
+1 |
6,0 |
|
4,0 |
|
40 |
|
9 |
0 |
0 |
0 |
5,0 |
|
3,5 |
|
35 |
|
Основными исследуемыми характеристиками являлись:
предел прочности при сжатии при температуре 20 ºС сухих образцов после 7 суток твердения (R20, МПа) Y1;
предел прочности при сжатии при температуре 50 ºС сухих образцов после 7 суток твердения (R50, МПа) Y2;
средняя плотность, г/см3, Y3;
набухание (Н, %) Y4;
водонасыщение (W, %) Y5;
122
Выпуск № 4 (44), 2016 |
|
|
|
|
|
ISSN 2072-0041 |
||
|
||||||||
предел прочности при сжатии при температуре 20 ºС водонасыщенных образцов |
||||||||
после 14 суток твердения (R20вод., МПа) Y6; |
|
|
|
|
|
|
||
|
предел прочности при |
сжатии |
при |
температуре |
20 ºС |
сухих |
образцов |
после |
14 суток твердения (R20, МПа) Y7; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
предел прочности при |
сжатии |
при |
температуре |
50 ºС |
сухих |
образцов |
после |
14 суток твердения (R50, МПа) Y8;
водостойкость (Кв) Y9.
Составы смесей, исследуемые характеристики и их значения, полученные в результате опытов, представлены в табл. 3—4. Также в табл. 4 в скобках указаны значения, найденные согласно построенным регрессионным моделям.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
Составы, соответствующие 9 планам эксперимента |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наименование |
|
|
|
|
Состав смеси |
|
|
|
||
материала |
№ 1 |
№ 2 |
№ 3 |
№ 4 |
|
№ 5 |
№ 6 |
№ 7 |
№ 8 |
№ 9 |
Щебень |
12,50 |
12,50 |
12,50 |
12,50 |
|
3,50 |
3,50 |
3,50 |
3,50 |
3,50 |
фр. 15—20 мм |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щебень |
12,50 |
12,50 |
12,50 |
12,50 |
|
8,50 |
8,50 |
8,50 |
8,50 |
8,50 |
фр. 10—15 мм |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щебень |
15,00 |
15,00 |
15,00 |
15,00 |
|
18,00 |
18,00 |
18,00 |
18,00 |
18,00 |
фр. 5—10 мм |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отсев |
30,00 |
30,00 |
30,00 |
30,00 |
|
30,00 |
30,00 |
30,00 |
30,00 |
35,00 |
Асфальтогранулят |
30,00 |
30,00 |
30,00 |
30,00 |
|
40,00 |
40,00 |
40,00 |
40,00 |
35,00 |
Цемент |
3,00 |
3,00 |
4,00 |
4,00 |
|
3,00 |
3,00 |
4,00 |
4,00 |
3,50 |
Вода |
1,50 |
1,50 |
1,50 |
1,50 |
|
1,50 |
1,50 |
1,50 |
1,50 |
1,50 |
Эмульсия |
4,00 |
6,00 |
4,00 |
6,00 |
|
4,00 |
6,00 |
4,00 |
6,00 |
5,00 |
Итого |
108,50 |
110,50 |
109,50 |
111,50 |
|
108,50 |
110,50 |
109,50 |
111,50 |
110,00 |
Проведѐнным экспериментом установлена область значения исследуемых факторов для получения составов смесей с наилучшими физико-механическими показателями: содержание асфальтогранулята — 40 % в минеральной части, битумной эмульсии 3 класса — 4 %, а цемента — 3—4 % в комплексном вяжущем. С указанными рецептурными значениями были приготовлены составы для определения показателей деформативно-прочностных свойств, требуемых при устройстве дорожных покрытий.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
||
Результаты испытаний составов, соответствующие 9 планам эксперимента |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наименование показателя |
|
|
|
|
Смесь |
|
|
|
|
|
(срок твердения) |
№ 1 |
№ 2 |
№ 3 |
№ 4 |
№ 5 |
№ 6 |
№ 7 |
№ 8 |
№ 9 |
|
Предел прочности |
1,66 |
1,25 |
1,72 |
1,95 |
2,77 |
2,01 |
2,25 |
1,75 |
2,35 |
|
при 20 ºС, МПа (7 сут.) |
(1,61) |
(1,29) |
(1,77) |
(1,90) |
(2,81) |
(1,96) |
(2,2) |
(1,8) |
(2,35) |
|
Предел прочности |
1,35 |
0,64 |
1,30 |
0,79 |
1,43 |
0,66 |
1,56 |
0,68 |
1,15 |
|
при 50 ºС, МПа (7 сут.) |
(1,30) |
(0,69) |
(1,36) |
(0,75) |
(1,47) |
(0,64) |
(1,54) |
(0,71) |
(1,06) |
|
Средняя плотность, г/см3 |
2,38 |
2,38 |
2,37 |
2,36 |
2,36 |
2,35 |
2,35 |
2,35 |
2,35 |
|
(14 сут.) |
(2,38) |
(2,37) |
(2,36) |
(2,36) |
(2,35) |
(2,35) |
(2,35) |
(2,34) |
(2,36) |
|
Набухание, % |
-0,69 |
-0,38 |
-0,88 |
-0,88 |
0,01 |
-0,03 |
-0,22 |
-0,18 |
-0,02 |
|
(14 сут.) |
(0,56) |
(-0,43) |
(-0,84) |
(-0,76) |
(0,03) |
(0,11) |
(-0,23) |
(0,16) |
(-0,36) |
|
Водонасыщение, % |
2,89 |
2,70 |
3,42 |
3,42 |
3,06 |
3,69 |
3,82 |
2,93 |
3,43 |
|
(14 сут.) |
(2,64) |
(2,98) |
(3,60) |
(3,27) |
(3,22) |
(3,56) |
(3,56) |
(2,82) |
(3,26) |
|
Предел прочности при 20 ºС |
2,82 |
1,90 |
2,88 |
1,88 |
2,65 |
2,12 |
2,44 |
2,18 |
2,28 |
|
в насыщенном водой состоянии, |
|
|||||||||
(2,87) |
(1,86) |
(2,87) |
(1,96) |
(2,64) |
(2,19) |
(2,54) |
(2,19) |
(2,39) |
|
|
МПа (14 сут.) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
123
Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура
Окончание табл. 4
Наименование показателя |
|
|
|
|
Смесь |
|
|
|
|
|
(срок твердения) |
№ 1 |
№ 2 |
№ 3 |
№ 4 |
№ 5 |
№ 6 |
№ 7 |
№ 8 |
№ 9 |
|
Предел прочности |
1,99 |
1,44 |
2,48 |
1,98 |
2,44 |
1,97 |
2,69 |
1,99 |
2,84 |
|
при 20 ºС, МПа (14 сут.) |
(2,07) |
(1,51) |
(2,58) |
(2,03) |
(2,56) |
(2,0) |
(2,69) |
(2,14) |
(2,2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел прочности |
1,61 |
0,77 |
1,85 |
0,86 |
1,46 |
0,85 |
1,97 |
1,03 |
1,61 |
|
при 50 ºС, МПа (14 сут.) |
(1,61) |
(0,88) |
(1,89) |
(0,93) |
(1,52) |
(0,80) |
(1,98) |
(1,02) |
(1,33) |
|
Водостойкость |
1,42 |
1,32 |
1,16 |
0,95 |
1,09 |
1,07 |
0,91 |
1,09 |
0,80 |
|
(1,44) |
(1,29) |
(1,13) |
(0,97) |
(1,04) |
(1,12) |
(0,96) |
(1,04) |
(0,8) |
||
|
Примечание: в скобках указаны значения, найденные согласно построенным регрессионным моделям.
Результаты эксперимента приведены в табл. 5.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
|
|
Деформативно-прочностные показатели |
|
|
|
||||
|
оптимальных составов органоминеральных смесей |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Компонентный состав |
|
Цемент — 3 %, |
Среднее значение |
Цемент — 4 %, |
Среднее значение |
||||
комплексного вяжущего |
|
битумная эмульсия — 4 % |
битумная эмульсия — 4 % |
||||||
|
|
|
|||||||
Разрушающая нагрузка, Н |
|
3,5 |
3,6 |
3,7 |
|
3,9 |
4,4 |
4,0 |
|
Высота образца, см |
|
7,2 |
7,1 |
7,1 |
|
7,2 |
7,2 |
7,2 |
|
Диаметр образца, см |
|
7,1 |
7,2 |
7,1 |
|
7,2 |
7,2 |
7,1 |
|
Трещиностойкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по пределу прочности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на растяжение при расколе |
|
0,69 |
0,70 |
0,73 |
0,71 |
0,75 |
0,85 |
0,78 |
0,79 |
при температуре 0 °С |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и скорости деформирования |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 мм/мин, МПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разрушающая нагрузка |
|
19,5 |
18,2 |
22,6 |
|
18,4 |
20,4 |
17,3 |
|
при 50 оС, Н |
|
|
|
||||||
Время нагрузки, с |
|
5 |
5,5 |
6,1 |
|
6 |
5,5 |
7 |
|
Скорость нагрузки, мм/мин |
|
50 |
50 |
50 |
|
50 |
50 |
50 |
|
Средняя работа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
деформирования образцов |
|
2442,50 |
2502,50 |
3451,08 |
|
2755,50 |
2807,75 |
3031,00 |
|
при испытании |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по схеме Маршалла, Дж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разрушающая нагрузка |
|
4,91 |
5,27 |
6,43 |
|
9,5 |
8,5 |
8,5 |
|
при 50 оС, Н |
|
|
|
||||||
Время нагрузки, с |
|
5 |
4,4 |
4 |
|
4 |
3,9 |
3,9 |
|
Скорость нагрузки, мм/мин |
|
50 |
50 |
50 |
|
50 |
50 |
50 |
|
Средняя работа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
деформирования образцов |
|
613,75 |
579,70 |
643,00 |
|
950,00 |
828,75 |
828,75 |
|
при испытании |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при одноосном сжатии, Дж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент внутреннего |
|
0,90 |
0,91 |
0,93 |
0,91 |
0,85 |
0,88 |
0,89 |
0,87 |
трения |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел прочности |
|
1,23 |
1,32 |
1,61 |
1,39 |
2,38 |
2,12 |
2,12 |
2,21 |
при сжатии при 50 оС, МПа |
|
||||||||
Сцепление при сдвиге, МПа |
|
0,25 |
0,26 |
0,31 |
0,27 |
0,52 |
0,44 |
0,43 |
0,46 |
Рассматривая влияние компонентов комплексного вяжущего в области оптимальных значений характеристик органоминеральных смесей на показатели сдвигоустойчивости, отметим, что величина коэффициента внутреннего трения незначительно выше при меньшем содержании цемента в комплексном вяжущем. При увеличении содержания цемента в комплексном вяжущем с 3 до 4 % на 100 % минеральной части показатель сцепления при сдвиге возрастает в 1,7 раза. Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе
124
Выпуск № 4 (44), 2016 |
ISSN 2072-0041 |
|
|
при температуре 0 °С и скорости деформирования 50 мм/мин в области оптимальных значений характеристик составов органоминеральных смесей находится в пределах 0,7—0,8 МПа. Влияние повышенного содержания цемента на величину показателя незначительное.
Выводы
1.Водонасыщение составов в исследованной области находится в пределах 2,80— 3,80 %, что соответствует области значений, отвечающих требованиям ГОСТ 30491-2012. Меньшее значение показателя водонасыщения соответствует области повышенного содержания битумной эмульсии и пониженного содержания цемента в комплексном вяжущем, а также асфальтогранулята в минеральной части.
2.Плотность образцов в исследуемой области факторов находится в пределах 2,35— 2,38 г/см3. Отклонения показателя незначительны. Меньшее значение средней плотности соответствует составам, содержащим верхнюю границу асфальтогранулята. Соответственно более высокая плотность соответствует составам, содержащим нижнюю границу асфальтогранулята в минеральной части смеси.
3.Все исследованные составы не склонны к набуханию во всей исследованной области изменения факторов.
4.Величина показателя прочности составов в водонасыщенном состоянии находится в пределах 1,9—2,9 МПа. На показатель наибольшее влияние оказывает состав комплексного вяжущего, в меньшей степени — содержание асфальтогранулята в минеральной части смеси. Наилучшее значение показателя соответствует значениям исследуемых факторов:
содержание асфальтогранулята — 40 % в минеральной части,
битумной эмульсии 3 класса — 4 %,
цемента 3—4 % в комплексном вяжущем.
5.Основным фактором, оказывающим влияние на прочностные характеристики органоминеральной смеси в области нормальных температур является количество битумной эмульсии в составе комплексного вяжущего во всей области значений исследуемых рецептурных показателей, позволяющей изменять прочность в пределах от 1,4 до 2,7 МПа. При этом указанная тенденция проявляется как после 7, так и после 14 суток твердения образцов. Повышение содержания цемента в комплексном вяжущем при минимальном содержании эмульсии улучшает значение показателя. Увеличение содержания асфальтогранулята в минеральной части менее значительно влияет на изменение показателя.
6.Прочностные характеристики органоминеральной смеси при повышенных температурах зависят от количества битумной эмульсии в составе комплексного вяжущего во всей области значений исследуемых факторов, что изменяет прочность при температуре 50 ºС сухих образцов в пределах от 0,8 до 2,0 МПа. Более высокое значение показателя соответствует области верхней границы содержания цемента в комплексном вяжущем, а также повышенного количества асфальтогранулята в минеральной части органоминеральной смеси.
7.Оптимальными рецептурными значениями составов органоминеральных смесей яв-
ляются:
содержание асфальтогранулята от 30 до 40 % в 100 % минеральной части;
содержание битумной эмульсии 3 класса — 4 %, цемента 3—4 % в комплексном вяжущем сверх 100 % минеральной части.
Библиографический список
1.Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В. Е. Гмурман — М.: Высш. шк.,
1998. — 480 с.
2.Горелышев, Н. В. Асфальтобетон и другие битумоминеральные материалы / Н. В. Горелышев. — М.: Можайск-Терра, 1995. — 176 с.
3.Горелышева, Л. А. Органоминеральные смеси в дорожном строительстве / Л. А. Горелышева // Автомобильные дороги: обзорная информация. — М.: Информавтодор, 2000. — Вып 3. — 107 с.
125
Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура
4.Дымов, С. Технологии использования асфальтогранулята (РАП) в горячих и тѐплых смесях: презентация [Электронный ресурс] / С. Дымов // MAXConference: сайт компании. — Режим доступа: http://maxconf. ru/event/files/48.
5.Калгин, Ю. И. Дорожные битумоминеральные материалы на основе модифицированных битумов / Ю. И. Калгин. — Воронеж: изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2006. — 272 с.
6.Калгин, Ю. И. Перспективные технологии строительства и ремонта дорожных покрытий с применением модифицированных битумов / Ю. И. Калгин, А. С. Строкин, Е. Б. Тюков. — Воронеж: Воронежская областная типография, 2014. — 224 с.
7.Карамышева, В. М. Применение влажных органоминеральных смесей при строительстве и ремонте автомобильных дорог / В. М. Карамышева, Л. Л. Горелышева // Автомобильные дороги: обзорная информация. — М.: ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, 1989. — Вып. 4. — 53 с.
8.Карелин, Д. Ю. Современные способы применения асфальтового гранулята: презентация ООО «Вирт- ген-Интернациональ-Сервис» [Электронный ресурс] / Д. Ю. Карелин // MAXConference: сайт компании. — Режим доступа: http://maxconf.ru/event/files/48.
9.Лупанов, А. В. Применение асфальтового гранулята при производстве асфальтобетонных смесей на АБЗ / А. В. Лупанов, В. В. Силкин, А. С. Суханов, Н. В. Гладышев // MAXConference: сайт компании. — Режим доступа: http://maxconf.ru/event/files/48.
10.Ольховиков, В. М. Применение органических вяжущих при реконструкции дорог с гравийными и щебеночными покрытиями / В. М. Ольховиков // Труды ГПРосдорнии. — 2000. — Вып. 10. — С. 104—110.
11.Паневин, Н. И. Опыт использования асфальтогранулята в органоминеральных смесях с битумной эмульсией: презентация ООО «Автодорис» [Электронный ресурс] / Н. И. Паневин // MAXConference: сайт компании. — Режим доступа: http://maxconf.ru/event/files/48.
12.Пат. Бельгии BE755694 (A1). Asphalt concrete with reduced dust/ Wolff & Muller f.; published 1971-02-
15.
13.Пат. США US3074807 (A). Cold-laid bituminous paving materials / Dorius Carl B; Jones George M; Morse Park L.; applicant (s): American GIlsonite co; 1963-01-02.
14.Пат. США US2629669 (A). Cold-rollable paving mix / Anderton Benjamin A.; applicant (s): Allied chem
&Dye corp; published 1953-02-54.
15.Хученройтер, Ю. Асфальт в дорожном строительстве / Ю. Хученройтер, Т. Вѐрнер. — М.: ИД «АБВ-пресс», 2013. — 450 с.
16.Hochbelastete Straβendecken Europäische Argumente fur SMA // Asphalt. — 1999. — № 3. — P. 21—27.
17.Holl, A. Dünne Schichten im Kalteinbau / A. Holl // Asphalt. — 1995. — № 6. — P. 18—21.
18.Maccarone, S. Cold Asphalt Systems as an Alternative to Hotmix / S. Maccarone // Asphalt Review. — 1995. — Vol. 14, № 1. — P. 19—24.
19.Suss, G. Erhohung der Anfangsgriffigkeit von Asphaltdeckschichten-Ergebnisse einer Pilotstudie / G. Suss, U. Karolewski // Asphalt. — 1998. — № 4. — P. 28—32.
20.Wang, Z. Comparative study on effects of binders and curing ages on properties of cement emulsified asphalt mixture using gray correlation entropy analysis / Zhenjun Wang, Qiong Wang, Tao Ai // Construction and Building Materials. — 2014. — Vol. 54, № 15. — P. 615—622.
References
1.Gmurman, V. E. Teoriya veroyatnostei i matematicheskaya statistika / V. E. Gmurman — M.: Vyssh. shk., 1998. — 480 s.
2.Gorelyshev, N. V. Asfal'tobeton i drugie bitumomineral'nye materialy / N. V. Gorelyshev. — M.: Moz- haisk-Terra, 1995. — 176 s.
3.Gorelysheva, L. A. Organomineral'nye smesi v dorozhnom stroitel'stve / L. A. Gorelysheva // Avtomobil'nye dorogi: obzornaya informatsiya. — M.: Informavtodor, 2000. — Vyp 3. — 107 s.
4.Dymov, S. Tekhnologii ispol'zovaniya asfal'togranulyata (RAP) v goryachikh i teplykh smesyakh: prezentatsiya [Elektronnyi resurs] / S. Dymov // MAXConference: sait kompanii. — Rezhim dostupa: http://maxconf. ru/event/files/48.
5.Kalgin, Yu. I. Dorozhnye bitumomineral'nye materialy na osnove modifitsirovannykh bitumov / Yu. I. Kalgin. — Voronezh: izd-vo Voronezh. gos. un-ta, 2006. — 272 s.
6.Kalgin, Yu. I. Perspektivnye tekhnologii stroitel'stva i remonta dorozhnykh pokrytii s primeneniem modifitsirovannykh bitumov / Yu. I. Kalgin, A. S. Strokin, E. B. Tyukov. — Voronezh: Voronezhskaya oblastnaya tipografiya, 2014. — 224 s.
7.Karamysheva, V. M. Primenenie vlazhnykh organomineral'nykh smesei pri stroitel'stve i remonte avtomobil'nykh dorog / V. M. Karamysheva, L. L. Gorelysheva // Avtomobil'nye dorogi: obzornaya informatsiya. — M.: TsBNTI Minavtodora RSFSR, 1989. — Vyp. 4. — 53 s.
126
Выпуск № 4 (44), 2016 |
ISSN 2072-0041 |
|
|
8. Karelin, D. Yu. Sovremennye sposoby primeneniya asfal'tovogo granulyata: prezentatsiya OOO «Virtgen- Internatsional'-Servis» [Elektronnyi resurs] / D. Yu. Karelin // MAXConference: sait kompanii. — Rezhim dostupa: http://maxconf.ru/event/files/48.
9. Lupanov, A. V. Primenenie asfal'tovogo granulyata pri proizvodstve asfal'tobetonnykh smesei na ABZ / A. V. Lupanov, V. V. Silkin, A. S. Sukhanov, N. V. Gladyshev // MAXConference: sait kompanii. — Rezhim dostupa: http://maxconf.ru/event/files/48.
10.Ol'khovikov, V. M. Primenenie organicheskikh vyazhushchikh pri rekonstruktsii dorog s graviinymi i shchebenochnymi pokrytiyami / V. M. Ol'khovikov // Trudy GPRosdornii. — 2000. — Vyp. 10. — S. 104—110.
11.Panevin, N. I. Opyt ispol'zovaniya asfal'togranulyata v organomineral'nykh smesyakh s bitumnoi emul'siei: prezentatsiya OOO «Avtodoris» [Elektronnyi resurs] / N. I. Panevin // MAXConference: sait kompanii. — Rezhim dostupa: http://maxconf.ru/event/files/48.
12.Pat. Bel'gii BE755694 (A1). Asphalt concrete with reduced dust/ Wolff & Muller f.; published 1971-02-15.
13.Pat. SShA US3074807 (A). Cold-laid bituminous paving materials / Dorius Carl B; Jones George M; Morse Park L.; applicant (s): American GIlsonite co; 1963-01-02.
14.Pat. SShA US2629669 (A). Cold-rollable paving mix / Anderton Benjamin A.; applicant (s): Allied chem & Dye corp; published 1953-02-54.
15.Khuchenroiter, Yu. Asfal't v dorozhnom stroitel'stve / Yu. Khuchenroiter, T. Verner. — M.: ID «ABVpress», 2013. — 450 s.
16.Hochbelastete Straβendecken Europäische Argumente fur SMA // Asphalt. — 1999. — № 3. — P. 21—27.
17.Holl, A. Dünne Schichten im Kalteinbau / A. Holl // Asphalt. — 1995. — № 6. — P. 18—21.
18.Maccarone, S. Cold Asphalt Systems as an Alternative to Hotmix / S. Maccarone // Asphalt Review. — 1995. — Vol. 14, № 1. — P. 19—24.
19.Suss, G. Erhohung der Anfangsgriffigkeit von Asphaltdeckschichten-Ergebnisse einer Pilotstudie / G. Suss, U. Karolewski // Asphalt. — 1998. — № 4. — P. 28—32.
21.Wang, Z. Comparative study on effects of binders and curing ages on properties of cement emulsified asphalt mixture using gray correlation entropy analysis / Zhenjun Wang, Qiong Wang, Tao Ai // Construction and Building Materials. — 2014. — Vol. 54, № 15. — P. 615—622.
ORGANOMINERAL MIXES BASED ON AN ASPHALT CHIP
FOR SURFACINGS AND SUBBASES OF HIGHWAYS
M. N. Panevin, Yu. I. Kalgin
Ltd. «AVTODORIS»
Russia, Voronezh, e-mail: panevinn@mail.ru M. N. Panevin, Engineer
Voronezh State Technical University
Russia, Voronezh, tel.: (473) 236-18-89, e-mail: kalgin36@yandex.ru
Yu. I. Kalgin, D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Construction and Operation of Highways
Statement of the problem. The problem of the development of organic-compounds characterized by the use of a mineral asphalt chip in part, to the device structural pavement layers.
Results. The results of the experiment and mathematical analysis to determine the physical and mechanical properties of organic-mineral mixes are shown. The operation of physical and mechanical and technological properties of organic-mineral mixes with different proportions of asphalt chip in the mineral part. The role of asphalt chip in improving the quality using organic-compounds. The optimum compositions of organic compounds using asphalt chips in the mineral part and the optimal characteristics of the materials for making them are presented.
Conclusions. The main factor influencing the characteristics of the organic mineral mix is the amount of bituminous emulsion making up a complex binder. Increasing the content of cement in the binder with a minimum content of the emulsion has a less significant effect on the properties of the mix. The ptimal content of asphalt chip is 40 % in the mineral part of the mix.
Keywords: asphalt concrete, asphalt chip, organic mixture, bituminous emulsion.
127
Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура
УДК 625.7.8
ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ ЗА СЧЕТ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СУЩЕСТВУЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ПОЛОСЫ ОТВОДА
В. П. Подольский, Ю. Ф. Зацепин
Воронежский государственный технический университет
Россия, г. Воронеж, тел.: +7-980-245-08-70, e-mail: dorogi36@gmail.com
В. П. Подольский, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой строительства и эксплуатации автомобильных дорог АО «Дороги Черноземья»
Россия, г. Воронеж, тел.: (473)200-15-04, e-mail: dorogi36@gmail.com
Ю. Ф. Зацепин, генеральный директор
Постановка задачи. Рассматривается вопрос обоснования возможности повышения уровня безопасности дорожного движения за счет использования современных методов содержания автомобильных дорог и рационального использования геометрических параметров земляного полотна.
Результаты. Произведен анализ опыта содержания автомобильных дорог федерального значения в Воронежской и Липецкой областях. Показаны результаты изменения интенсивности дорожного движения с учетом развития транспортного сообщения «коридора» запад — восток в Российской Федерации. Приведены примеры и расчеты возможности размещения дополнительных полос для движения транспортных средств при существующих параметрах земляного полотна автомобильных дорог II и III категорий.
Выводы. Эффективные методы содержания автомобильных дорог позволяют значительно увеличить безопасность дорожного движения. В числе таких методов — установка тросового барьерного ограждения, являющаяся наиболее надежным средством предотвращения встречных столкновений транспортных средств, и рациональное использование геометрических параметров земляного полотна существующей автомобильной дороги для размещения дополнительных полос движения и соответственно увеличения ее пропускной способности. Последний метод также позволяет обеспечить снижение транспортной нагрузки, что влияет на увеличение межремонтных сроков дорожной одежды.
Ключевые слова: безопасность движения, асфальтобетонное покрытие, санация дорожного покрытия, гидрофобизация, коэффициент сцепления, межремонтные сроки.
Введение. Протяженность и состояние транспортной инфраструктуры Российской Федерации в настоящее время существенно отстают от потребностей народного хозяйства [6— 15]. Качество содержания автомобильных дорог не соответствует требованиям пользователей. В связи со слабым развитием (приростом новых участков автомобильных дорог) наблюдается постоянная перегруженность действующей сети автодорог [1—3].
Особенно это заметно на ключевых направлениях, связывающих регионы страны с морскими портами, направлениях, соединяющих крупные города с границами Российской Федерации, а также участках автомобильных дорог между областными центрами [14, 15]. В качестве примеров можно назвать федеральные дороги Р-119 Орел — Ливны — Елец — Липецк — Тамбов и Р-298 Курск — Воронеж, соединяющие важное народнохозяйственное направление с запада на восток. Эти автодороги II, III технических категорий построены в период до 1970 года в соответствии с требованиями СНиП II-Д.5-62, где основная нагрузка на ось принималась 6 тонн.
На протяжении 46 лет реконструкция этих дорог не проводилась. Однако интенсивность дорожного движения и грузоподъемность транспортных средств за это время сущест-
© Подольский В. П., Зацепин Ю. Ф., 2016
128
Выпуск № 4 (44), 2016 |
ISSN 2072-0041 |
|
|
венно возросли и достигают в настоящее время на некоторых участках до 14 тысяч автомобилей в сутки с нагрузкой до 13 тонн на ось. Это в несколько раз превышает нормативные показатели. Также следует отметить, что и автомобильный поток грузового парка претерпел существенную модернизацию. Если в семидесятые годы прошлого столетия основными грузовиками были ЗИЛ-130, 133, ГАЗ-51, 52, 53 грузоподъемностью до 5 тонн, то в настоящее время по автодорогам грузы перевозят на современных автопоездах иностранного производства и КАМАЗах грузоподъемностью до 25 тонн. В результате роста интенсивности дорожного движения и увеличения нагрузки на ось транспортных средств при недостаточном для развития и модернизации (реконструкции, содержания, ремонта, капитального ремонта) автомобильных дорог финансировании пользователь ощущает отсутствие комфортных условий перемещения по автодорогам. Помимо этого, основной, чрезвычайно отрицательной тенденцией при существующих условиях является неуклонное снижение уровня безопасности дорожного движения: количество погибших по стране за год достигает 34 тыс. человек. Поэтому сокращение числа дорожно-транспортных происшествий (ДТП) с летальным исходом в настоящее время является актуальной проблемой [1—16].
1. Влияние современных методов содержания автомобильных дорог на стати-
стику ДТП. Приведем аналитические данные статистики ДТП на некоторых автомобильных дорогах:
1) Р-298 Курск — Воронеж, Р-22 «Каспий» (М-4 «Дон»: Тамбов — Волгоград — Астрахань, подъезд к г. Саратову):
2013 г.: всего 133 ДТП, в том числе 5 с сопутствующими дорожными условиями;
2014 г.: всего 136 ДТП, в том числе 9 с сопутствующими дорожными условиями;
2015 г.: всего 183 ДТП, в том числе 8 с сопутствующими дорожными условиями; 2) автодорога Р-193 Воронеж-Тамбов, км 10+038 — 110+898:
2013 г.: всего 39 ДТП, сопутствующие дорожные условия отсутствуют;
2014 г.: всего 52 ДТП, в том числе 1 с сопутствующими дорожными условиями;
2015 г.: всего 52 ДТП, сопутствующие дорожные условия отсутствуют;
3) автодорога А-133, км 0+000 — км 58+000:
2013 г.: всего 42 ДТП, в том числе 3 с сопутствующими дорожными условиями;
2014 г.: всего 54 ДТП, в том числе 1 с сопутствующими дорожными условиями;
2015 г.: всего 42 ДТП, в том числе 2 с сопутствующими дорожными условиями. Анализируя представленные в табл. 1 данные суточной интенсивности дорожного дви-
жения и представленную выше статистику ДТП, следует обратить внимание на то, что ежегодный рост происшествий происходит в условиях высокой интенсивности дорожного движения. Для комплексного решения назревших вопросов в дорожном хозяйстве необходимо рассмотреть следующие задачи:
обеспечение безопасности дорожного движения при условии применения современных методов эффективного содержания автомобильных дорог;
увеличение межремонтных сроков покрытия в результате применения наиболее эффективных методов и технологий;
модернизация и развитие существующих параметров земляного полотна и полос отвода, дорожно-транспортной инфраструктуры, реконструкция их с минимальными капиталовложениями.
Обеспечение безопасности дорожного движения. Основными функциями по содержа-
нию автомобильных дорог являются обеспечение безопасности дорожного движения и сохранность элементов дорожного комплекса [6, 7, 9]. Для выполнения первой цели необходимо применение полного комплекса современных эффективных технологий по содержанию автодорог.
129
Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура
|
|
Таблица 1 |
Суточная интенсивность дорожного движения |
||
|
|
|
Дислокация приборов учета |
Среднесуточная |
Приведенная |
интенсивности движения, км + м |
интенсивность, м/сут. |
среднесуточная интенсивность, м/сут. |
км 13+650 |
17607 |
19183 |
км 75+650 |
4569 |
8284 |
км 101+015 |
3995 |
9282 |
км 153+200 |
7781 |
12410 |
км 179+000 |
8433 |
22456 |
км 215+200 |
16492 |
23275 |
км 346+000 |
4179 |
6385 |
км 389+000 |
3513 |
5559 |
км 424+000 |
6360 |
9332 |
км 173+150 |
3238 |
8150 |
км 250+070 |
4190 |
8254 |
км 292+130 |
17941 |
29867 |
км 448+650 |
12451 |
16454 |
км 479+000 |
3147 |
5758 |
км 519+000 |
3080 |
2405 |
км 633+050 |
4206 |
5232 |
км 727+000 |
7205 |
8213 |
К нормативным (повседневным) видам работ по содержанию дорог относятся: предотвращение или ликвидация зимней скользкости и снежных отложений на элементах дорожной одежды и земляного полотна; приведение в нормативное состояние элементов автодороги; своевременный окос травы и удаление кустарников и мелколесья в полосе отвода; очистка от грязи, снега элементов обустройства автодороги; приведение в нормативное состояние средств технического регулирования дорожного движения и поддержание их в порядке и многие другие работы, предусмотренные нормативными документами. Наряду с вышеуказанными существуют и перспективные (долгосрочного значения) виды работ, которые эффективно влияют на безопасность дорожного движения и сохранность автодороги, это проведение профилактических мероприятий по приведению в нормативное состояние дорожной одежды. Эти виды работ наиболее материалоемкие, но более значимые на перспективный период эксплуатации объектов. К ним относятся: исправление деформаций при колееобразовании, устранение пучинообразований, санация дефектных мест покрытия, устройство слоя износа дорожной одежды. По своим функциональным особенностям эти работы позволяют не только повысить уровень безопасности дорожного движения в результате придания необходимой ровности, шероховатости, коэффициента сцепления покрытию, но и обеспечить увеличение сохранности и долговечности дорожной конструкции [17—21]. В результате этих мероприятий снижается уровень динамических нагрузок на конструкции дорожной одежды, обеспечивается дополнительная гидрофобизация верхних слоев покрытия. При своевременном и качественном выполнении указанных работ по содержанию автодорог продолжительность межремонтных сроков увеличивается.
Увеличение межремонтных сроков дорожных одежд. Здесь следует отметить эффек-
тивное применение технологий, таких как использование битумо-минеральной смеси открытого типа и санирование существующей дорожной одежды специальной пропиткой асфальтобетона ПАБ «Дорсан». Данные технологии позволяют увеличить межремонтные сроки эксплуатации дорожного покрытия в 1,5—2 раза с учетом минимального вложения средств. Но следует учитывать, что эти мероприятия, будучи отдельно взятыми, не позволят сохранить конструкцию дорожной одежды в целом и полностью обеспечить требуемый уровень безопасности дорожного движения по всем элементам дороги. Поэтому для увеличения уровня безопасности дорожного движения и сохранности элементов автодороги требуется
130