Методическое пособие 775

Выпуск № 4 (44), 2016 ISSN 2072-0041

Начальное условие имеет вид:

где Θ — безразмерная температура асфальтобетона на глубине h при постоянном тепловом потоке, зависящая от числа критерия Фурье; Fоh — критерий гомохронности Фурье:

λ — коэффициент теплопроводности, ккал/м∙ч∙град; γ — удельный вес, кг/м3. Численное значение коэффициента теплопроводности определяется зависимостью [6]

c — удельная теплоемкость, ккал/ кг∙ град; величину теплоемкости для асфальтобетонной смеси в зависимости от ее типа можно определить из выражения [6]

Из данной формулы видно, что время нагрева слоя асфальтобетона зависит от толщины нагреваемого слоя и продолжительности процесса нагрева, пропорционально квадрату толщины слоя. На рис. 2 представлена зависимость безразмерной температуры асфальтобетона на глубине h слоя покрытия от критерия гомохронности Фурье, рассчитанная по формуле (3) с учетом экспериментальных данных.

Критерий гомохронности

Рис. 2. Зависимость безразмерной температуры асфальтобетона на глубине h от критерия гомохронности Фурье

81

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Численное значение безразмерной температуры асфальтобетона на глубине h слоя асфальтобетона определяется из формулы

где F0h — критерий гомохронности Фурье. Коэффициент корреляции равен 0,96. Продолжительность разогрева слоя асфальтобетона до температуры нагрева 110 °С

можно определить на основании данных, представленных в работе [6] (табл. 1).

2. Обоснование технологических режимов асфальторазогревателей в зависимости от погодных условий. Результаты обработки данных табл. 1 при начальной температуре нагрева асфальтобетона, равной температуре окружающего воздуха 10 С, в зависимости от толщины нагреваемого слоя представлены на рис. 3. Численное значение продолжительности нагрева определяется из уравнения, приведенного ниже:

0,5h2 , (9)

где h — толщина слоя асфальтобетона, см. Коэффициент корреляции равен 1,0.

Рис. 3. Зависимость времени нагрева при разных начальных температурах слоя асфальтобетона

Продолжительность нагрева пропорциональна квадрату толщины слоя асфальтобетона, что подтверждается формулой (7). Из данных табл. видно, что время нагрева зависит от начальной температуры асфальтобетона. С целью уточнения влияния начальной температуры асфальтобетона на время нагрева представим данные табл. 1 в относительных величинах, принимая за единицу (как эталон) время нагрева при температуре воздуха 20 С и обозначив его через коэффициент влияния начальной температуры покрытия до нагрева (табл. 2).

82

Анализ данных в относительных величинах времени нагрева асфальтобетона при разной толщине слоя в зависимости от начальной температуры слоя покрытия показал, что имеется общая закономерность продолжительности нагрева асфальтобетона независимо от толщины слоя полосы (рис. 4).

Рис. 4. Влияние температуры асфальтобетона на крае полосы до нагрева на коэффициент влияния температуры асфальтобетона

Время нагрева края полосы асфальтобетона при начальных значениях температуры поверхности от 10 до 50 С в соответствии с методикой рационального планирования экспериментальных данных можно определить по формуле [15]

где h — толщина нагреваемого слоя асфальтобетона, см; tсм — температура асфальтобетона до нагрева, °С. Коэффициент корреляции равен 0,99.

Нагрев асфальтобетонного покрытия происходит при перемещении разогревателя с заданной скоростью в зависимости от температуры края полосы асфальтобетона и толщины слоя полосы и определяется по формуле

или

v l / 0, 66h2е 0,015tсл , м/мин,

где l — длина блока разогревателя.

С учетом теплофизических свойств асфальтобетонной смеси скорость перемещения разогревателя определяется по формуле

Мощность излучения на поверхности покрытия, определяемая из условия постоянного теплового потока, определяется выражением [13]

Эффективность работы разогревателя зависит от интенсивности нагрева слоя края полосы асфальтобетона, которая определяется высотой расположения разогревателя над поверхностью полосы покрытия. При постоянном тепловом потоке в соответствии с экспериментальными данными для горелок с керамическими насадками высота R установки горелок над покрытием определяется по формуле [13]

83

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

На основании уточненной методики по расчету параметров инфракрасного разогревателя в табл. 3 и 4 представлены результаты расчета технологических режимов при разогреве слоя асфальтобетона толщиной 0,02 и 0,03 м при температуре от 10 до 110 С при разной температуре асфальтобетона, равной температуре окружающего воздуха.

Зависимость времени разогрева асфальтобетона при толщине слоя 0,02 и 0,03 м при разных температурах воздуха представлена на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость времени нагрева асфальтобетона

от температуры воздуха:

1 — толщина слоя нагрева 0,02 м;

2 — толщина слоя нагрева 0,03 м

Численное значение времени нагрева при разной температуре воздуха и толщине слоя асфальтобетона определяется зависимостями:

где tв — температура воздуха, С. Коэффициент корреляции равен 0,99.

Результаты расчетов скорости перемещения разогревателя при разных температурах воздуха и толщине слоя покрытия представлены на рис. 6.

84

Рис. 6. Зависимость скорости перемещения разогревателя от температуры воздуха и толщины слоя прогрева: 1 — глубина прогрева 2 см при длине разогревателя 1,25 м; 2 — глубина прогрева 2 см при длине разогревателя 2,0 м; 3 — глубина прогрева 3 см при длине разогревателя1,25 м;

4 — глубина прогрева 3 см при длине разогревателя 2,0 м

Численные значения скорости перемещения разогревателя от температуры воздуха могут быть рассчитаны по уравнениям, представленным в табл. 5.

На основании представленных результатов можно сделать вывод, что при устройстве полос покрытия с раздельными полосами и необходимостью осуществлять разогрев края полосы покрытия при укладке смежной полосы применение разогревателя будет снижать производительность механизированного звена машин, т. к. скорость нагрева края полосы покрытия незначительна. С целью обеспечения заданного темпа устройства покрытия необходимо увеличивать длину блока или количество блоков разогревателей.

Увеличение длины блока разогревателя при постоянной мощности излучателя теплового потока приводит к повышению температуры на поверхности асфальтобетона. На рис. 7 представлена динамика распределения температуры на глубине до 0,03 м в слое покрытия при нагреве инфракрасным асфальторазогревателем РА-20 [7, 14].

Рис. 7. Распределение температуры в слое асфальтобетона при нагреве: 1 — на поверхности; 2 — на глубине 0,01 м; 3 — 0,02 м; 4 — 0,03 м

85

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Из представленных на рис. 7 данных видно, что распределение температуры по толщине слоя асфальтобетона неравномерно и на поверхности слоя наблюдается пережег смеси. Для обеспечения равномерности распределения температуры смеси по толщине слоя используют несколько блоков разогревателей, отличающихся между собой разными режимами нагрева асфальтобетона. Тогда с учетом выражения (13) мощность излучения на заданной глубине слоя будет определяться следующим образом:

Для обеспечения непрерывности технологии укладки горячей асфальтобетонной смеси сопряженной полосы необходимо обеспечить равенство скорости перемещения разогревателя и скорости асфальтоукладчика. В этом случае рабочая скорость асфальтоукладчика будет зависеть от скорости перемещения блока разогревателя. При креплении блоков разогревателей к конструкции асфальтоукладчика их технологические режимы должны соответствовать заданному темпу устройства полосы покрытия.

В табл. 6 представлены результаты расчета технологических режимов разогревателя, состоящего из трех блоков, при нагреве края полосы асфальтобетона от 10 до 110 С при толщине слоя 0,03 м.

3.Разработка программного обеспечения по выбору технологических параметров инфракрасных асфальторазогревателей при строительстве многополосных покрытий нежесткого типа. С учетом полученных результатов разработано программное обеспечение

сиспользованием программы Labwiew, позволяющее определять технологические параметры разогревателя с учетом конструктивных и погодных условий производства работ [11]. Панель управления данной программы представлена на рис. 8.

Использование данной программы позволяет разработать программное обеспечение для определения технологических параметров разогревателя с учетом нескольких блоков разогревателей. В качестве примере на рис. 9 представлена блок-схема программы по расчету параметров асфальторазогревателя с использованием двух блоков разогревателей.

Выводы

1.Установлены аналитические зависимости для определения технологических режимов при нагреве асфальтобетона инфракрасными разогревателями.

2.Разработано программное обеспечение для ЭВМ, позволяющее рассчитать технологические режимы асфальторазогревателей.

Библиографический список

1.Васильев, А. П. Справочная энциклопедия дорожника: в 3 т. Т. I. Строительство и реконструкция автомобильных дорог / А. П. Васильев. — М.: Информавтодор, 2004. — 505 с.

2.Васильев, А. П. Справочная энциклопедия дорожника: в 3 т. Т. II. Ремонт и содержание автомобильных дорог / А. П. Васильев. — М.: Информавтодор, 2004. — 507 с.

3.Гиясов, Б. И. Определение температуры нагрева поверхности выбоины дорожного покрытия при производстве ремонтных работ с применением горячих асфальтобетонных смесей / Б. И. Гиясов, А. Ф. Зубков, К. А. Андрианов // Вестник МГСУ. — 2014. — № 11. — С. 118—127.

86

Рис. 8. Интерфейс программы по расчету технологических режимов асфальторазогревателя

Рис. 9. Блок-схема программы по расчету технологических режимов двух блоков асфальторазогревателей

87

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

4.Гиясов, Б. И. Расчет температуры асфальтобетона при устройстве стыков многополосных дорожных покрытий нежесткого типа / Б. И. Гиясов, Р. В. Куприянов, К. А. Андрианов, А. Ф. Зубков // Вестник МГСУ. — 2015. — № 3. — С. 17—29.

5.Горелышев, Н. Г. Технология и организация строительства автомобильных дорог / Н. Г. Горелышев. — М.: Интеграл, 2013. — 551 с.

6. Зубков, А. Ф. Технология строительства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог / А. Ф. Зубков, В. Г. Однолько. — М.: Машиностроение, 2009. — 223 с.

7.Ильев, Э. Б. Выбор параметров разогревателей асфальтобетонного покрытия с инфракрасным излучением / Э. Б. Ильев, А. Я. Нисневич // Строительные и дорожные машины. — 1970. — № 3. — С. 8—10.

8.Ищенко, И. С. Технология устройства и ремонта асфальтобетонных покрытий / И. С. Ищенко, Т. Н. Калашникова, Д. А. Семенов. — М.: Аир-Арт, 2001. — 169 с.

9.Куприянов, Р. В. Определение зон с пониженной температурой асфальтобетонной смеси при строительстве многополосных дорожных покрытий / Р. В. Куприянов, А. Ф. Зубков // Устойчивое развитие региона: архитектура, строительство, транспорт: материалы междунар. науч.-практ. конф. — Тамбов: ТГТУ, 2014. — С. 83 — 86.

10.Куприянов, Р. В. Особенности технологии строительства многополостных дорожных покрытий нежесткого типа / Р. В. Куприянов, П. В. Монастырев, А. Ф. Зубков / Вестник центрального территориального отделения РААСН. — 2015. — № 14. — С. 136 — 143.

11.Куприянов, Р. В. Свидетельство о регистрации программы по расчету параметров инфракрасных разогревателей для асфальтобетонного покрытия № 2015616928 / А. Ф. Зубков, Р. В. Куприянов. — Дата регистрации 25.06.2015.

12.Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. — М.: Высш. шк., 1967. — 596 с.

13.Пехович, А. И. Расчеты теплового режима теплых тел / А. И. Пехович, В. Т. Жидких. — Л.: Энергия, 1968. — 303 с.

14.Протодьяконов, М. М. Методика рационального планирования экспериментов / М. М. Протодьяконов, Р. И. Тедер. — М.: Наука, 1970. — 58 с.

15.Справочник дорожного мастера / Цупиков С. Г. [и др.]. — М.: Инфра-инженерия, 2005. — С. 654.

16.Büchler, S. Modellierung des Kälteverhaltens von Asphalten / S. Büchler, M. P. Wistuba // Strasse und

Autobahn. — 2012. — № 4. — P. 233—240.

17. Evdorides, H. T. A knowledge-based analyses process for road pavement condition assessment /

H.T. Evdorides, M. S. Snaitin // Proceeding of the ICE — Transport. — 1996. — Vol. 117. — P. 202—210.

18.Fort, L. Massive impact / L. Fort // Roads & Bridges. — 2014. — № 5. — P. 28.

19.Hofko, B. Einfluss der Verdichtungsrichtung auf das mechanische Verhalten von Asphaltprobekörpern aus walzsegmentverdichteten Platten / B. Hofko, R. Blab // Straße und Autobahn. — 2013. — Vol. 64, № 7. — P. 522— 530.

20.Nunn, M. Design and Assesment of Long-Life Flexible Pavements / M. Nunn, B. W. Ferne // Transportation Research Circular. — 2001. — № 503. — P. 32— 49.

21.Wellner, F. Auswirkung der Alterung und des Schichtenverbundes auf den Beanspruchungs zustand von Asphaltbefestigungen / F. Wellner, S. Werkmeister, D. Ascher // Strasse und Autobahn. — 2012. — № 7. — Р. 430—437.

References

1.Vasil'ev, A. P. Spravochnaya entsiklopediya dorozhnika: v 3 t. T. I. Stroitel'stvo i rekonstruktsiya avtomobil'nykh dorog / A. P. Vasil'ev. — M.: Informavtodor, 2004. — 505 s.

2.Vasil'ev, A. P. Spravochnaya entsiklopediya dorozhnika: v 3 t. T. II. Remont i soderzhanie avtomobil'nykh dorog / A. P. Vasil'ev. — M.: Informavtodor, 2004. — 507 s.

3.Giyasov, B. I. Opredelenie temperatury nagreva poverkhnosti vyboiny dorozhnogo pokrytiya pri proiz-

vodstve remontnykh rabot s primeneniem goryachikh asfal'tobetonnykh smesei / B. I. Giyasov, A. F. Zubkov,

K.A. Andrianov // Vestnik MGSU. — 2014. — № 11. — S. 118—127.

4.Giyasov, B. I. Raschet temperatury asfal'tobetona pri ustroistve stykov mnogopolosnykh dorozhnykh pokrytii nezhestkogo tipa / B. I. Giyasov, R. V. Kupriyanov, K. A. Andrianov, A. F. Zubkov // Vestnik MGSU. — 2015. — № 3. — S. 17—29.

5.Gorelyshev, N. G. Tekhnologiya i organizatsiya stroitel'stva avtomobil'nykh dorog / N. G. Gorelyshev. — M.: Integral, 2013. — 551 s.

6.Zubkov, A. F. Tekhnologiya stroitel'stva asfal'tobetonnykh pokrytii avtomobil'nykh dorog / A. F. Zubkov, V. G. Odnol'ko. — M.: Mashinostroenie, 2009. — 223 s.

7. Il'ev, E. B. Vybor parametrov razogrevatelei asfal'tobetonnogo pokrytiya s infrakrasnym izlucheniem /

E.B. Il'ev, A. Ya. Nisnevich // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. — 1970. — № 3. — S. 8—10.

8.Ishchenko, I. S. Tekhnologiya ustroistva i remonta asfal'tobetonnykh pokrytii / I. S. Ishchenko, T. N. Kalashnikova, D. A. Semenov. — M.: Air-Art, 2001. — 169 s.

88

9.Kupriyanov, R. V. Opredelenie zon s ponizhennoi temperaturoi asfal'tobetonnoi smesi pri stroitel'stve mnogopolosnykh dorozhnykh pokrytii / R. V. Kupriyanov, A. F. Zubkov // Ustoichivoe razvitie regiona: arkhitektura, stroitel'stvo, transport: materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf. — Tambov: TGTU, 2014. — S. 83 — 86.

10.Kupriyanov, R. V. Osobennosti tekhnologii stroitel'stva mnogopolostnykh dorozhnykh pokrytii nezhestkogo tipa / R. V. Kupriyanov, P. V. Monastyrev, A. F. Zubkov / Vestnik tsentral'nogo territorial'nogo otdeleniya RAASN. — 2015. — № 14. — S. 136 — 143.

11.Kupriyanov, R. V. Svidetel'stvo o registratsii programmy po raschetu parametrov infrakrasnykh razogrevatelei dlya asfal'tobetonnogo pokrytiya № 2015616928 / A. F. Zubkov, R. V. Kupriyanov. — Data registratsii 25.06.2015.

12.Lykov, A. V. Teoriya teploprovodnosti / A. V. Lykov. — M.: Vyssh. shk., 1967. — 596 s.

13.Pekhovich, A. I. Raschety teplovogo rezhima teplykh tel / A. I. Pekhovich, V. T. Zhidkikh. — L.: Energiya, 1968. — 303 s.

14. Protod'yakonov, M. M. Metodika ratsional'nogo planirovaniya eksperimentov / M. M. Protod'yakonov,

R.I. Teder. — M.: Nauka, 1970. — 58 s.

15.Spravochnik dorozhnogo mastera / Tsupikov S. G. [i dr.]. — M.: Infra-inzheneriya, 2005. — S. 654.

16.Büchler, S. Modellierung des Kälteverhaltens von Asphalten / S. Büchler, M. P. Wistuba // Strasse und Autobahn. — 2012. — № 4. — P. 233—240.

17. Evdorides, H. T. A knowledge-based analyses process for road pavement condition assessment /

H.T. Evdorides, M. S. Snaitin // Proceeding of the ICE — Transport. — 1996. — Vol. 117. — P. 202—210.

18.Fort, L. Massive impact / L. Fort // Roads & Bridges. — 2014. — № 5. — P. 28.

19.Hofko, B. Einfluss der Verdichtungsrichtung auf das mechanische Verhalten von Asphaltprobekörpern aus walzsegmentverdichteten Platten / B. Hofko, R. Blab // Straße und Autobahn. — 2013. — Vol. 64, № 7. — P. 522— 530.

20.Nunn, M. Design and Assesment of Long-Life Flexible Pavements / M. Nunn, B. W. Ferne // Transportation Research Circular. — 2001. — № 503. — P. 32— 49.

22. Wellner, F. Auswirkung der Alterung und des Schichtenverbundes auf den Beanspruchungs zustand von Asphaltbefestigungen / F. Wellner, S. Werkmeister, D. Ascher // Strasse und Autobahn. — 2012. — № 7. — P. 430— 437.

CALCULATION OF TECHNOLOGICAL MODES OF INFRARED HEATERS DURING HEATING AS THE EDGE OF A NON-RIGID SURFACING IS HEATED

A. F. Zubkov, K. A. Andrianov, R. V. Kupriyanov

Tambov State Technical University

Russia, Tambov, tel.: (4752) 63-09-20, 63-03-72, e-mail: gsiad@mail.tambov.ru

A. F. Zubkov, D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Urban Construction and Highways

K. A. Andrianov, PhD in Engineering, Assoc. Prof., Head of the Dept. of Urban Construction and Highways R. V. Kupriyanov, Engineer

Statement of the problem. An effect of the work conditions of production for adjusting joints of conjugate strips of a non-rigid surfacing on the duration of heating of the edge of an asphalt concrete strip is considered. A software for choosing technological parameters of infrared asphalt surfacings in the construction of non-rigid multiband surfacings is developed.

Results. Analytical dependences are obtained of the duration of the operation of an asphalt heater considering the air temperature while the works are being conducted, the thickness of a heated layer of asphalt concrete and the operating speed of the movement of a heater at different temperatures of asphalt concrete at the interface of conjugate strips. It was found that during the heating of asphalt concrete at the edge of strip laid in the range of 10 — 110 0 C it is advisable to apply two or more blocks of heaters.

Conclusions. The software for the calculation of technological modes of asphalt heaters as asphalt concrete is heated at at the edge of a previously laid strip of a pavement that allows one to ensure temperature conditions during the laying and compaction of asphalt concrete surfacings at the interface of multiband surfacings.

Keywords: asphalt concrete mixture, infrared heaters, technological modes, non-rigid surfacing.

89

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

УДК 624.131.54 : 625.855.3

ОБОБЩЕННАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УПЛОТНИТЕЛЕЙ

С ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

С. В. Носов

Липецкий государственный технический университет

Россия, г. Липецк, тел.: (4742)55-59-84, e-mаil: nosovsergej@mail.ru

С. В. Носов, д-р техн. наук, проф. кафедры строительного материаловедения и дорожных технологий

Постановка задачи. Исследования взаимодействия разнообразной техники с деформируемым опорным основанием, включая уплотняемые дорожно-строительные материалы, различными научными школами и учеными производятся по-разному, в зависимости от поставленных при исследованиях задач. В связи с этим поставлена задача разработки обобщенной динамической модели взаимодействия различных уплотнителей с дорожно-строительными материалами, основанной на развитии их реологии.

Результаты. Разработаны обобщенная и частные динамические модели взаимодействия различных уплотнителей с дорожно-строительными материалами, взаимосвязь которых определяется на основе учета дополнительных элементов модели или отмены некоторых из них в силу их малой значимости или отсутствия вообще в процессе. При этом предложен в качестве основной характеристики физико-механический параметр уплотняемого материала, являющийся отображением модуля деформации на единицу толщины уплотняемого слоя и учитывающий изменение его деформации на основе использования теории наследственной ползучести упруго-вязко- пластичных материалов.

Выводы. Представленная математическая модель взаимодействия уплотнителей с дорожностроительными материалами позволяет определить их амплитуду колебаний в процессе уплотнения при учете реологических свойств материала и определить энергоемкость исследуемых процессов при учете новых факторов.

Ключевые слова: дорожно-строительные материалы, уплотнители, динамическая модель.

Введение. При проведении научных исследований применяются, как правило, модели, характеризующиеся следующими классификационными признаками: методом описания, полнотой подобия, воспроизводимыми свойствами оригинала, физической природой, способом построения, составом, видом решаемых задач. Поэтому для разработки или создания модели необходимо иметь достаточный объем предварительных исследований о свойствах и поведении моделируемого объекта, знать, какие именно свойства являются существенными и определяющими для рассматриваемых явлений или процессов.

Некоторые известные динамические модели не позволяют получить обобщенную модель в силу особенностей компоновки, режимов работы различных уплотняющих машин или сложности моделей, учитывающих специфику конструкции конкретной машины. Здесь могут присутствовать или отсутствовать угловые колебания масс, некоторые инерционные нагрузки, динамические особенности трансмиссии, количество контактирующих с уплотняемым материалом уплотнителей и т. д. Но основной недостаток известных динамических моделей состоит в том, что рассматриваемая динамическая система не представлена в модели элементом, характеризующим физико-механические свойства уплотняемого материала. Даже если и предпринимается такая попытка [1, 21], то в лучшем случае уплотняемый материал представлен упругими, вязкими и пластичными элементами, параметры которых невозмож-

© Носов С. В., 2016

90