Учебное пособие 1925

3.97

4.11075

-2.60033 50

x (VAR2)

17.5

x (VAR3)

начало Рис.4.33 Поверхность отклика для вяжущего БНД 60/90 + СКДдляVar(1), Var(2), Var(3)

202

7.0215

0.848356

3.2183

-0.483024 17.5

50

x (VAR3)

-0.616273

2 -10 6.5 3

продолжение Рис.4.33 Поверхность отклика для вяжущего БНД 60/90 + СКДдляVar(1), Var(2), Var(3)

203

6.5 0.4

19.8498

50

x (VAR2)

0.0813628

17.5

y (VAR3)

6.5 -10

окончание Рис.4.33. Поверхность отклика для вяжущего БНД 60/90 + СКДдляVar(1), Var(2), Var(3)

204

7.04141

12.718

0.6 -10

25.2214

4.20142 -10

x (VAR2)

17.5 y (VAR3)

50 6.5

Рис.4.34. Поверхность отклика для вяжущего БНД 60/90 для Var(1), Var(2), Var(3)

Рассматривая графические зависимости ШПО на основе традиционного битума, можно отметить, что наибольшее количество отскочивших щебенок, т.е. наихудшая сохранность слоя ШПО в подсистеме «вяжущее - щебень», наблюдается при наименьшем расходе вяжущего, наибольшей средней крупности щебня и в зоне температуры +50 °С. При рассмотрении графических зависимостей сохранности слоя ШПО на основе битумов, модифицированных раз-

205

личными типами синтетического каучука, отмечаем, что полученные зависимости имеют более сложный характер. Так, рассматривая влияние вышеуказанных факторов на сохранность слоя, установлено, что наибольшее количество отскочивших щебенок также соответствует наибольшей средней крупности применяемого щебня при расходе вяжущего и в зоне температуры +50 °С. Зависимость сохранности слоя ШПО от количества каучука в вяжущем отлична в зависимости от применяемого типа модификатора. Для модификаторов типа СКС-30 АРКМ -15, СКС-30 АРК наилучшая сохранность соответствовала составам при содержании каучука в количестве 2,0 % по массе, соответственно, СКС-30 АРКПН - 2,5 %, а для каучуков СКД и СКС-30АРКМ-27 содержание каучука незначительно повлияло на количество отскочивших щебенок, но исходя из необходимости введения наименьшего количества дорого полимера в вяжущее, при котором происходит изменение его структуры [51], также следует считать оптимальным содержание добавки - 2,0 % помассе.

Предлагаемая методика определения эффективности применения какойлибо добавки, предназначенной для улучшения свойств битумов при устройстве слоев ШПО, позволяет получить наиболее достоверный прогноз сохранности слоя в подсистеме «вяжущее - щебень».

Далее представим смоделированные поверхности отклика в подсистеме «щебень - покрытие», условно описывающие твердость асфальтобетона типа «Б» на основе различных модификаторов. На нижеприведенных графиках параметры Х(Var(i)), У(Var(j)) - это входы, а в качестве Var(i), Var(j) используются параметры: Var(1) - процентное содержание модификатора в вяжущей части асфальтобетона, Var(2) - температура испытания, Var(3) - число ударов груза.

26.0097

14.5782

20

x (VAR2)

30 y (VAR3)

50 10

Рис.4.35. Поверхность отклика твердости асфальтобетона типа «Б» марки II для вяжущего БНД 60/90+СКС-30АРКМ -27 и параметров Var(2), Var(3)

206

3 20

21.3867

11.8781

20

x (VAR2)

30 y (VAR3)

50 10

Рис.4.36. Поверхность отклика твердости асфальтобетона типа «Б» марки II для вяжущего БНД 60/90+СКС-30АРКМ-15 для параметров Var(1), Var(2), Var(3)

207

22.5068

50

x (VAR2)

11.709

Рис.4.37. Поверхность отклика твердости асфальтобетона типа «Б» марки II для вяжущего БНД 60/90+СКС-30АРКдля параметров Var(1),Var(2)

19.051

19.3391

3

x (VAR1)

Рис. 4.38. Поверхность отклика твердости асфальтобетона типа «Б» марки II для вяжущего БНД 60/90+СКС-30АРКПН для параметров Var(1), Var(2), Var(3)

208

30.2609

50

x (VAR1)

19.8887

30

y (VAR2)

10 20

Рис.4.39. Поверхность отклика твердости асфальтобетона типа «Б» марки II для вяжущего БНД 60/90 для Var(1) - температура испытания, Var(2) -число ударов

Рассматривая графические зависимости твердости асфальтобетона на основе традиционного битума (рис. 4.35 – 4.39.), отмечаем, что наибольшее проникновение в материал, т.е. наихудшая сохранность слоя ШПО из условия втапливания в покрытие в подсистеме «щебень - покрытие» наблюдается при температуре +50 °С при максимальных нагрузках. Практически аналогичная ситуация, но при меньших значениях глубины втапливания отмечена и при использовании модифицированных битумов для приготовления асфальтобетонных смесей. Оценивая влияние количества модификатора в вяжущем на твердость асфальтобетона при использовании различных типов каучуков, было отмечено, что наилучшая твердость, т.е. наибольшая долговечность слоя ШПО исходя из сохранности слоя из условия минимального втапливания в подсистеме «щебеньпокрытие», наблюдалась при содержании каучука в вяжущем в количестве 2,5 % по массе.

Таким образом, предлагаемая методика определения эффективности применения модифицированного битума при устройстве слоев ШПО позволяет получить наиболее достоверный прогноз сохранности слоя в подсистеме «щебеньпокрытие» с определением оптимального количества модификатора.

Обоснования увеличения срока службы слоя ШПО выполнено на основе анализа изложенной модели работы слоя с учетом полученных трехмерных графических зависимостей, а также принимая во внимание методику расчета толщины верхнего шероховатого слоя, определяемую из условия его износостойкости и планируемого срока службы, предложенную Эрастовым А.Я. и развитую

209

Кудрявцевым К.Д. В соответствии с предложенной нами моделью снижение работоспособности в любом сечении слоя поверхностной обработки не наступит, если в каждый момент времени эксплуатации не произойдет отрыв щебня от покрытия, а под колесной нагрузкой транспортных средств щебень не в топиться на величину, соответствующую потере свойств водоотведения из зоны контакта колеса с шероховатой поверхностью и соответствующую потере сцепных свойств макрошероховатости, а также в течение всего срока службы каменный материал будет устойчив к истиранию (т.е. опять же к уменьшению полезной толщины шероховатого слоя) и шлифованию поверхности минерального материала.

Таким образом, для решения практической задачи повышения эксплуатационной долговечности слоя ШПО необходимо, опираясь на проведенные ранее исследования, решить вопрос об определении требуемого размера щебня и оптимального расхода модифицированного вяжущего. Поскольку решение такой задачи для всех рассмотренных ранее вяжущих является сильно разветвленным и, следовательно, не целесообразным, поэтому сузим наши входные параметры до двух видов асфальтобетонного покрытия (на традиционном битуме и модифицированном вяжущем), на которых планируем устроить слой ШПО, а также используем вяжущее, которое при испытаниях по методу «Vialit» показало наилучшие результаты по удерживающей способности. Это – состав БНД

60/90+СКС30 АРКМ-15.

Требования к каменным физико-механическим свойствам каменного материала для устройства слоев ШПО изучены весьма широко и могут быть приняты в соответствии с [99].

Далее необходимо определить параметры шероховатости слоя ШПО по условию обеспечения отвода воды из зоны контакта колеса с шероховатой поверхностью. Это рекомендуется выполнять в соответствии с прил. 4

ВСН 38-90 или [103].

Для решения вопроса о назначении требуемого размера зерен минерального материала обратимся к ранее указанной работе К.Д. Кудрявцева, где этот вопрос изложен весьма подробно. Мы же его коснемся в области исследованной нами твердости асфальтобетона на основе модифицированного вяжущего.

Отличительная особенность данной методики, изложенная в научной работе К.Д. Кудрявцева, в случае применения асфальтобетонов на основе модифицированных вяжущих, состоит в том, что выделенные им группы асфальтобетонов по твердости получают некоторое смещение в сторону менее каркасных структур асфальтобетона. Все типы асфальтобетонов становятся в известной степени «жестче», чем и обеспечивается более длительный по временному параметру процесс втапливанпя щебня. Посредством этого обеспечивается более длительное (на срок до 5 лет) время сохранения параметров шероховатости (в т.ч. по условиям водоотведения), которые мы задаем слою ШПО при его проектировании.

210