Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3851

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
31.85 Mб
Скачать

Научный журнал строительства и архитектуры

12. Harvey, J. T. Developing International Collaborative Efforts in APT: The HVSIA Experience / J. T. Harvey, E. Sadzik, N. F. Coetzee, J. P. Mahoney // APT 08 Third International Conference. — Spain, 2008. — 16 p.

13.Harvey, J. T. Impacts and Benefits of APT: an APT Operator's Perspective / J. T. Harvey // APT 08 Third International Conference. — Spain, 2008. — 17 p.

14.Hildebrand, G. ALT in Europe Following COST 347 / Gregers Hildebrand, Andrew R. Dawson // APT 08 Third International Conference. — Spain, 2008. — 10 p

15.Huang, Y. H. Pavement Analysis and Design / Y. H. Huang. — 2nd ed. — Upper Saddle River, N. J., 2004. — 789 p.

16. Khazanovich, L. MnLayer: High-Performance Layered Elastic Analysis Program / L. Khazanovich,

Q.Wang // Transportation Research Record. — 2007. — V. 2037, № 1. — P. 63—75.

17.Shutao, M. The Application of Full-scale Accelerated Loading System in China / Meng Shutao, Xu Quanliang. — China, 2008.

18.Ullidtz, P. Development of improved mechanistic deterioration models for flexible pavements / P. Ullidtz, H. L. Ertman // Fourth International Conference on Managing Pavements. — University of Pretoria, 1998. — P. 187— 195.

19.Ullidtz, P. Analytical procedures in nondestructive testing pavement evaluation / P. Ullidtz, N. F. Coetzee // Transportation Research Record. — 1995. — V. 1482. — P. 61.

20.Ullidtz, P. Pavement analysis by programmable calculators / P. Ullidtz, K. R. Pettie // Transportation Engineering Journal of ASCE. — 1980. — V. 106, № 5. — P. 581—597.

References

1.Bystrov, N. V. Novye podkhody k standartizatsii dorozhnykh asfal'tobetonov / N. V. Bystrov // Vest. Khar'kov. nats. avt. — dor. un-ta. — 2017. — № 79. — S. 73—79.

2.Volkov I. A. Otsenka ustalostnoi dolgovechnosti kompaktnogo obraztsa s kontsentratorami pri termotsiklicheskom nagruzhenii v usloviyakh neodnorodnogo napryazhennogo sostoyaniya / I. A. Volkov // Problemy prochnosti i plastichnosti. — 2016. — Vol. 3, № . 78. — S. 333—349.

3.Kornilova, A. V. Opredelenie obshchei dolgovechnosti i ostatochnogo resursa ob'ekta po kriteriyu mnogotsiklovoi ustalosti / A. V. Kornilova // Bezopasnost' truda v promyshlennosti. — 2008. — № 6. — S. 47— 51.

4.Radovskii, B. S. Sovremennoe sostoyanie razrabotki amerikanskogo metoda proektirovaniya asfal'tobetonnykh smesei Superpeiv / B. S. Radovskii // Dorozhnaya tekhnika: katalog-spravochnik. — SPb: Slavutich, 2008. — S. 42—52.

5.Radovskii, B. S. K chemu privodyat nekotorye uproshcheniya v metodike rascheta nezhestkikh dorozhnykh odezhd po ODN 218.046-01 / B. S. Radovskii, A. E. Merzlikin // Nauka i tekhnika v dorozhnoi otrasli. — 2016. — № 3. — S. 9—12.

6. Radovskii, B. S. Problemy mekhaniki dorozhno-stroitel'nykh materialov i dorozhnykh odezhd /

B.S. Radovskii // Izbr. trudy. — Kiev, 2003. — 247 s.

7.Teltaev, B. B. Analiz raschetnykh znachenii modulya uprugosti asfal'tobetonov / B. B. Teltaev // Dorozhnaya tekhnika. — 2010. — S. 130—137.

8.Uglova, E. V. Modelirovanie deformirovaniya nezhestkikh dorozhnykh konstruktsii pri vozdeistvii dvizhushchegosya transporta / E. V. Uglova // Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. — 2009. — № 3—4. — S. 87—94.

9.Uglova, E. V. Optimizatsiya raschetnykh modelei dlya proektirovaniya nezhestkikh dorozhnykh odezhd / E. V. Uglova, S. S. Saenko // Vestnik Tomskogo gos. arkh.-stroit. un-ta. — 2014. — № 6 (47). — S. 182—188.

10.Chadbourn, B. A. Reliability, Damage, and Seasonal Considerations in the MnPAVE MechanisticEmpirical Asphalt Pavement Design Computer Program / B. A. Chadbourn. — Saint Paul: Minnesota Department of Transportation, 2001. — 22 p.

11.Ghanizadeh, A. R. Application of Artificial Neural Networks for Analysis of Flexible Pavements Under Static Loading of Standard Axle / A. R. Ghanizadeh // International Journal of Transportation Engineering. — 2015. — V. 3, № 1. — P. 31—43.

12. Harvey, J. T. Developing International Collaborative Efforts in APT: The HVSIA Experience / J. T. Harvey, E. Sadzik, N. F. Coetzee, J. P. Mahoney // APT 08 Third International Conference. — Spain, 2008. — 16 p.

13.Harvey, J. T. Impacts and Benefits of APT: an APT Operator's Perspective / J. T. Harvey // APT 08 Third International Conference. — Spain, 2008. — 17 p.

14.Hildebrand, G. ALT in Europe Following COST 347 / Gregers Hildebrand, Andrew R. Dawson // APT 08 Third International Conference. — Spain, 2008. — 10 p.

15.Huang, Y. H. Pavement Analysis and Design / Y. H. Huang. — 2nd ed. — Upper Saddle River, N. J., 2004. — 789 p.

60

Выпуск № 3 (55), 2019

ISSN 2541-7592

16. Khazanovich, L. MnLayer: High-Performance Layered Elastic Analysis Program / L. Khazanovich,

Q.Wang // Transportation Research Record. — 2007. — V. 2037, № 1. — P. 63—75.

17.Shutao, M. The Application of Full-scale Accelerated Loading System in China / Meng Shutao, Xu Quanliang. — China, 2008.

18.Ullidtz, P. Development of improved mechanistic deterioration models for flexible pavements / P. Ullidtz, H. L. Ertman // Fourth International Conference on Managing Pavements. — University of Pretoria, 1998. — P. 187— 195.

19.Ullidtz, P. Analytical procedures in nondestructive testing pavement evaluation / P. Ullidtz, N. F. Coetzee // Transportation Research Record. — 1995. — V. 1482. — P. 61.

20.Ullidtz, P. Pavement analysis by programmable calculators / P. Ullidtz, K. R. Pettie // Transportation Engineering Journal of ASCE. — 1980. — V. 106, № 5. — P. 581—597.

PREDICTION OF FAILURE FATIGUE ACCUMULATION

IN ASPHALT CONCRETE LAYERS OF FLEXIBLE PAVEMENTS

E. V. Uglova 1, A. N. Tiraturyan 2, O. A. Shilo 3

Don State Technical University 1, 2, 3

Russia, Rostov-on-Don

1D. Sc. in Engineering, Prof., Head of the Dept. of Highways, e-mail: Uglova. ev@yandex.ru

2PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Highways, tel. +7-951-820-03-03, e-mail: tiraturjan@list.ru

3Lecturer of the Dept. of Highways, tel. +7-961-320-28-81, e-mail: shilooa@mail.ru

Statement of the problem. One of the most common and serious defects occurring on the road surface is a network of fatigue cracks. Predicting the development and distribution of this type of defect requires the design and calibration of a method for calculating the accumulation of fatigue damage in a package of asphalt concrete layers..

Results. The analysis of existing methods for predicting fatigue failure of non-rigid pavement used in domestic and foreign practice was performed, the main directions of improving this approach and developed a software package for the implementation of the suggested method were outlined.

Conclusions. For the first time, a software package for predicting fatigue failure in the layers of asphalt concrete has been developed, which allows one to take into account the degradation of its structural properties as well as the basic laws of the distribution of transport load, and climatic factors throughout the year.

Keywords: pavement, elastic modulus, fatigue failure, crack grid, mathematical model, stress-strain.

КОНКУРС НА ЛУЧШИЕ ПРОЕКТЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,

ПРОВОДИМЫЙ СОВМЕСТНО РФФИИ БЕЛОРУССКИМ РЕСПУБЛИКАНСКИМ ФОНДОМ

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Заявки принимаются до 01.10.2019 23:59

Задача конкурса — развитие международного сотрудничества в области фундаментальных научных исследований, финансовая поддержка проектов фундаментальных научных исследований, осуществляемых совместно учёными из Российской Федерации и Республики Беларусь.

В конкурсе могут участвовать коллективы численностью не менее 2 и не более 10 человек, состоящие из граждан Российской Федерации. На конкурс могут быть представлены проекты фундаментальных научных исследований по следующим научным направлениям: математика, механика, физика, химия и науки о материалах, науки о Земле, фундаментальные основы инженерных наук и др.

Подробнее на официальном сайте РФФИ: https://www.rfbr.ru.

61

Научный журнал строительства и архитектуры

DOI 10.25987/VSTU.2019.55.3.007

УДК 625.7/.8(075.8)

ОЦЕНКА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АСФАЛЬТОБЕТОНА ПОСЛЕ ВАКУУМИРОВАНИЯ ГОРЯЧЕЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ ПРИ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВЕ

О. В. Рябова 1, И. С. Носов 2

Воронежский государственный технический университет 1 Россия, г. Воронеж

Липецкий государственный технический университет 2 Россия, г. Липецк

1Д-р техн. наук, проф. кафедры строительства и эксплуатации автомобильных дорог, тел.: 8-919-230-33-81, e-mail: ecodorvrn@mail.ru

2Магистрант кафедры строительного материаловедения и дорожных технологий, тел.: 8-904-683-79-91,

e-mail: raf_raf_raf@mail.ru

Постановка задачи. При изменении структурных свойств существующих смесей должны совершенствоваться технологии их уплотнения, так как с изменением структуры материала происходит изменение во времени напряженно-деформированного состояния слоя. Вакуумирование асфальтобетонной смеси в процессе ее укатки известно уже давно. Однако при отсутствии соответствующих средств уплотнения возникает вопрос о возможности применения операции вакуумирования горячей асфальтобетонной смеси при ее производстве, а точнее, непосредственно уже готовой смеси в бункере-накопителе асфальтосмесительной установки.

Результаты. Исследованы показатели водостойкости и морозостойкости на стандартных лабораторных образцах асфальтобетона, сформированных из горячей асфальтобетонной смеси после воздействия на нее вакуумирования с различной степенью разрежения воздуха и временем этого воздействия. Получены диаграммы развития во времени величины деформации слоя асфальтобетонной смеси с оценкой его реологических и деформативных свойств в зависимости от температуры смеси, начального коэффициента уплотнения и величины уплотняющей нагрузки.

Выводы. Вакуумирование горячей асфальтобетонной смеси на этапе ее производства показало положительный эффект для обеспечения повышенной долговечности асфальтобетонных дорожных покрытий. Изменение реологических свойства вакуумированной асфальтобетонной смеси способствует повышению эффективности ее уплотнения.

Ключевые слова: горячая асфальтобетонная смесь, реологические свойства, водостойкость, морозостойкость, асфальтобетон, вакуумирование.

Введение. Технология вакуумирования горячей асфальтобетонной смеси в процессе ее уплотнения дорожными катками известна уже давно [1, 2, 4, 10—12]. Позднее работы в этом направлении продолжились по пути совершенствования конструкции бесконтактной вакуумной камеры к дорожному катку и разработки соответствующей технологии уплотнения, включая одновременный операционный контроль качества уплотнения асфальтобетонной смеси в случае применения соответствующей конструкции вакуумной камеры бесконтактно-

го типа [5, 7—9, 14].

Исследования показали [1, 2, 4, 12, 13, 15], что наибольший эффект вакуумирования достигается при более высокой температуре асфальтобетонной смеси. При этом вакуумное устройство к дорожному катку контактного типа позволяет обеспечить технологию укатки с

© Рябова О. В., Носов И. С., 2019

62

Выпуск № 3 (55), 2019

ISSN 2541-7592

одновременным вакуумированием при температуре смеси не выше 120 оС, а применение бесконтактной вакуумной камеры на дорожном катке — не выше 130 оС.

Однако отсутствие средств уплотнения, обеспечивающих вакуумирование асфальтобетонных смесей в процессе укатки, и в связи с этим соответствующих технологий, позволяющих увеличить производительность отрядов катков и срок службы дорожных одежд нежесткого типа в 1,5…2 раза за счет повышения качества уплотнения, отодвигает развитие дорожной отрасли в этом направлении на неопределенный срок.

Следует заметить, что исследования по вакуумированию горячих асфальтобетонных смесей в период с конца 80-х и по начало 2000-х годов практически не проводились, в связи

счем отсутствуют соответствующие публикации.

Впоследнее время рассматривается вопрос о возможности использования вакуумирования горячей асфальтобетонной смеси непосредственно на асфальтобетонных заводах при ее производстве [6]. При этом операция вакуумирования должна производиться в послед-

нюю очередь в отношении готовой смеси в бункере-накопителе при температуре смеси 150…170 оС. Такой температурный диапазон предполагает значительное повышение эффекта вакуумирования за счет более свободного проникновения компонентов горячего битума в поры и трещины каменного материала.

Однако в защиту уже известной технологии следует подчеркнуть, что формирование оптимальной структуры асфальтобетона достигается именно при циклическом попеременном воздействии укатки и вакуумирования.

1. Изменение водостойкости и морозостойкости асфальтобетона после вакуумиро-

вания горячей асфальтобетонной мелкозернистой смеси марки II типа Б исследовалось на стандартных образцах диаметром 71,4 мм в рамках отдельной серии экспериментов с применением теории математического планирования эксперимента.

Вкачестве исследуемых факторов были выбраны степень вакуумирования горячей ас-

фальтобетонной смеси (0,1, 0,5 и 0,9 атм.) и время вакуумирования при температуре смеси 150 оС (30, 45, 60, 75 и 90 с). Планирование двухфакторного эксперимента проводилось в рамках некомпозиционного рототабельного плана на шестиугольнике с общим минимальным числом опытов, равным семи.

Вакуумирование горячей асфальтобетонной смеси перед формованием образцов осуществлялось в вакуумной установке для водонасыщения образцов асфальтобетона при отсутствии воды в баке. Формование, водонасыщение, взвешивание и разрушение образцов проводились по стандартной методике согласно ГОСТ 12801-98.

План-матрица эксперимента по оценке водостойкости асфальтобетона в зависимости от степени вакуумирования и времени вакуумирования горячей асфальтобетонной смеси перед формованием стандартных образцов представлен в табл. 1.

 

План-матрица некомпозиционного ротатабельного плана на шестиугольнике

Таблица 1

 

 

 

для двух переменных факторов по оценке водостойкости асфальтобетона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Последова-

Кодированные

 

Параметр

 

 

 

 

Среднее

Расчет-

Номер опыта

 

 

Среднее

квадрати-

тельность

значения

оптимизации (коэффициент

ное

значение

ческое

проведения

факторов

водостойкости)

 

значение

 

 

 

 

отклоне-

 

Yu

P

 

опытов

 

 

 

 

 

 

 

ние Su2

Yu

 

х1

х2

Y1

 

Y2

 

Y3

 

 

 

 

1

7,10,19

0

−1

0,925

 

0,928

 

0,937

0,93

0,000039

0,929

2

8,18,20

0

0

0,964

 

0,966

 

0,95

0,96

0,000076

0,952

3

1,12,21

0

+1

0,955

 

0,968

 

0,963

0,962

0,000043

0,961

4

6,11,14

−0,867

−0,5

0,924

 

0,934

 

0,932

0,93

0,000028

0,933

5

3,5,9

−0,867

+0,5

0,945

 

0,933

 

0,942

0,94

0,000039

0,941

63

Научный журнал строительства и архитектуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончание табл. 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Последова-

Кодированные

 

Параметр

 

 

 

 

Среднее

Расчет-

Номер опыта

 

 

Среднее

квадрати-

тельность

значения

оптимизации (коэффициент

ное

значение

ческое

проведения

факторов

водостойкости)

 

значение

 

 

 

 

отклоне-

Y3

 

Y

u

YP

 

опытов

х1

х2

Y1

 

Y2

 

 

 

ние Su2

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

13,15,17

+0,867

−0,5

0,934

 

0,935

 

0,951

0,94

0,000091

0,942

7

2,4,16

+0,867

+0,5

0,957

 

0,967

 

0,968

0,964

0,000037

0,966

Примечание: х1 =( р − 0,5)/0,461 — кодированное значение фактора степени вакуумирования; х2 = (t − 60)/30 — кодированное значение фактора времени вакуумирования; р — величина разрежения воздуха при вакуумировании горячей асфальтобетонной смеси, атм.; t — время вакуумирования горячей асфальтобетонной смеси, с.

В результате обработки экспериментальных данных величина коэффициента водостойкости вакуумированного асфальтобетона может быть определена по уравнению регрессии:

К

В

YР 0,952 0,01 х

0,016 х

0,009 х

х

–0,006 х2

–0,007 х2.

(1)

 

u

1

2

1

2

1

2

 

Коэффициент водостойкости образцов асфальтобетона, сформованных из вакуумированной горячей асфальтобетонной смеси, находился в пределах от 0,93 до 0,97. При этом коэффициент водостойкости образцов асфальтобетона, сформованных из невакуумированной горячей асфальтобетонной смеси, в среднем составил 0,87.

На рис. 1 представлена графическая интерпретация полученной математической модели.

КВ

0,98

0,97

0,96

0,95

0,94

0,93

0,92

а)

t = 90 с

t = 60 с

t = 30 с

0,1

0,5

0,9

р, атм.

б)

КВ

0,98

0,97

 

 

 

 

 

р = 0,9 атм.

 

 

 

 

 

р = 0,5 атм.

0,96

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,95

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,94

 

 

 

 

 

р = 0,1 атм.

 

 

 

 

 

0,93

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,92

 

 

 

 

 

 

30

60

90

 

t, с

Рис. 1. Графики изменения коэффициента водостойкости асфальтобетона

взависимости от величины разрежения воздуха при вакуумировании горячей асфальтобетонной смеси (а)

ивремени вакуумирования асфальтобетонной смеси (б)

Испытания на морозостойкость асфальтобетона проводились при полной степени водонасыщения образцов, количестве циклов замораживания-оттаивания 50 и средней температуре замораживания, равной −12 оС.

План-матрица эксперимента по оценке морозостойкости асфальтобетона в зависимости от степени вакуумирования и времени вакуумирования горячей асфальтобетонной смеси перед формованием стандартных образцов представлен в табл. 2.

Коэффициент морозостойкости представлен уравнением регрессии:

КМРЗ RМРЗ / R20 0,812 0,075 х1 0,053 х2

(2)

0,012 х1 х2 – 0,041 х12 – 0,017 х22,

64

Выпуск № 3 (55), 2019

ISSN 2541-7592

где RМРЗ — предел прочности образца после испытания на замораживание-оттаивание; R20 — предел прочности стандартного образца при 20 оС.

Коэффициент морозостойкости образцов асфальтобетона, сформованных из вакуумированной горячей асфальтобетонной смеси, находился в пределах от 0,69 до 0,875.

 

План-матрица некомпозиционного ротатабельного плана на шестиугольнике

Таблица 2

 

 

 

 

для двух переменных факторов по оценке морозостойкости асфальтобетона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Последова-

Кодированные

 

Параметр

 

 

 

 

Среднее

Расчет-

 

Номер опыта

 

 

Среднее

квадрати-

 

тельность

значения фак-

оптимизации (коэффициент

ное

 

значение

ческое

 

проведения

торов

 

морозостойкости)

значение

 

 

 

 

 

отклоне-

 

 

Yu

P

 

 

опытов

 

 

 

 

 

 

 

ние Su2

Yu

 

 

х1

 

х2

Y1

 

Y2

Y3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

7,10,19

0

 

−1

0,72

 

0,726

0,743

0,73

0,000083

0,742

 

2

8,18,20

0

 

0

0,81

 

0,827

0,823

0,82

0,000079

0,812

 

3

1,12,21

0

 

+1

0,848

 

0,852

0,88

0,86

0,000304

0,848

 

4

6,11,14

−0,867

 

−0,5

0,694

 

0,685

0,691

0,69

0,000021

0,69

 

5

3,5,9

−0,867

 

+0,5

0,718

 

0,735

0,737

0,73

0,000109

0,734

 

6

13,15,17

+0,867

 

−0,5

0,80

 

0,818

0,812

0,81

0,000084

0,81

 

7

2,4,16

+0,867

 

+0,5

0,876

 

0,859

0,875

0,87

0,000091

0,874

 

При этом коэффициент морозостойкости образцов асфальтобетона, сформованных из невакуумированной горячей асфальтобетонной смеси, в среднем составил 0,65.

На рис. 2 представлена графическая интерпретация полученной математической модели.

 

 

 

 

а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

КМРЗ

 

 

 

 

 

t = 90 c

КМРЗ

 

 

 

 

 

0,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,9

 

 

 

 

 

 

р = 0,9 атм.

 

 

 

 

 

 

 

 

t = 60 c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р = 0,5 атм.

0,8

 

 

 

 

 

 

 

t = 30 c

0,8

 

 

 

 

 

 

р = 0,1 атм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,7

 

 

 

 

 

 

 

 

0,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р, атм.

 

 

 

 

 

 

 

0,1

0,5

0,9

 

 

 

 

 

 

 

 

30

60

90

t, с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Графики изменения коэффициента морозостойкости асфальтобетона

взависимости от величины разрежения воздуха при вакуумировании горячей асфальтобетонной смеси (а)

ивремени вакуумирования асфальтобетонной смеси (б)

Предварительный анализ полученных уравнений регрессии показал, что наиболее рациональным с точки зрения повышения качества вакуумированной горячей асфальтобетонной смеси и производительности асфальтобетонного завода является режим вакуумирования длительностью не более 1 минуты при разрежении воздуха в бункере-накопителе не более 0,5 атм.

2. Оценка реологических свойств уплотняемого слоя горячей вакуумированной асфальтобетонной смеси проводилась в лабораторных условиях. Рычажная установка позволяет определять и исследовать реологические свойства уплотняемых слоев дорожно-

65

Научный журнал строительства и архитектуры

строительных материалов в дорожном строительстве. При этом зарегистрированные при помощи специальной системы измерения кривые ползучести, включающей оригинальную программу регистрации линейных деформаций, в дальнейшем, после специальной обработки по отдельной методике, позволяют выйти на определение модулей деформаций уплотняемых слоев в зависимости от их параметров состояния: начальной плотности, температуры, влажности, толщины слоя и величины прикладываемой статической нагрузки.

Установка может применяться как в лабораторных, так и в полевых условиях при выезде дорожной научно-исследовательской лаборатории непосредственно на реальные объекты в виде отсыпанных, уложенных и спрофилированных слоев различных дорожностроительных материалов, включая грунты.

Рычажная установка включает плечевой двухбалочный рычаг, шарнирно закрепленный на вертикальной стойке к опорной недеформируемой площадке. При необходимости с одной стороны от шарнира может располагаться противовес для балансировки рычажной системы. Другая часть рычага несет на себе шарнирно установленную вертикальную штангу с размещенным на нижнем конце шарнирно плоским круглым штампом различного диаметра в зависимости от исследуемого материала, толщины уплотняемого слоя и других параметров исследуемой системы. На верхней поверхности двухбалочного рычага располагаются грузы с возможностью их смещения по длине рычага в зависимости от требуемой нагрузки на штампе. На конце рычага закреплена ось для навешивания посредством крюковой подвески гирь различной массы.

Рычажная установка имеет систему регистрации вертикальных перемещений штампа с применением оригинального датчика перемещений, компьютера и специальной программы для ЭВМ.

На рис. 3 представлен вариант установки для определения реологических свойств уплотняемых слоев дорожно-строительных материалов в лабораторных условиях.

а)

б)

Рис. 3. Экспериментальная рычажная установка: а) лабораторный вариант; б) размещение штампа в цилиндрической емкости с горячей асфальтобетонной смесью

Так, для исследований реологических свойств слоев горячих асфальтобетонных смесей применяется дополнительная емкость в виде цилиндра с глухим дном, на внутренней поверхности которого размещено специально подготовленное основание из укрепленного цементогрунта, моделирующего нижние уплотненные слои дорожной одежды.

Для проведения таких исследований применялась теория математического планирования эксперимента с привлечением трехфакторного эксперимента и композиционного плана на кубе, обеспечивающего возможность добавления некоторых специальных точек к полным или дробным факторным планам.

66

Выпуск № 3 (55), 2019

ISSN 2541-7592

Установка позволяет обеспечить проведение исследований на слоях горячих асфальтобетонных смесей со следующими параметрами: диаметр штампа — 75 мм; толщина слоя — 30…110 мм; температура смеси — 70…120 оС; начальный коэффициент уплотнения слоя смеси — 0,86…0,98; нагрузка на штамп — 130…1800 Н (контактные давления под штам-

пом — 0,03…0,4 МПа).

Приложение нагрузки на штамп обеспечивается по ступенчатому закону, согласно функции Хевисайда. Особое внимание после запуска системы регистрации вертикальных перемещений штампа следует уделять плавному касанию штампа со слоем и мгновенному нагружению его установленной нагрузкой.

На рис. 4 представлена типовая кривая ползучести при развитии деформации слоя смеси под штампом.

Рис. 4. Типовая кривая ползучести слоя асфальтобетонной смеси под деформатором

План-матрица эксперимента по оценке развития деформации слоя асфальтобетонной смеси во времени в зависимости от температуры смеси, начального коэффициента ее уплотнения и контактных давлений под штампом при толщине слоя, равном 5 см, представлен в табл. 3.

Время регистрации деформации слоя от начального момента его деформирования штампом составляло во всех опытах одинаковое значение, равное 0,5 с, что позволило в дальнейшем получить функцию подобия кривых ползучести.

 

План-матрица композиционного плана на кубе типа В3 для трех переменных факторов

Таблица 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Номер опыта

Последова-

Кодированные

 

 

Параметр

 

Yu

Среднее

Расчет-

проведения

 

факторов

 

(деформация слоя, мм)

2

YP

 

тельность

 

значения

 

 

оптимизации

 

Среднее

квадратиче-

ное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

значение

ское откло-

значение

 

опытов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нение Su

u

 

х1

 

х2

 

х3

Y1

 

Y2

 

Y3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

10,33,39

−1

 

−1

 

−1

0,66

 

0,46

 

0,39

0,50

0,0196

0,36

2

18,37,41

+1

 

−1

 

−1

2,14

 

2,08

 

1,96

2,06

0,0084

2,19

3

1,8,29

−1

 

+1

 

−1

0,54

 

0,40

 

0,32

0,42

0,0124

0,51

4

6,12,34

+1

 

+1

 

−1

0,74

 

0,65

 

0,71

0,70

0,0021

0,60

67

Научный журнал строительства и архитектуры

Окончание табл. 3

Номер опыта

Последова-

Кодированные

 

 

Параметр

 

Yu

Среднее

Расчет-

проведения

 

факторов

 

(деформация слоя, мм)

2

YP

 

тельность

 

значения

 

 

оптимизации

 

Среднее

квадратиче-

ное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

значение

ское откло-

значение

 

опытов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нение Su

u

 

х1

 

х2

 

х3

Y1

 

Y2

 

Y3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

3,26,31

−1

 

−1

 

+1

3,48

 

3,20

 

3,52

3,40

0,0304

3,60

6

5,11,13

+1

 

−1

 

+1

7,32

 

7,38

 

6,90

7,20

0,0684

7,03

7

9,17,36

−1

 

+1

 

+1

0,67

 

0,76

 

0,67

0,70

0,0027

0,56

8

2,15,30

+1

 

+1

 

+1

1,86

 

1,89

 

2,01

1,92

0,0063

2,06

9

7,38,42

−1

 

0

 

0

3,72

 

2,70

 

3,11

3,18

0,2634

3,29

10

20,23,40

+1

 

0

 

0

5,07

 

4,83

 

5,31

5,07

0,0576

4,96

11

4,24,28

0

 

−1

 

0

3,51

 

3,38

 

4,01

3,65

0,1262

3,84

12

16,25,35

0

 

+1

 

0

1,62

 

1,69

 

1,67

1,66

0,0013

1,48

13

21,22,32

0

 

0

 

−1

1,89

 

1,62

 

1,62

1,71

0,0243

1,94

14

14,19,27

0

 

0

 

+1

3,51

 

4,90

 

5,27

4,56

0,8611

4,34

Функция вертикальных деформаций слоя асфальтобетонной смеси представлена уравнением регрессии:

у 3,902 0,835 х1 –1,181 х2 1,199 х3 0,483 х1 х2

(3)

0,818 х2 х3 0,398 х1 х3 0,224 х12 –1,246 х22 0,766 х32,

где х1 =(Т − 95)/25; х2 =(Ку − 0,92)/0,06; х3 =(σк − 0,215)/0,185; Т — температура асфальтобе-

тонной смеси, оС; Ку — начальный коэффициент уплотнения слоя смеси; σк — контактные давления под штампом, МПа.

На рис. 5 представлена графическая интерпретация полученной математической модели.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

 

 

 

 

 

б)

, мм

 

 

 

 

 

 

 

 

, мм

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ку = 0,86

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т = 120 оС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к = 0,4 МПа

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к = 0,215 МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ку = 0,92

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т = 95 оС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к = 0,215 МПа

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к = 0,40 МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ку = 0,86

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т = 95 оС

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к = 0,215 МПа

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к = 0,215 МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120 Т, оС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

95

0,86

0,92

0,98 Ку

в)

, мм

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т = 120 оС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ку = 0,92

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т = 95 оС

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ку = 0,86

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т = 95 оС

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ку = 0,92

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,03

0,215

0,40 к, МПа

Рис. 5. Графики изменения деформации слоя вакуумированной асфальтобетонной смеси в зависимости от температуры смеси (а),

начального коэффициента уплотнения слоя смеси (б) и величины контактных давлений

под деформатором (в)

68

Выпуск № 3 (55), 2019

ISSN 2541-7592

При обработке кривых ползучести слоев предварительно вакуумированных и невакуумированных горячих асфальтобетонных смесей, согласно методике [3], получены значения параметров функций скоростей ползучести, представленных в экспоненциально-степенной форме:

 

n

t

n 1

 

К(t) e t

[( )]

 

,

(4)

Г(n )

 

n 1

 

 

 

где А, β, α — параметры функции скорости ползучести; Г(α) — гамма-функция Эйлера.

Для слоев вакуумированной горячей асфальтобетонной смеси марки II типа Б: А = 0,971, β = 16, α = 0,35. Для слоев невакуумированной горячей асфальтобетонной смеси марки II типа Б: А = 1,525, β = 25, α = 0,4.

Различие в численных значениях параметров функций скорости ползучести вакуумированных и невакуумированных смесей отвечает общей тенденции развития реологии дорож- но-строительных материалов [16], когда повышение интенсивности развития деформации вакуумированного слоя асфальтобетонной смеси по сравнению с развитием деформации невакуумированного слоя смеси определяется в первую очередь уменьшением параметра α.

Выводы

1.Вакуумирование горячей асфальтобетонной смеси на этапе ее производства показало проявление положительного эффекта в рамках обеспечения повышенной долговечности асфальтобетонных дорожных покрытий. Водостойкость и морозостойкость асфальтобетона, сформованного из предварительно вакуумированной асфальтобетонной смеси, повышаются соответственно на 7…11,5 % и на 6…34 % в зависимости от степени и времени вакуумирования.

2.Изменение реологических свойств вакуумированной асфальтобетонной смеси показало положительную динамику в накоплении необратимой части деформации уплотняемого слоя, что способствует повышению эффективности его уплотнения. Изменение параметров функций скоростей ползучести вакуумированных смесей также способствует интенсификации их уплотнения, вызывая потребность в разработке соответствующей технологии уплотнения.

Библиографический список

1.Иванченко, С. Н. Научные основы формирования рабочих органов дорожных машин для уплотнения асфальтобетонных смесей: автореф. дис. … д-ра техн. наук / С. Н. Иванченко. — СПб, 1997. — 34 с.

2.Иванченко, С. Н. Рабочий процесс и выбор параметров катка с вакуумным устройством: автореф. дис…. канд. техн. наук. — Л., 1985. — 16 с.

3.Колтунов, М. А. Ползучесть и релаксация / М. А. Колтунов. — М.: Высш. шк., 1976. — 278 с.

4.Ложечко, В. П. Исследование рабочего процесса гладковальцового катка с вакуумным балластным устройством: автореф. дис…. канд. техн. наук / В. П. Ложечко. — Л., 1981. — 19 с.

5.Носов, С. В. Методология совершенствования технологий уплотнения дорожно-строительных материалов / С. В. Носов, М. А. Гончарова. — Липецк: ЛГТУ, 2015. — 166 с.

6. Носов, С. В. О вакуумировании асфальтобетонных смесей на асфальтобетонных заводах / С. В. Носов, Г. С. Дедяев // Проблемы современной науки: сб. науч. тр. конф. Липецкого государственного технического университета. — Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2016. — С. 169—171.

7.Пат. РФ № 1832784. Дорожный каток / С. В. Носов, В. В. Носов; № 4748518/33; заявл. 16.10.89; опубл. 16.06.93. Бюл. № 29. — 5 с.

8.Пат. РФ 2011728. Дорожный каток / С. В. Носов, В. В. Носов, В. П. Ложечко; № 4940717/33; заявл. 03.06.91; опубл. 30.04.94. Бюл. № 8. — 5 с.

9.Подольский, Вл. П. Развитие реологии дорожно-строительных материалов на пути совершенствования технологий их уплотнения / Вл. П. Подольский, О. В. Рябова, С. В. Носов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2011. — Вып. № 3 (23). — С. 99—108.

10.Шестопалов, А. А. Влияние параметров катков и температуры на уплотняемость асфальтобетонных смесей укаткой с вакуумированием / А. А. Шестопалов, С. Н. Иванченко, С. В. Носов // Рабочие процессы и

69

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]