Методическое пособие 369

11

приложений нагрузки составляло не менее 750 000. На рисунках 3-4 представлены результаты испытаний горячих мелкозернистых плотных асфальтобетонов на устойчивость к накоплению остаточных деформаций под воздействием динамических нагрузок при варьировании гранулометрического состава.

Рисунок 3 – Характер зависимостей остаточных деформаций щебеночномастичного асфальтобетона при варьировании гранулометрического состава

Рисунок 4 – Результаты испытаний подобранных составов мелкозернистых асфальтобетонов при варьировании гранулометрического состава

Подбор оптимального гранулометрического состава, с точки зрения минимума накопления остаточных деформаций, имеет важное значение. При варьировании содержания крупных фракций щебня, входящих в состав смеси выявлено, что при оптимизации данного параметра можно обеспечить снижение накопления остаточных деформаций на 25% и 15% в щебеночно-мастичных и асфальтобетонах типа А, соответственно. В асфальтобетонах типа Б при увеличении количества максимальных фракций щебня также происходит уменьшение величины остаточных деформаций в пределах до 30%.

При экспериментальных исследованиях крупнозернистого плотного асфальтобетона типа Б, применяемого в нижних слоях покрытий, расчетная нагрузка составила 0,6 МПа, аналогично мелкозернистым асфальтобетонам. При испытаниях крупнозернистого пористого асфальтобетона для верхнего слоя основания расчетная нагрузка снижена до 0,5 МПа. На рисунке 5 представлены графики накопления остаточных деформаций при испытании лабораторных образцов из крупнозернистого пористого и плотного асфальтобетона. В образцах крупнозернистого плотного и пористого асфальтобетона значение деформаций достигает величины 4,8 мм и 3,8 мм соответственно.

12

В целях снижения накопления остаточных деформаций в исследуемых смесях асфальтобетона в их состав вводились различные полимерноармирующие добавки.

Рисунок 5 Характер зависимостей остаточных деформаций крупнозернистого пористого и плотного асфальтобетона типа Б

В качестве примера на рисунке 6 представлены результаты испытаний горячих крупнозернистых плотных и пористых асфальтобетонов с добавкой резинового термоэластопласта (РТЭП).

Рисунок 6 – Результаты испытаний крупнозернистого пористого и плотного асфальтобетона с полимерно-армирующей добавкой

По результатам испытаний выявлена зависимость накопления деформаций от количества битума в составе смеси. При этом, минимальные значения получены у асфальтобетонов с наименьшим количеством битума и полимерноармирующей добавкой.

Дальнейшие исследования по влиянию стабилизирующих модифицирующих добавок на устойчивость к накоплению деформаций проводились на подобранных составах ЩМА и типа А, содержащих в своем составе наибольшее количество максимальной фракции щебня. При исследовании различных добавок, улучшающих свойства асфальтобетонов выявлены закономерности, определяющие их влияние на накопление остаточных деформаций.

При введении стабилизирующих добавок в асфальтобетон результаты испытаний на накопление остаточных деформаций во многом сопоставимы с исходными материалами (без добавок) и не вносят видимых улучшений, а в отдельных случаях приводят к их ухудшению. Введение в состав смеси полимерных добавок, снижающих пластичность асфальтобетона при высоких температурах, способствует уменьшению остаточных деформаций в большей степени. В образцах асфальтобетонов с подобными добавками значение остаточ-

13

ных деформаций по сравнению со стабилизирующими добавками снижается на

28-32%.

В образцах, приготовленных из смесей на полимерно-битумном вяжущем совместно со стабилизирующей добавкой, по данным испытаний, устойчивость к колееобразованию может быть повышена в среднем на 34-38%. Для примера, на рисунке 7 представлены результаты исследований щебеночно-мастичного асфальтобетона при варьировании стабилизирующих и модифицирующих добавок.

Рисунок 7 – Результаты испытаний щебеночно-мастичного асфальтобетона при варьировании стабилизирующих и модифицирующих добавок

На следующем этапе исследования была установлена структурная взаимосвязь между физико-механическими показателями различных типов асфальтобетонов и их устойчивостью к накоплению остаточных деформаций под воздействием расчетных динамических нагрузок и температурных факторов. Проведен анализ лабораторных исследований физико-механических показателей ЩМА и горячих мелкозернистых плотных асфальтобетонов типа А, I марки, улучшенных стабилизирующими или полимерными добавками, а также приготовленных на основе модифицированных битумов.

При сравнении результатов испытаний асфальтобетонных образцов, предусмотренных документами технического регулирования и значениями остаточных деформаций, полученных при испытании на приборе динамических испытаний (ПДИ), выявлена сходимость по отдельным показателям. Сходимость во многом обусловлена введением полимерных добавок, повышающих сдвигоустойчивость и увеличивающих пределы прочности на сжатие при 20 и 50°С. Однако, исходя из показателей, характеризующих максимальную прочность материала при одноосном сжатии, трудно сделать вывод о таком критерии как минимум накопления остаточных деформаций.

При этом показано, что если сцепление и угол внутреннего трения асфальтобетонов, при варьировании того или иного фактора изменяются в малой степени, то значения остаточных деформаций для этих же образцов могут различаться в 2,7 раза, что свидетельствует о необходимости разработки нового дополнительного критерия для определения устойчивости асфальтобетонов к накоплению остаточных деформаций.

В четвертой главе приведены результаты многолетнего мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожных конструкций на созданных в Ростовской области наблюдательных станциях на участках М-4

14

«Дон». Также в главе приведена методика определения предельно-допустимых значений остаточных деформаций в слоях асфальтобетона.

Мониторинг накопления остаточных деформаций в слоях дорожных одежд и грунте земляного полотна проводился с помощью специально разработанных и установленных в дорожную конструкцию, в процессе строительства измерительных устройств в виде зондов. Измерительные зонды имеют систему измерительных модулей, размещенных внутри защитной металлической трубки (рисунок 8).

3

5 4 2

1

Рисунок 8 - Чертеж и общий вид зонда в дорожной конструкции

Зонд состоит из вертикальной металлической тонкостенной трубы 2, имеющей заостренный нижний торец 1 и плоский верхний торец 3, совмещенный с поверхностью дорожного покрытия. Межслойные металлические диски 4 выполнены в единой конструкции с магнитной сборкой 5, количество межслойных дисков соответствует количеству слоев дорожной одежды.

Принцип измерения остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции состоит в измерении индукции магнитного поля чувствительным элементом, расположенным внутри вертикальной трубки зонда. Перед закладкой зонда в дорожную конструкцию магнитные сборки тарируются, при этом фиксируется зависимость значений напряжения магнитного поля, создаваемого кольцевыми магнитами, от положения чувствительного элемента. При измерениях в процессе эксплуатации из получаемых значений магнитного поля по таблице тарировки вычисляются значения деформаций.

Многолетние исследования накопления остаточных деформаций в элементах дорожных конструкций на созданных в ЮФО наблюдательных станциях, проведенные в ДортрансНИИ РГСУ под руководством профессора Матуа В.П. позволили получить осредненные результаты распределения остаточных деформаций в каждом конструктивном слое дорожной одежды (рисунок 9).

Исходя из требований по максимально допустимым деформациям на поверхности дорожного покрытия (20 мм – в соответствии с рекомендациями по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах) доля остаточных деформаций, приходящихся на каждый элемент дорожной конструкции (при суммарной остаточной деформации равной 100%), составляет:

	15
Накопление деформаций в реальных условиях	Предельно-допустимые
(в процентном соотношении)	Деформации на поверхности

____100 %_____					____20 мм_____
20-30 %					- в верхнем и нижнем слое по-
					крытия из горячего плотного
10-20 %					асфальтобетона - 4мм;
10-20 %					- в верхних слоях основания и в
					нижних слоях покрытия из круп-
					нозернистого пористого
0-5 %					асфальтобетона - 3мм;

20-30 %

30-40 %

Рисунок 9 - Осредненный график распределения остаточных деформаций в конструктивных слоях дорожной одежды и грунте земляного полотна

а) для верхнего слоя асфальтобетонного покрытия - 20-30%; б) для верхних слоев основания и нижних слоев покрытия из крупнозер-

нистого асфальтобетона - 10-20%; в) для слоев основания из укрепленных минеральным или комплексным

вяжущим - 0-5%; г) для несвязных слоев основания - 20-30%;

д) для грунта земляного полотна - 30-40%.

На основании проведенных экспериментальных и натурных полевых наблюдений можно заключить, что величина предельно допустимого значения остаточных деформаций в асфальтобетонных образцах, испытываемых на «Приборе динамических испытаний» (ПДИ) под воздействием динамической нагрузки, за срок службы покрытия не должна превышать:

а) в верхнем и нижнем слое покрытия из горячего плотного асфальтобетона и ЩМА – 4 мм (при расчетной нагрузке 0,6 МПа);

б) в верхних слоях основания из крупнозернистого пористого асфальтобетона – 3 мм (при расчетной нагрузке 0,5 МПа).

Приведенные значения можно рекомендовать в качестве предельнодопустимых значений накопления остаточных деформаций и использовать для определения устойчивости асфальтобетонов покрытий и оснований дорожных одежд к накоплению остаточных деформаций под воздействием динамических нагрузок и природно-климатических факторов.

В пятой главе определена экономическая эффективность применения разработанной методики при подборе состава асфальтобетона с учетом срока его службы в дорожном покрытии. Для получения сопоставительных результа-

16

тов введен коэффициент эффективности, объективно показывающий соотношение между увеличением стоимости и снижением накопления остаточных деформаций в асфальтобетоне. Наибольшая эффективность получена у смесей с полимерными добавками в комплексе со стабилизирующими - 4,9, а затем у смесей с полимер-битумными вяжущими - 2,1.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.На основании проведенного анализа существующих методов и приборов для испытаний асфальтобетона на устойчивость к колееобразованию, сделан вывод о том, что существующие методы, хотя и являются приближенными к реальным условиям эксплуатации асфальтобетона в дорожной конструкции, в сущности, не в состоянии в полной мере их отразить.

2.Разработана физико-математическая модель определения параметров и условий проведения экспериментальных исследований асфальтобетонов под воздействием реальных динамических нагрузок и температур.

3.Разработан прибор динамических испытаний (ПДИ) для испытания дорожно-строительных материалов на накопление остаточных деформаций под воздействием динамических нагрузок. На разработанный прибор получен патент № 111293 МПК G01N 3/36 «Установка для определения деформаций динамической ползучести дорожно-строительных материалов, а также свидетельство об утверждении типа средств измерений № 54987-13.

4.Разработана методика проведения испытаний асфальтобетонов на накопление остаточных деформаций под воздействием расчетных динамических нагрузок с обоснованием необходимого количества приложений нагрузки, геометрических параметров образца, бокового обжатия материала и температуры испытания.

5.Проведены экспериментальные исследования различных типов асфальтобетонов на устойчивость к накоплению остаточных деформаций под воздействием расчетных динамических нагрузок при варьировании процентного содержания в смеси: крупных фракций щебня, стабилизирующих и модифицирующих добавок, а также полимерно-битумных вяжущих.

Определены значения остаточных деформаций у асфальтобетонов различных типов. Выявлены закономерности накопления остаточных деформаций в асфальтобетоне от процентного содержания щебня и модифицирующих добавок в составе смеси.

6.Проведен анализ взаимосвязи структурных свойств и физикомеханических характеристик, предусмотренных нормативными документами, с деформацией материала от расчетной динамической нагрузки. Выявлена сходимость по отдельным показателям. Сходимость во многом обусловлена введением полимерных добавок. Сцепление и угол внутреннего трения, при варьировании того или иного фактора, изменяются в малой степени, что не дает возможности объективно оценивать материал по критерию устойчивости к накоплению необратимых деформаций.

7.Мониторинг остаточных деформаций на участках федеральных автомобильных дорог ЮФО по данным измерительных зондов показал, что

17

максимум деформаций накапливается в грунте земляного полотна (30-40% от общей деформации) и в верхнем слое асфальтобетонного покрытия (20-30% от общей деформации), а на слой из крупнозернистого пористого асфальтобетона приходится от 10 до 20% от общей деформации. Полученные данные о распределении деформаций по слоям дорожной конструкции позволили при испытании асфальтобетонных образцов на приборе ПДИ определить требования к предельно-допустимым значениям накопления остаточных деформаций:

-в плотных асфальтобетонах, предназначенных для устройства верхнего или нижнего слоя покрытия (при расчетной нагрузке p=0,6 МПа и температуре t=60 °С) – 4 мм;

-в пористых асфальтобетонах, предназначенных для устройства верхнего слоя основания или нижнего слоя покрытия (при расчетной нагрузке p=0,5 МПа

итемпературе t=50 °С) – 3 мм.

8. Определена экономическая эффективность применения разработанной методики при подборе состава асфальтобетона с учетом срока его службы в дорожном покрытии. Для получения сопоставительных результатов введен коэффициент эффективности, показывающий соотношение между увеличением стоимости и снижением накопления остаточных деформаций в асфальтобетоне.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1.Мирончук, С. А. Новое лабораторное оборудование и методика проведения испытаний дорожно-строительных материалов под воздействием динамических нагрузок [Текст] / В.П. Матуа, С. А. Мирончук // Журнал наука и техника в дородной отрасли. 2012. - №4 - С. 16-18.

2.Мирончук, С. А. Лабораторные исследования влияния структуры минерального остова на деформативные свойства асфальтобетона [Текст] / В.П. Матуа, С. А. Мирончук // Журнал «Новые технологии» Майкопский государственный технологический университет. 2012. Вып. 3.- С. 75-80.

3.Мирончук, С. А. Измерительные зонды для мониторинга остаточных деформаций в конструктивных слоях дорожных одежд и грунте земляного полотна [Текст] / В.П. Матуа, Д.В. Чирва, С. А. Мирончук, В.В. Солодов // ДОРОГИ И МОСТЫ: сб. статей / ФГУП «РОСДОРНИИ». – М. 2013. – Вып. 30/2. - С. 131-141.

Патенты РФ на изобретения и полезные модели:

4.Патент РФ № 100260 МПК G01N 3/36 от 10.12.2010г. «Установка для определения деформаций динамической ползучести дорожно-строительных материалов» [Электронный ресурс] / В. П. Матуа, Д. В. Чирва, С. А. Мирончук

идр. – Режим доступа: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet.

5.Патент РФ № 111293 МПК G01N 3/36 от 10.12.2011г. «Устройство для определения деформаций динамической ползучести дорожно-строительных материалов» [Электронный ресурс] / В. П. Матуа, Д. В. Чирва, С. А. Мирончук

идр. - Режим доступа: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet.

6.Патент РФ № 121585 МПК G01N 3/302 от 27.10.2012г. «Устройство для мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной

18

конструкции» [Электронный ресурс] / В. П. Матуа, Д. В. Чирва, С. А. Мирон-

чук и др. - Режим доступа: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet.

публикации в других научных изданиях:

7.Мирончук, С. А. Мониторинг интенсивности, состава и скорости движения транспортных средств на участках федеральных дорог подверженных колееобразованию [Текст] / В.П. Матуа, С.А. Мирончук // Международная научно-практическая конференция «Строительство-2009». - Ростов-н/Д, 2009. -

С34-35.

8.Мирончук, С. А. Исследование остаточных деформаций не связных материалов под воздействием динамических нагрузок [Текст] / В.П. Матуа, С.А. Мирончук // Международная научно-практическая конференция «Строи-

тельство-2010». - Ростов-н/Д, 2010. - С. 17-19.

9.Мирончук, С. А. Комплексный подход к решению проблемы колееобразования на федеральных дорогах Российской Федерации [Текст] / В.П. Матуа, Д.В. Чирва, С.А. Мирончук, и др. // Второй Всероссийский дорожный конгресс: Сборник научных трудов. Москва. МАДИ, 2010. – С. 174 – 180.

10.Мирончук, С. А. Динамические методы испытаний асфальтобетонных образцов [Текст] / В. П. Матуа, Д. В Чирва, С. А. Мирончук // Международная научно-практическая конференция «Строительство-2011». -

Ростов-н/Д, 2011. - С. 34-36.

11.Мирончук, С. А. Лабораторные исследования асфальтобетонов на накопление остаточных деформаций под воздействием расчетных динамических нагрузок [Текст] / В.П. Матуа, С.А. Мирончук // Международная научнопрактическая конференция «Строительство-2012». - Ростов-н/Д, 2012. - С 34-36.

12.Мирончук, С. А. Испытание материалов [Текст] / В. П. Матуа Д. В Чирва, С.А. Мирончук // Автомобильные дороги: научно-технический журнал. -

2012. Вып. 07 (968). - С. 86-89.

13.Мирончук, С. А. Оптимизация составов асфальтобетонных смесей по критерию минимума накопления в них остаточных деформаций [Текст] / С.А. Мирончук, Д.В. Чирва // Международная научно-практическая конференция «Строительство-2013». - Ростов-н/Д, 2013. - С. 181-182.

14.Мирончук, С. А. Метод оценки устойчивости асфальтобетона к накоплению остаточных деформаций под воздействием динамических нагрузок [Электронный ресурс] / С.А. Мирончук, В.П. Матуа, Д.В. Чирва // Международная научно-практическая конференция. – Волгоград, 2014. - С. 177-181.

Режим доступа: http://www.vgasu.ru/publishing/on-line/

Мирончук Сергей Александрович

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать «22» января 2015 г. Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 465.

Ростовский государственный строительный университет 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.