Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор существующих технологий ремонта и содержание городских автомобильных дорог и транспортных сооружений
1.1. Анализ параметров качества дорожных одежд и содержания городских автомобильных дорог 16
1.2. Анализ существующих технологий ремонта городских автомобильных дорог 18
1.3. Содержание городских дорог 23
1.4. Деформации покрытий городских дорог, тротуаров, бордюров 38
1.5. Общие требования к техническому уровню и эксплуатационному состоянию автомобильных дорог
1.6. Выводы по первой главе 47
1.7. Цель и задачи исследований 48
2. Методические и научные основы проектирования дорожных покрытий городских автомобильных дорог 50
2.1. Лабораторные исследования физико-механических свойств асфальтобетонов 50
2.2. Проектирование верхнего слоя асфальтобетонного покрытия 61
2.3. Выбор схемы приложения нагрузки и размеров образцов при исследованиях композиционных материалов для элементов конструкций транспортных сооружений 63
2.4. Испытательное оборудование 65
2.5. Методика проведения испытаний и планирование экспериментов 68
2.6. Методика испытаний композиционных материалов на изгиб при циклическом воздействии нагрузок 74
3. Влияние продолжительности и условий эксплуатации на состояние конструктивных элементов городских автомобильных дорог 75
3.1. Исследования долговечности асфальтобетонов на шлаковых заполнителях с добавкой шлама ТЭЦ 75
3.2. Прогнозирование долговечности асфальтобетонов на основе отходов от фрезерования дорожных покрытий 83
3.3. Выводы по третьей главе 93
4. Экономико-экологические аспекты оптимизации межремонтных сроков городских автомобильных дорог и транспортных сооружений 94
4.1. Моделирование межремонтных сроков эксплуатации дорожных покрытий с помощью показателя функциональности 94
4.2. Методика прогнозирования (планирования) межремонтных сроков службы городских автомобильных дорог 104
4.3. Выбор критериев, определяющих проведение ремонтных работ и устанавливающих межремонтные сроки службы конструктивных элементов городских автомобильных дорог 106
4.4. Перспективное планирование ремонтных работ 109
4.5. Математическое моделирование выбора видов и начала ремонта, содержания участков городских дорог с применением теории массового обслуживания 114
4.6. Моделирование воздействия вредных факторов при эксплуатации городских автомобильных дорог 118
4.7. Структурная модель оптимизации транспортно-эксплуатационных качеств городских автомобильных дорог 134
4.8. Выводы по четвертой главе 137
5. Прогрессивные технологии ремонта элементов конструкций городских транспортных сооружений с применением композиционных материалов 140
141
5.1. Элементы конструкций проезжей части транспортного сооружения 140
5.2. Требования к конструкциям дорожной одежды на мостах и путепроводах
5.3. Особенности работы покрытий на городских транспортных сооружениях 145
5.4. Характерные дефекты покрытия 147
5.5. Исследование современных композиционных материалов для покрытий городских мостов и путепроводов 152
5.6. Выводы по пятой главе 160
6. Практическая реализация результатов работы 161
6.1. Расчет конструкции дорожных одежд 161
6.1.1. Исходные данные для расчета 161
6.1.2. Расчетные параметры подвижной нагрузки 163
6.2. Расчет конструкции по допускаемому упругому прогибу 167
6.3. Определение расчетных характеристик грунта 168
6.4. Расчет сопротивления монолитных слоев при изгибе 170
6.5. Внедрение асфальтобетонов при ремонтах городских дорог 173
6.6. Технико-экономические показатели 174
6.7. Внедрение результатов работы в элементах конструкций проезжей части путепровода в г. Липецке 180
Общие выводы 185
Библиографический список 187
Приложения 203
- Деформации покрытий городских дорог, тротуаров, бордюров
- Выбор схемы приложения нагрузки и размеров образцов при исследованиях композиционных материалов для элементов конструкций транспортных сооружений
- Прогнозирование долговечности асфальтобетонов на основе отходов от фрезерования дорожных покрытий
- Методика прогнозирования (планирования) межремонтных сроков службы городских автомобильных дорог
Введение к работе
Актуальность работы. Специфичность функционирования городского дорожного хозяйства заключается в том, что в условиях возрастающей интенсивности движения, недостаточности финансирования, ухудшения экологической обстановки не всегда возможно проводить полномасштабные работы по строительству и реконструкции. В связи с этим на первый план выходят вопросы грамотного и эффективного проведения работ по ремонту и содержанию городских дорог и улиц. Кроме того, затраты на содержание и ремонт не могут быть сокращены за счет исключения каких-либо работ. Их номенклатура и объем в настоящее время лишь приближаются к нормативным требованиям, поэтому можно прогнозировать только дальнейшее увеличение материальных, энергетических и финансовых затрат. В связи с этим снижение этих затрат может быть достигнуто за счет внедрения научных исследований в области ресурсе- и энергосберегающих технологий, повышения работоспособности конструкций городских автомобильных дорог, транспортных сооружений и других элементов городской инфраструктуры, применения современной техники, высокопроизводительных машин и механизмов, качественных дорожно-строительных материалов.
Таким образом, появляется возможность увеличения межремонтных сроков, однако научно обоснованных критериев назначения их для городских автомобильных дорог не разработана. В связи с этим оптимизация межремонтных сроков с учетом технологических, экономических и экологических факторов является актуальной научной проблемой.
Цель работы. Разработка параметров оптимизации показателей при использовании прогрессивных технологий ремонта и содержания городских автомобильных дорог для принятия управленческих решений.
Для достижения этой цели решались следующие задачи исследования:
- провести анализ зависимости эксплуатационных, экономических и экологических факторов городских автомобильных дорог от применяемых технологий ремонта и содержания;
- обосновать параметры оптимизации межремонтных сроков городских автомобильных дорог и транспортных сооружений при внедрении прогрессивных технологий ремонта;
- разработать методику определения экономической эффективности дорожно-ремонтных работ и стадийного повышения транспортно-экешгуатационных показателей;
- исследовать долговечность асфальтобетонного покрытия на основе местных дорожно-строительных материалов;
- разработать технологический регламент по приготовлению асфальтобетонных смесей на основе порошкообразных наполнителей и активаторов из гидрофобизующих добавок на основе местных материалов;
РОС. ПЛііИОЯЛ ;ЬНЛЯ разработать методику по определению показателей функциональности конструктивных элементов городских дорог и элементов городской инфраструктуры;
- разработать методику прогнозирования циклической долговечности
элементов конструкций проезжей части городских транспортных сооружений
с применением современных конструкционных материалов.
Научная новизна работы:
- разработана методика определения экономической эффективности
дорожно-ремонтных работ и стадийного повышения транспортно эксплуатационных показателей;
разработана методика по определению показателей функциональности конструктивных элементов городских дорог и элементов городской инфраструктуры; V
- исследована долговечность асфальтобетонных покрытий на основе шлаковых заполнителей и отходов фрезерования старых покрытий;
- разработан технологический регламент по приготовлению асфальтобетонных смесей на основе местных материалов, позволяющий улучшить транспортно-эксплуатационные показатели городских автомобильных дорог;
- разработана методика прогнозирования циклической долговечности элементов конструкций проезжей части городских транспортных сооружений;
- разработана вероятностная математическая модель, базирующаяся на теории массового обслуживания, позволяющая определять число бригад дорожных служб, занимающихся ремонтом и содержанием городских автомобильных дорог;
- предложена структура симметричной модели «Автомобиль транспортный поток-окружающая среда» и вид критерия оптимальности, учитывающего качество окружающей среды с применением метода смешанного управления.
Достоверность исследований и выводов по работе обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием стандартных средств измерений и подтверждается применением вероятностно-статистических методов обработки результатов испытаний, а также опытными испытаниями и их положительными практическими , результатами, не противоречащими выводам известных положений, сходимостью результатов испытаний.
Практическая значимость и реализация результатов научных исследований заключается в:
- разработке рекомендаций по научному обоснованию межремонтных сроков службы городских автомобильных дорог;
- апробации диаграмм изменения показателя функциональности конструктивных элементов городских автомобильных дорог;
составлении технологического регламента по применению асфальтобетонной смеси принятого состава; - апробации методики определения долговечности асфальтобетонов
принятого состава;
- разработке технологии устройства покрытия путепровода на автомобильной дороге Орел-Ливны-Елец-Липецк-Тамбов и набережной р. Воронеж в г. Липецке с применением композиционных материалов;
- использовании результатов диссертационных исследований при обучении студентов по дисциплинам «Дорожно-строительные материалы», «Долговечность строительных материалов и конструкций» при подготовке специалистов на инженерно-строительном факультете ЛІТУ.
Апробация работы.
Основные результаты проведенных исследований были доложены на:
- научно-практической конференции преподавателей и сотрудников, посвященной 30-летию НИС ЛТТУ в 2003 г.;
- областной научно-практической конференции «Наука в Липецкой области: истоки и перспективы в г. Липецке в 2004 г.»;
- VI-ой научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов в г. Липецке в 2005 г.;
- II, III научно-практических конференциях «Новые технологии в дорожном строительстве» в г. Звенигороде в 2004 г., г. Туапсе в 2005 г.
Публикации.
Результаты исследований диссертационной работы опубликованы в 8-ми печатных работах объемом 27 стр., из них автору принадлежит 16 стр. На защиту выносятся:
- методика определения экономической эффективности дорожно ремонтных работ и стадийного повышения транспортно-эксплуатационных показателей;
методика по определению показателя функциональности конструктивных элементов городских дорог и элементов городской инфраструктуры;
- методика прогнозирования долговечности асфальтобетонов по результатам длительных испытаний образцов в условиях, имитирующих работу дорожного покрытия в течение года;
- теоретическое обоснование использования наполнителя из шлака ТЭЦ и активатора - гидрофобизующей жидкости ГКЖ-4 в составах асфальтобетонов;
- обеспечение параметров оптимизации эксплуатационных показателей на основе вероятностной модели теории массового обслуживания;
- симметричные математические модели «Автомобиль-транспортный поток-окружающая среда» для оценки качества окружающей среды в городских условиях;
- теоретические и экспериментальные исследования циклической долговечности композиционных материалов в элементах конструкций городских транспортных сооружений. Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, приложений. Она включает 211 страниц, из них 185 страниц основного текста, 37 таблиц, 45 иллюстраций, 143 наименований используемой литературы, 5 приложений.
Автор благодарит научного консультанта д.н.т., профессора Корнеева А.Д. за помощь в решении задач и проблем настоящей работы.
Деформации покрытий городских дорог, тротуаров, бордюров
Основные результаты проведенных исследований были доложены на: - научно-практической конференции преподавателей и сотрудников, посвященной 30-летию НИС ЛГТУ в 2003 г.; - областной научно-практической конференции «Наука в Липецкой области: истоки и перспективы в г. Липецке в 2004 г.»; - VI-ой научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов в г. Липецке в 2005 г.; - II, III научно-практических конференциях «Новые технологии в дорожном строительстве» в г. Звенигороде в 2004 г., г. Туапсе в 2005 г. Публикации Результаты исследований диссертационной работы опубликованы в 8-ми печатных работах объемом 27 стр., из них автору принадлежит 16 стр. На защиту выносятся: - методика определения экономической эффективности дорожно ремонтных работ и стадийного повышения транспортно-эксплуатационных показателей; методика по определению показателя функциональности конструктивных элементов городских дорог и элементов городской инфраструктуры; - методика прогнозирования долговечности асфальтобетонов по результатам длительных испытаний образцов в условиях, имитирующих работу дорожного покрытия в течение года; - теоретическое обоснование использования наполнителя из шлака ТЭЦ и активатора - гидрофобизующей жидкости ГКЖ-4 в составах асфальтобетонов; обеспечение параметров оптимизации эксплуатационных показателей на основе вероятностной модели теории массового обслуживания; - симметричные математические модели «Автомобиль-транспортный поток-окружающая среда» для оценки качества окружающей среды в городских условиях; - теоретические и экспериментальные исследования циклической долговечности композиционных материалов в элементах конструкций городских транспортных сооружений. Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, приложений. Она включает 213 страниц, из них 185 страниц основного текста, 37 таблиц, 45 иллюстраций, 143 наименования используемой литературы, 5 приложений.
Автор благодарит научного консультанта д.н.т., профессора Корнеева А.Д. за помощь в решении задач и проблем настоящей работы.
В настоящее время в дорожной отрасли Российской Федерации существует тенденция к непрерывному снижению срока службы асфальтобетонных покрытий, как на дорогах общего пользования, так и на городских автомобильных дорогах и магистралях.
Обследование сети дорог, выполненное в 50-х годах специалистами «СоюздорНИИ», зафиксировало средний срок службы асфальтобетонных покрытий в 16-18 лет. В начале 80-х годов в результате обследования, повторно проведенного работниками ГипродорНИИ», срок службы покрытий был определен в 12-14 лет. В настоящее время средний срок службы асфальтобетонных покрытий уже не превышает 5-7 лет.
В этих условиях решение проблемы поддержания транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог, обеспечивающего их потребительские свойства на приемлемом уровне, возможно при более эффективном использовании выделяемых средств.
Г. Липецк, являющийся крупнейшим промышленным центром Черноземья в последнее время испытывает настоящий дорожный бум. Так за период с 2002 по 2005 год в городе проведены работы по капитальному ремонту городских дорог на площади более 2,1 млн. м.кв., реконструированы основные центральные городские магистрали, проведены работы по демонтажу трамвайных путей по ул. Студеновская, Гагарина, Плеханова, что увеличило их пропускную способность на 10-15%.
Однако опыт эксплуатации городских дорог показывает, что, не смотря на применение современной дорожно-строительной техники, отвечающих требованиям ГОСТов строительных материалов, наблюдается появление дефектов, снижающих транспортно-эксплуатационное качество дорог. Так после 1-2 лет эксплуатации, на участках дорог появляются отраженные продольные и поперечные трещины, выбоины, шелушение в верхних слоях покрытия (рисунки 1.1... 1.6). Происхождение этих дефектов связано, прежде всего, с состоянием оснований дорожных одежд городских автодорог, устроенных с применением низкопрочных каменных материалов на основе известнякового щебня. И, если, на протяжении 40 лет на территориальных автомобильных дорогах Липецкой области успешно применяются шлаки производства ОАО НЛМК, то в городских условиях, использование этого материала в конструкции дорожных одежд начато только с 2002 года. Таким образом, малопрочные материалы в основаниях дорожных одежд городских дорог и их перегруженность вышележащими слоями асфальтобетонного покрытия, толщина которого достигает 500 мм, снижают несущую способность дорожной одежды.
В условиях многократного перехода температур через 0 градусов наиболее распространенным видом разрушения асфальтобетонных покрытий является образование сетки трещин. Применение традиционных методов борьбы путем перекрытия дефектных участков слоем асфальтобетона после заливки трещин битумом и ямочного ремонта не дает ожидаемого результата, т.к. достаточно быстро на свежеуложенном покрытии появляются отраженные трещины. В связи с этим фрезерование асфальтобетонного покрытий на толщину до 100 мм и укладка слоев покрытия позволяет лишь на 1-2 года задержать возникновения этих трещин, но не является панацеей от их дальнейшего распространения.
Выбоины на поверхности покрытия в основном образуются в местах, где произведена укладка асфальтобетонной смеси с несоблюдением температурного режима.
Специфичность работы городских дорог заключается в необеспечении надлежащего водоотвода с поверхности покрытия. Так, почти на 60% протяженности систем ливневой канализации в настоящее время нуждается в капитальном ремонте из-за их засоренности песками и другими отходами деятельности человека, а применение в больших количествах
Выбор схемы приложения нагрузки и размеров образцов при исследованиях композиционных материалов для элементов конструкций транспортных сооружений
Для предупреждения образования снежно-ледяных отложений на покрытии распределение антигололедных реагентов должно быть превентивным на основании метеопрогноза или непосредственно с момента начала снегопада.
Обработка поверхности противогололедными химическими реагентами во время снегопада позволяет сохранить выпавший снег в рыхлом состоянии. Образовавшуюся водоснежную массу убирают последовательными проходами плужно-щеточных снегоочистителей.
При фрикционном способе борьбы с зимней скользкостью на дорогах, уровень содержания которых допускает образование снежного наката или, когда температура воздуха ниже предельно допустимой температуры, для имеющихся чистых химических материалов, необходимо применять пескосоляную смесь. Распределение пескосоляной смеси производится в количестве 350 г/м2 и 175 г/м2при соотношении компонентов песка и соли соответственно 90:10 и 80:20.
Работы по зимней уборке улиц и городских дорог делятся на основные и дополнительные. К основным работам относятся: расчистка проезжей части от выпадающего снега и предотвращение образования уплотненной корки; удаление с покрытий снежно-ледяных накатов и уплотненного снега; удаление снежных валов, образовавшихся в результате расчистки проезжей части; борьба со скользкостью на проезжей части при гололеде. К дополнительным относятся работы: по уборке снега и льда с перекрестков, остановок городского транспорта, формовке снежных валов, зачистке лотков проезжей части после вывоза снега. Очередность и сроки проведения работ по расчистке проезжей части от снега, а также борьбе со скользкостью устанавливаются в зависимости от категории улиц [36].
Все убираемые улицы разделяют на три группы. К улицам группы I относятся въезды в город, скоростные и магистральные улицы, по которым проходят троллейбусные и автобусные маршруты, улицы с интенсивным движением, улицы с большими продольными уклонами, а также с узкой проезжей частью, на которой затруднено размещение снежных валов. К I группе относятся также дороги, ведущие к больницам, противопожарным сооружениям. Группа II включает улицы и дороги со средней интенсивностью движения, а также площади у вокзалов, рынков, магазинов. К группе III относятся все остальные улицы и городские проезды. В зависимости от того, к какой категории относится улица или городская дорога, назначают очередность и сроки проведения работ по борьбе со снегом и льдом.
Снег на дорожном покрытии при определенных условиях может из рыхлого, сыпучего состояния перейти в твердое. При температуре, близкой к 0С, снег уплотняется колесами автомобилей и затем с наступлением морозов превращается в плотный снежно-ледяной накат. Состояние снега на проезжей части, его способность уплотняться под действием колес и примерзать к поверхности покрытия характеризуются двумя основными показателями — силами внутреннего трения и сцеплением (смерзанием) с покрытием. Когда снег находится в рыхлом состоянии, величина этих показателей минимальна, и требуется сравнительно небольшое приложение сил, чтобы убрать его с проезжей части.
При уплотнении снега и понижении температуры образуются снежно-ледяные накаты, в которых силы внутреннего трения и сцепления с покрытием достигают таких величин, что для их преодоления требуются значительные усилия.
При внесении в снег химических реагентов значительно снижаются тангенс угла внутреннего трения и силы сцепления снега с покрытием. При снижении тангенса угла внутреннего трения до 0,48 и сцепления с покрытием до величины, близкой к нулю, значение t становится минимальным, и в этом случае можно обеспечить высокое качество уборки снега с проезжей части механическим способом — щеточными снегоочистителями. Исследованиями [24, 25] определена сущность физических явлений, происходящих при внесении в снег химических реагентов. Под воздействием колес движущегося транспорта происходит перемешивание снега с внесенными в него реагентами. При этом образуется соляной раствор, который обволакивает кристаллы снега, создавая между ними своеобразную пленку. Эта пленка служит как бы незамерзающей смазкой, способствующей взаимному перемещению кристаллов.
Однако следует иметь в виду, что при введении в снег чрезмерно большого количества реагентов может образоваться значительное количество свободного соляного раствора, не участвующего в процессе снижения сил внутреннего трения и сцепления снега. Возникновение на проезжей части свободного раствора приводит к плавлению снега до полужидкого состояния, при котором снег приобретает высокую подвижность и способность совместно с соляным раствором оказывать вредное воздействие на металлические части транспортных средств. Установлены средние нормы введения в снег реагентов, исключающие образование на покрытиях свободного, соляного раствора. При температуре снега выше минус 6С вводится 15 г/м2 реагентов, при температуре снега от минус 6 до минус 18С — 25 г/м2, ниже минус 18С — 35 г/м2.
Химические реагенты вызывают повышенную коррозию металлических трубопроводов подземных коммуникаций. Они также вредно влияют и на солевой состав почв, замедляя рост придорожных зеленых насаждений. Установлено, что повышенное содержание в почве ионов хлора вредно сказывается на росте зеленых насаждений. Поэтому немаловажное значение для сохранения окружающей среды имеет выбор химических средств для борьбы со снежно-ледяными образованиями.
Применяют твердые, жидкие реагенты, а также пескосоляные смеси. К твердым реагентам относятся хлорид кальция (СаС12) и хлорид натрия (NaCl). Эти материалы весьма гигроскопичны и обладают свойством слеживаться — превращаться в твердый монолит. Опыты, проведенные в Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, показали, что при смешении этих двух реагентов образуется так называемая неслеживающаяся смесь, которая способна в течение длительного времени не терять своей сыпучести. Однако неслеживающаяся смесь, а также каждый из составляющих ее хлоридов оказывают вредное действие на окружающую среду. Поэтому применение этих хлоридов следует по возможности ограничивать, а использовать реагент ХКФ (хлористый кальций фосфатированный), выпускаемый промышленностью на основе хлористого кальция с добавлением так называемых ингибиторов — веществ, снижающих коррозийную активность хлоридов. В реагенте ХКФ хлористый кальций ингибирован фосфатами, которые, являясь хорошими минеральными удобрениями, способствуют росту зеленых насаждений и тем самым в значительной мере нейтрализуют вредное влияние на растения ионов хлора [32].
Прогнозирование долговечности асфальтобетонов на основе отходов от фрезерования дорожных покрытий
Расчет количества минерального порошка. По графику зернового состава минеральной части асфальтобетона находим, что частиц мельче 0,071 мм по всей минеральной части асфальтобетона должно быть в пределах 8... 12%). Для расчета принимаем 9%. Если в минеральном порошке содержится 74% частиц мельче 0,071 мм, то минерального порошка в смеси должно быть:
Однако следует принять 11% минерального порошка, так как небольшое количество частиц мельче частиц 0,071 мм имеется в песке. Полученные данные вносят в таблицу 2.4 и рассчитывают содержание в смеси каждой фракции минерального порошка (11% от значения каждой фракции).
Расчет количества песка. Количество песка в смеси: П=100-(Щ+МП)=100-(67+11)=22%. Полученную величину записываем в таблицу 2.4 и рассчитываем содержание в смеси каждой фракции песка (берем 22% от значения каждой фракции). Суммируя в каждой вертикальной графе количество частиц меньше данного размера, находят общий зерновой состав смеси минеральных материалов. Сравнение полученного состава с рекомендуемым (см. график зернового состава минеральной части асфальтобетона) показывает, что полученный зерновой состав соответствует рекомендуемому.
Определение оптимального количества битума. Ориентировочно массовую долю битума в асфальтобетонной смеси определяем расчетом. Для этого щебень, песок и минеральный порошок в выбранных соотношениях смешиваем с битумом, количество которого в данном случае принимаем 6,8%.
Из полученной смеси формуют три образца диаметром и высотой 71,4 мм. Поскольку щебня в асфальтобетонной смеси 67%, смесь уплотняем комбинированным методом - вибрированием на виброплощадке (180с под нагрузкой 0,03 МПа) с последующим доуплотнением на прессе нагрузкой 20 МПа. Через 12...42 ч определяем плотность образцов, рассчитываем истинную плотность минеральной части асфальтобетонной смеси и на основании этих данных вычисляем плотность ро и пористость V ПОр минеральной части испытанных образцов асфальтобетона, зная истинную плотность битума рб и приняв требуемую остаточную пористость асфальтобетона 2,5%.
Выбор схемы приложения нагрузки и размеров образцов при исследованиях композиционных материалов для элементов конструкций транспортных сооружений
Эксплуатационные нагрузки на изгибаемые и сжатые элементы различных транспортных сооружений представляют собой комбинации многократно повторных и постоянной нагрузок. Многократно приложенная часть нагрузки обычно имеет однозначное направление. Соотношение между ней и постоянной частью нагрузки может быть самым различным. Поэтому при испытаниях был принят режим асимметричного циклового загружения при различных коэффициентах асимметрии. При испытаниях была принята наиболее часто применяемая схема загружения - двумя сосредоточенными силами. Двухточечная схема приложения нагрузки выгодно отличается от других. По сравнению с многоточечным или равномерно распределенным загружением, двухточечная схема не требует изготовления сложных устройств и механизмов для передачи усилий на опытный образец и значительно проще осуществляется на практике.
Размеры образцов для механических испытаний назначались в соответствии с рекомендациями [36]. На рисунке 2.10 показаны испытываемые образцы и тензометрическое оборудование. Для испытаний кратковременной и многократно приложенной нагрузкой изготовлялись образцы размером 40x40x160 мм и 100x100x400 мм в виде призм, а также балки, размером 40x80x1000 мм.
Однократное нагружение полимербетонных призм кратковременной нагрузкой велось на испытательной машине ГМС-250 со скоростью приложения нагрузки 60,0 МПа в минуту. Нагрузка прикладывалась ступенями, поперечные и продольные деформации фиксировались с помощью тензометров Гугенбергера. Балки испытывались на машине УМ-5. Нагрузка прикладывалась в третях пролета.
Для испытаний полимербетонных образцов на выносливость при изгибе был сконструирован стенд (рисунок. 2.11), состоящий из рамы - 1, на которой жестко закреплен мощный электромагнит - 3, с помощью которого
Нагрузка на испытуемый элемент передавалась посредством траверсы - 9, жестко закрепленной на рычаге - 2. Статическая часть нагрузки создавалась с помощью грузов - 8. Величину статической нагрузки контролировали с помощью динамометра. Уровень загружения динамической составляющей регулировался путем изменения амплитуды импульсов, подаваемых с теристоров регулятора напряжений на обмотку электромагнита, а частота приложения нагрузки устанавливалась за счет изменения частоты импульсов мультивибратора (рисунок 2.12). При испытаниях балок частота приложения нагрузки составляла 150 циклов в минуту. Для измерения деформаций полимернного композита использовался тензометрический мост ЦТМ-5, связанный с печатающим устройством - 6 (рисунок 2.12), а для фиксации числа циклов был сконструирован счетчик - 4.
Испытания многократно приложенной нагрузкой образцов-призм велось на гидропульсационной машине ГРМ-2А (рисунок 2.13), имеющей следующие характеристики: наибольшая статическая нагрузка - 500 кН; наибольшая составляющая одностороннего асимметричного цикла - 5 кН; число циклов в минуту - 220, 330,435, 670.
Методика прогнозирования (планирования) межремонтных сроков службы городских автомобильных дорог
Были проведены исследования по установлению возможности применения и использования в качестве заполнителей отходов от фрезерования старых дорожных покрытий. Цели исследований были следующие:
Зерновой состав отходов от фрезерования (вскрыши) удовлетворял требованиям ГОСТ 9128-97 по соотношению зерен разных фракций. Максимальная крупность зерен щебня после снятия дорожного покрытия фрезой фирмы Wirtgen, не превышала 15...20 мм.
Для утилизации этих отходов нами были разработаны составы асфальтобетонов с содержанием битума марки БНД 60/90 от 0 до 4%. Однако в процессе изготовления опытных образцов было установлено, что отходы от фрезерования при разогреве от 160 до 180 С обеспечивают необходимую подвижность асфальтобетонной смеси даже при отсутствии добавки битумного связующего, а при введении 1% подвижность и удобоукладываемость смеси при такой температуре резко возрастает. Поэтому для дальнейших испытаний были выбраны только два состава: Ф-0 без содержания битума и Ф-1 с количеством битума 1% от массы смеси. Изготовление и испытание образцов горячих асфальтобетонов производилось в соответствии с требованиями ГОСТ 12801-98. Поскольку максимальная крупность щебня не превышала 20 мм, образцы готовили высотой и диаметром 71,4 мм, нагрузка при формовании образцов 40 МПа выдерживалась в течение 3 мин.
После трехдневного твердения в лабораторных условиях при температуре 15+3 С образцы подвергали испытаниям на прочность, водонасыще-ние с вакуумированием в течение 2 сут. и длительное водонасыщение в течение 15 и 30 сут. в воде. Результаты этих испытаний, найденные по среднему значению из 3...6 параллельных испытаний, представлены в таблице 3.4.
Потери массы после 360 цик., % 0,63 0,64 0,70 0,66 0,60 0,54 0,56 0,57 Из таблицы 3.4 видно, что водонасыщение, как после 2 сут., так и после длительного водонасыщения, у образцов без добавки битума несколько выше, чем у образцов с 1 % битума, соответственно: состав Ф-0 0,69 и 1,17% против 0,34 и 0,75% у состава Ф-1. Следовательно, по водонасыщению в течение 15 суток эти асфальтобетоны могут быть отнесены к высокоплотным, так как этот показатель не превышает 2%. Прочность при сжатии в трехдневном возрасте твердения в среднем составляет у состава Ф-0 12,43МПа, а у состава Ф-1 - несколько выше - 13,16 МПа. После длительного водонасыщения прочность асфальтобетона у состава Ф-0 составила 11,23 МПа, а у Ф-1 - 12,10 МПа. Следовательно, коэффициент водостойкости у Ф-0 составил 0,90, а у Ф-1 - 0,92. Следует отметить, что прочность при сжатии при 20 С составляет 12,43... 13,16 МПа, что значительно превышает требуемые по ГОСТ 9128-97 2,5 МПа. Таким образом, можно отметить, что после испытаний на прочность образцы состава Ф-1 практически не разрушились, что свидетельствует о высокой степени сцепления связующего с заполнителями и наполнителем и высокой плотности состава. Такой образец после испытания на прочность при сжатии представлен на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2. Образец асфальтобетона состава Ф-1, испытанный на прочность при сжатии после 360 циклов испытаний на долговечность Цилиндрическая форма образца, представленного на рисунке 3.2, после воздействия разрушающей нагрузки лишь незначительно изменилась с образованием бочкообразной формы в центре образца и небольшого смятия в его верхней части. На поверхности образца также видны небольшие микротрещины. Эти результаты испытаний свидетельствуют о высоком качестве структуры образцов оптимального состава, а также о высокой вязкости ненарушенной структуры, прочности и плотности асфальтобетона оптимального состава.
Поскольку щебень из отходов от фрезерования является менее прочным, чем обычный щебень из горных пород нами были выполнены исследования по прогнозированию долговечности асфальтобетона на этих заполнителях. Эти испытания были выполнены по ГОСТ 25881-83. Результаты этих испытаний приведены на рисунках 3.3 и 3.4.
Поскольку агрессивной средой для асфальтобетонов были признаны соли и кварцевый песок, нами была создана агрессивная среда в виде 30% поваренной соли NaCl и 10% кварцевого песка. В этом растворе высушенные образцы асфальтобетонов насыщали в течение 2 сут., а затем подвергали испытаниям на морозостойкость, попеременному насыщению - высушиванию в этом растворе, а также атмосферным воздействиям, включая солнечную радиацию, по 10 и 30 циклов с последующим определением потерь массы и прочности после установленного числа циклов.
