Введение к работе
Актуальность темы. Обеспечение качества и надежности автомобильных дорог - одна из центральных народно-хозяйственных проблем. Она решается на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации.
Стадия строительства автомобильных дорог подвержена влиянию целого ряда случайных факторов. Высокий организационно-технологический уровень дорожного строительства способен обеспечить надлежащее качество продукции даже при несколько более низком качестве материалов, нежели наоборот.
Качество большинства технологических процессов принципиально определяется их теплофизическим (ТФ) режимом. В условиях неопределенности ТФ режима возникает риск утраты требуемого качества или простоя, -что приводит к существенному повышению себестоимости работ. Так, например, из-за температурной неоднородности асфальтобетонных смесей при укладке, по В.А.Семенову недоуплотняется около 10% площади слоя. Согласно данным СибЦНИИСа, по результатам прогнозирования влаж-ностного режима грунтовых резервов на стадии разработки проекта производства работ, удается повысить выработку до 50% и снизить себестоимость работ более, чем на 20%.
Для устойчивого управления ТФ режимом технологического процесса в условиях неопределенности производства работ необходимо иметь возможность его адекватного прогнозирования. В технологии дорожного строительства к прогнозированию режима сложился детерминированный подход, обладающий принципиальным недостатком, так как не учитывает вероятностной природы режима. Это обстоятельство препятствует полному раскрытию теплофизической сущности технологических процессов, исключает возможность гарантированного обеспечения качества работ.
Настоящая работа выполнена в соответствии с планами НИР Минав-тодора РСФСР, по договорам с Омским филиалом Союздорнии для Мин-трансстроя СССР (в том числе по программе 0.55.11), Миннефтепрома СССР, Мингазпрома СССР, а также по прямым договорам с Омсхавтодо-ром, Уралупродором, Сахалинавтодором, трестами Сибдорстрой и- Во-стокгидроспецстрой.
Основная идея работы заключается в прогнозировании ТФ режима технологических операций по схеме случайного процесса, позволяющему, в отличие от сложившегося детерминированного подхода, рассчитывать их параметры, обеспечивающие с заданной теплофизической надежностью требуемое качество и минимизацию себестоимости работ.
Объектом исследования является конструктивно-технологическая среда, включаюшая в себя дорожно-строительную смесь, взаимодействующую с пофаничными слоями и претерпевающую при выполнении технологических операций изменения по геометрической форме и свойствам. Предмет исследования - теплофизнческий режим конструктивно-технологической среды, который характеризуется закономерностями изменения температурного и влажностного состояния смеси и связанных с ним свойств, определяющих качество операции.
Цель исследования заключается в разработке основ прогнозирования теплофизического режима в технологии дорожного строительства и методик расчета параметров технологических операций, обеспечивающих с заданной тегоюфизической надежностью требуемое качество и минимизацию себестоимости работ.
Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
обобщить вероятностно-статистический подход к прогнозированию теплофизического режима в технологии дорожного строительства с позиций теории надежности;
обосновать вероятностно-статистические модели климатических воздействий на конструктивно-технологическую среду;
исследовать теплофизический режим технологических операций с применением характерных дорожно-строительных смесей (грунтовых, би-тумо- и цементоминеральных);
- оценить точность, достоверность моделей прогнозирования и
оправдываемость прогнозов;
- разработать методики расчета параметров технологических опера
ций, обеспечивающих с заданной теплофизической надежностью требуемое
качество и минимизацию себестоимости работ.
Методологической базой теоретического и экспериментального исследования являются системный анализ и теории прогнозирования, вероятностей и надежности, тепло- и влагопереноса. а также общепринятые теоретические положения в областях технологии дорожного строительства, материаловедения и водно-теплового режима дорожных конструкций.
Научная новизна работы состоит в разработке основ прогнозирования теплофизического режима в технологии дорожного строительства и включает в себя:
- теоретические положения, развивающие наїчное направление - тех
нологическая надежность и заключающиеся в обобщении вероятностно-
статистического подхода к прогнозированию теплофизического режима технологических операций с позиций теории надежности;
вероятностно-статистические модели климатических воздействий на конструктивно-технологическую среду, позволяющие оценивать теплофи-зическую надежность технологических операций;
общие закономерности теплофизического режима технологических операций с применением характерных дорожно-стронтельных смесей, углубляющие представления об их теплофизической сущности.
Научно-методический подход, развиваемый соискателем, использован в шести кандидатских диссертациях в связи с исследованиями стойкости дорожных слоев к климатическим воздействиям.
Практическая значимость работы состоит в решении важной народно-хозяйственной проблемы гарантированного обеспечения качества дорожных конструкций на основе прогнозирования теплофизического режима в процессе их строительства. С этой целью разработаны методики расчета параметров технологических операций, обеспечивающих с заданной теплофизической надежностью требуемое качество и минимизацию себестоимости работ. Методики предназначены для использования при составлении проектов производства и организации работ, сопровождаются программами для ЭВМ, расчетной базой данных и примерами.
Автор защищает совокупность теоретически положений и установленных экспериментально-аналитических закономерностей, позволяющих прогнозировать ТФ режим технологических операций в условиях неопределенности производства работ; методики расчета технологических параметров операций.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: методологической базой исследований, основанной на фундаментальных теориях; проверкой достаточности объема данных и выдвинутых статистических гипотез в отношении моделей ТФ режима конструктивно-технологической среды; оправдываемостью независимых прогнозов влажностного режима грунтовых резервов при сопоставлении с натурными наблюдениями; сходимостью результатов аналитических и численных расчетов температурного режима слоев с данными стендового моделирования и опытного строительства; использованием лабораторных установок и оборудования, обеспечивающих точность измерения физических величин: достаточно длительным опытом применения практических рекомендаций.
Личный вклад в решение проблемы заключается в формулировании обшей идеи, цели работы; выполнении теоретической и большей части экспериментальных исследований и обобщении их результатов: участии в
строительстве опытных участков, их обследовании; разработке и внедрении практических рекомендаций. Цикл работ, связанный с прогнозированием влажностного режима грунтовых резервов, вьтолнен совместно с С.В.Алексиковым, одним из научных руководителей которого являлся соискатель.
Реализация результатов исследований осуществлена в виде нормативно-методической документации, разработанной коллективами авторов с участием соискателя:
Методические рекомендации по конструкциям дорожных одежд нежесткого типа доя районов глубокого сезонного промерзания юга Сибири/ Союздорнии. Омск. 1979. - 54 с.
Методические рекомендации по конструкциям дорожных одежд с использованием местных материалов на строительстве автомобильной дороги Челябинск-Омск-Новосибирск /Союздорнии. - М., 1979. - 39 с.
Инструкция по проектированию и строительству автомобильных дорог во вновь осваиваемых территориально-производственных комплексах Восточной Сибири: ВСН-ВС-82/Минэнерго СССР. - Братск, 1982. - 94 с.
Стандарт объединения СТО 51.00.006.-82. Устройство асфальтобетонных покрытий на нефтепромысловых автомобильных дорогах Западной Сибири. Экспериментальное строительство /Гипротюменнефтегаз. 1982.- 12 с;
Инструкция по проектированию и строительству автомобильных дорог для обустройства нефтяных и газовых месторождений на севере Тюменской области: ВСН 2-134-81/Миннефтегазстрой, Тюмень, 1983. - 125 с.
Методические рекомендации по устройству асфальтобетонных покрытий на дорогах в нефтепромысловых заболоченных районах Западной Сибири/Союздорнии. - М., 1983. - 21 с.
Руководящий документ по содержанию и ремонту автомобильных дорог нефтяных промыслов Западной Сибири: РД 39-21-90-83 /Министерство нефтяной промышленности. Гипротюменнефтегаз. Тюмень, 1985. -262 с.
Методические рекомендации по строительству асфальтобетонных покрытий при пониженных положительных и отрицательных (до минус 10 С) температурах воздуха /Союздорнии. - М., 1990. - 52 с.
Методические рекомендации по повышению деформативноста и морозостойкости асфальтобетонных покрытий при низких температурах (до минус 50 С) /Союздорнии. - М., 1990. - 36 с.
Результаты исследования используются в учебном процессе при подготовке специалистов. Для этих целей издано пять методических указаний и рекомендаций, два учебных пособия:
Шестаков В.Н. Теплофгоические основы технологии строитетьства автомобильных дорог в зимнее время: Учебное пособие /СибАДИ. - Омск: ОмПИ, 1988. - 88 с.
Петрапшевич Ю.И., Шестаков В.Н. Элементы дорожной климатологии и расчет дорожно-климатического графика на ЭВМ: Учебное пособие /СибАДИ. - Омск: ОмПИ, 1988. - 83 с.
Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на: VI Всесоюзном совещании-семинаре по строительству в суровых климатических условиях (г. Красноярск, 1970); Всесоюзном совещании-семинаре по исследованию водно-теплового режима автомобильных дорог (г. Минск, 1971); VII Всесоюзном совещании по закреплению и уплотнению грунтов (г. Ленинград, 1971); XXIX и XXXI научно-исследовательских конференциях МАДИ (г. Москва, 1971, 1973); научно-технической конференции ТюмИСИ (г. Тюмень, 1973); Всесоюзном научно-техническом совещании (г. Воркута, 1975); VI Всесоюзном совещании дорожников (г. Москва, 1976); Зональной научно-технической конференции (г. Хабаровск, 1976); IX Всесоюзном совещании по закреплению и уплотнению грунтов (г. Ташкент, 1979); научно-техническом семинаре (г. Владимир, 1981); региональной научно-технической конференции (г. Красноярск, 1982); Всесоюзном научно-техническом семинаре ВДНХ СССР (г. Москва, 1983); научно-технической конференции ВИСИ (г. Волгоград, 1985); научно-технической конференции ХАДИ (г. Харьков, 1985); региональной научно-технической конференции (г. Суздаль, 1983); научно-технических конференциях ВладПИ (г. Владимир, 1984, 1986, 1987); научно-технических конференциях СибАДИ (г. Омск, 1969-1990, 1995-1997); научно-практическом семинаре ассоциации исследователей асфальтобетона (г. Москва, 1992); научно-методическом семинаре кафедры "Строительство и эксплуатация дорог" МАДИ-ТУ (г. Москва, 1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 96 научных статей и тезисов докладов, получено авторское свидетельство. С участием соискателя разработано и издано 4 нормативно-технических документа и 5 методических рекомендаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Результаты исследований изложены на 315 страницах основного текста, включающего ПО рисунков, 34 таблицы, библиографию из 263 наименований; объем приложений - 29 страниц.
