Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы. Быстрая диагностика шероховатости поверхности проезжей части дорожного покрытия необходима в процессах строительства и эксплуатации дорожных покрытий для контроля и соблюдения высокой однородности показателей шероховатости, зависящей от состава асфальтобетона, его типов, износа верхнего слоя. Разработанные прямые методы определения шероховатости весьма трудоемки и длительны. К ним относятся методы песчаного пятна, жесткой плоской пластины с многочисленными отверстиями для измерений щупом штангенциркуля расстояний от поверхности покрытия до контакта с пластиной, равновеликой площади следа колеса расчетного автомобиля. При этом точность измерений не достаточна для учета открытых микропор минеральных зерен на поверхности покрытия, поэтому не учитывается микрошероховатость покрытия. Профилографы различных конструкций регистрируют линейные профилограммы шероховатости покрытий. Линейная профилограмма не дает представления о средней глубине впадин шероховатости на площадках следа колеса автомобиля. Наиболее целесообразен быстрый и точный автоматический метод измерения шероховатости на указанных выше принятых площадках поверхности.
Статистический контроль однородности показателей качества, в том числе шероховатости, основан на большом числе измерений, позволяющих с достаточной достоверностью определять параметр шероховатости на различных расстояниях от кромки покрытия дороги в целом или ее участков. Фактор однородности шероховатости существенно влияет на работоспособность дорожного покрытия, безопасность движения, поэтому минимизация коэффициента вариации шероховатости способствует повышению надежности проезжей части. Статистический контроль качества может базироваться на косвенном экспресс-методе комплексных измерений микро- и макрошероховатости в целом, если не потребуется значительных затрат времени и труда на выполнение измерений и существует высокая корреляция с результатами длительных прямых измерений.
Актуальность принятой темы по анализу и повышению однородности шероховатости оперативным экспресс-методом обусловлена необходимостью выяснения практически не изученной взаимосвязи с другими характеристиками качества асфальтобетонных покрытий. Необходимо определить шероховатость покрытий из различных типов асфальтобетона и назначить оптимальные типы для различных условий безопасного движения на дороге в определенных дорожно-климатических зонах. Быстро измеряемые показатели шероховатости для конкретных дорог позволят своевременно корректировать технологические режимы приготовления асфальтобетонных смесей и строительства, обеспечивая минимальную изменчивость шероховатости данной дороги и отдельных ее участков. Представляет интерес диагностика шероховатости как в процессе строительства, так и после строительства во время износа покрытия на полосах наката при эксплуатации дороги. Наиболее интенсивный износ происходит на полосах наката покрытия и будет характеризоваться уменьшением средней глубины впадин шероховатости, величину которой необходимо регистрировать универсальным экспресс-методом, учитывающим комплексно микро- и макрошероховатость.
Цель работы — анализ и повышение однородности шероховатости асфальтобетонных дорожных покрытий различных типов.
Задачи исследований:
- теоретическое обоснование применимости косвенного, оперативного автоматического метода измерений шероховатости асфальтобетонных покрытий из горячих смесей, не содержащих воду;
- экспериментальное определение показателей шероховатости и ее однородности на покрытиях из различных типов асфальтобетонов;
- проверка гипотез равенства и однородности средних, равенства дисперсий измеренных величин шероховатости;
- оперативное обнаружение местонахождений ухудшенных показателей однородности шероховатости во время строительства и эксплуатации дорог для последующего выполнения мероприятий, способствующих повышению однородности;
- статистический анализ изменений распределения показателей средней глубины впадин шероховатости в продольном и поперечном направлениях дорожных асфальтобетонных покрытий за фактический период эксплуатации.
Научная новизна работы:
- обоснована применимость электроемкостного метода для малозатратных косвенных измерений шероховатости асфальтобетонных покрытий;
- установлена гиперболическая зависимость шероховатости асфальтобетонных покрытий от электроемкостных показателей, при этом уравнения гиперболы для различных типов асфальтобетонов отличаются только коэффициентами;
- определен минимальный коэффициент вариации шероховатости у покрытия из асфальтобетона типа Б по сравнению с другими типами;
- для легких условий движения применим в покрытии плотный асфальтобетон типа В, характеризуемый средней глубиной впадин от 0,15 до 0,27 мм; затрудненные и опасные условия движения по дороге создаются при средней глубине впадин шероховатости менее 0,48 мм на покрытиях из асфальтобетонов типов А, Б, Г и щебеночно-мастичных.
Практическая значимость работы. Ускорение диагностики показателей шероховатости электроемкостным экспресс-методом способствует уменьшению трудоемкости лаборанта и водителя ходовой лаборатории в 60 раз по сравнению с отмеченными методами прямых измерений. Одно измерение шероховатости методом песчаного пятна занимает 15 минут, а экспресс-методом — 15 секунд. Для диагностики шероховатости экспресс-методом 100 км дорожного покрытия по трем продольным направления (1, 2, 3 м от кромки покрытия с продольным шагом 100 м на 1 км) требуется выполнить 3000 измерений. На измерительные процессы автоматическим экспресс-методом затрачивается 13 часов; методом песчаного пятна — 750 часов.
Использование экспресс-метода измерений шероховатости и статистического анализа в учебном процессе планируется при выполнении студентами лабораторных работ.
Во время строительства дорожного покрытия определяют участки с недостаточной однородностью шероховатости и выполняют корректировку технологий для повышения однородности параметра шероховатости, зависящей от состава асфальтобетонной смеси, факторов сегрегации при погрузке, транспортировке, укладке и уплотнении асфальтобетона.
При эксплуатации дороги снижение показателей шероховатости служит для назначения поверхностных обработок и других способов восстановления шероховатости с целью предотвращения скользкости при износе покрытия.
Достоверность научных положений и результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается высоким индексом детерминации между показателями прямых измерений методом песчаного пятна и косвенными показателями, измеренными электроемкостным сертифицированным прибором ВИМС-2.21. Достоверность полученных результатов с учетом статистических требований соответствует уровню вероятности 0,95. Подтверждено соответствие гипотезам равенства средних, однородности средних и равенства дисперсий шероховатости.
Объект исследований. Участки дорожных асфальтобетонных покрытий III и IV технических категорий протяженностью от 1 до 5 километров, построенные в Волгоградской области в 2004—2011 году с применением асфальтобетонов типов А, Б, В, Г, щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА) и литого асфальтобетона с втапливанием щебня.
Предмет исследований. Показатели средней глубины впадин шероховатости и ее однородность на перечисленных выше асфальтобетонных покрытиях.
Положения, выносимые на защиту:
- математическая зависимость средней глубины шероховатости по методу песчаного пятна от электроемкостных показателей;
- результаты статистического анализа фактических показателей шероховатости в продольном направлении при различных расстояниях от кромки покрытия на площадках, равновеликих следу колеса расчетного автомобиля.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях:
- XIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Направление № 16 «Архитектура, строительство и экономические проблемы» (Волгоград, 2008 г.);
- III Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс дорожной отрасли Юга России» (Волгоград, 2009 г.);
- XIV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Направление №16 «Архитектура, строительство и экологические проблемы» (Волгоград, 2009 г.);
- IV Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России» (Волгоград, 2010 г.);
- Всероссийская научно-техническая конференция журнала «Строительные материалы» «ДОР-СМ: Материалы для дорожного строительства» (Москва, 2010 г.);
- V Международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России» (Волгоград, 2011 г.);
- 68 Научная конференция профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета (Санкт-Петербург, 2011 г.)
Личный вклад автора. Формулировка задач, постановка и проведение экспериментальных исследований, полученные результаты, их анализ и выводы выполнены лично автором диссертации.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ, включая 4 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений; содержит 189 страниц текста, 54 рисунка, 29 таблиц; список использованных источников из 110 наименований.
