Введение к работе
з
Актуальность темы. По данным Минтранскома в Казахстане более 70% автомобильных дорог республиканского значения с асфальтобетонным покрытием не удовлетворяют требованиям транспортного движения и подлежат реконструкции, а это свыше 35 тыс. км дорог, на что потребуется 50-60 млн. тонн асфальтобетона. Для восстановления работоспособности автомобильных дорог в Казахстане в основном необходима реконструкция самого материалоемкого конструктивного элемента дороги - дорожной одежды, так как земляное полотно, согласно ранее принятого стадийного метода строительства дорог, возводилось с учетом дальней перспективы, строительство дорожной одежды производили под фактическую нагрузку с постепенным наращиванием слоев. При этом традиционным было проведение ямочного ремонта покрытия с перекрытием его новым слоем асфальтобетона. В результате чего в нижних слоях покрытий автомобильных дорог находится свыше 150 млн. тонн асфальтобетона в качестве бесполезного балласта, а объемы каменных материалов подстилающих слоев и оснований превышают указанное в 2-3 раза. Поэтому в условиях постоянного нарастания дефицита и стоимости дорожно-строительных материалов при строительстве и реконструкции автомобильных дорог необходимо ориентироваться на создание не-материалоемких и неэнергоемких технологий с использованием имеющихся резервов. Отсутствие эффективных машин, оборудования и недостаточная изученность технологии строительства с повторным применением материалов реконструируемых дорог, является основной причиной их невостребованности производством.
В мировой практике ограничивается повторное использование асфальтобетона старых покрытий в пределах 20-30% в новых смесях из-за невозможности полного восстановления его свойств органическими добавками. Одной из основных причин является несовершенство используемых механизмов для вскрытия покрытия и дробилок для измельчения асфальтового лома, которые не обеспечивают сохранение однородности получаемого материала. До сих пор не находят широкого применения и каменные материалы нижних слоев оснований дорожных одежд, состоящих, в основном, из щебе-ночно- и гравийно-песчаных материалов, из-за нарушения их кондиционности в процессе длительной эксплуатации дороги.
Наиболее перспективным технологическим решением для получения качественных дорожно-строительных материалов из асфальтового лома и не-коїщициошшх каменно-песчаных смесей является обработка их медлеішот-вердеющими неорганическими вяжущими из вторичных продуктов и отходов промышленности, таких как фосфорных и доменных пшаков, бокситового шлама, золы и золошлаковые смеси ТЭЦ, фосфогипса, цементная пыль и др.
Очевидно, что для восстановления всей сети автомобильных дорог Казахстана при минимуме затрат на топливно-энергетические и материальные ресурсы, необходимо повторно использовать всю массу материалов дорожных одежд, запасы которых достаточны.
Следовательно, актуально решение комплексной проблемы:
обоснование параметров и создание новых рабочих органов для совер шенствования машин и оборудования, обеспечивающих получение однородных смесей при вскрытии и переработке материалов реконструируемых покрытий и оснований;
обоснование и разработка технологических режимов реконструкции дорожных одежд из органоминеральных и обработанных материалов с тиксо-тропными свойствами длительного действия, приготовленных на основе повторного использования смесей с разработкой составов и технологии производства медленнотвердеющих вяжущих на основе отходов и побочных продуктов промышленности Казахстана,
На современном уровне развития экономики Казахстана решение этой комплексной проблемы также имеет важное значение для рационального и эффективного использования инвестиционных средств и дорожного фонда для строительства современных международных автомобильно-дорожных маршрутов (коридоров «Европа-Кавказ-Азия»- TRACECA) и удовлетворения спроса на автомобильные перевозки.
Научной гипотезой являются две взаимоувязанные идеи:
в новом подходе к обоснованию параметров машин для повторной переработки материалов реконструируемых дорог, позволяющего в отличие от сложившегося, получить готовый полуфабрикат дорожной смеси с заданными физико-механическими свойствами;
в прогнозировании технологических режимов строительства дорожных одежд из медленнотвердеющих органоминеральных и обработанных смесей на основе полуфабриката, позволяющих снизить стоимость и продлить сезон строительства за счет новых способов повышения прочностных свойств по сравнению с традиционными.
Цель и задачи исследования. Главной целью исследования является обоснование технических и технологических решений по восстановлению прочностных свойств материалов всех конструктивных слоев дорожных одежд для их повторного применения при реконструкции автомобильно-дорожной сети, совершенствование и создание новых рабочих органов машин, взаимоувязанных с технологией, рациональное использование отходов производства с решением народно-хозяйственной и экономической проблем.
Для реализации этой цели были поставлены и решены следующие задачи:
разработать технологическую карту взаимодействия комплекса до-рожно-строительных машин и оборудования при реконструкции дорожных одежд с повторным использованием материалов реконструируемых дорог;
обосновать параметры машин для вскрытия покрытий и оснований дорог с получением кускового асфальтового лома;
обосновать технологические режимы и параметры дробилки для измельчения асфальтового лома с разработкой принципиально нового рабочегс органа, обеспечивающего получение готового полуфабриката дорожной сме си;
исследовать технологические режимы работы смесительных устано-ри производстве органоминеральных и обработанных дорожных смесей льного тиксотропного действия на основе повторно используемых малое с разработкой новых составов и способов регенерации;
обосновать технологические режимы машин и механизмов при транс-[ровке, укладке, уплотнении дорожных смесей, работ по уходу за свеже-:нным слоем с разработкой новых способов строительства;
теоретически обосновать технологические режимы строительства до-ах одежд с использованием материалов, обработанных медленнотвер-ими вяжущими с учетом круглогодичного производства работ в услови-захстана; разработать новые составы вяжущих, приемлемые для дорож-лроительства с обоснованием технологии, выбора машин и оборудовали производства;
проверить практическую возможность реализации опытных образцов н, предложенных способов и методик, а также технологических реше-ікспериментальньгх исследований при реконструкции и строительстве обильных дорог, подтвердить достоверность теоретических положений, эотанных в исследованиях.
Методологической базой теоретического и экспериментального ис-ваний является системный анализ, включающий элементы анализа и за, математическую статистику с программной обработкой на ЭВМ, ме-физико-химических исследований с использованием теоретических по-шй фундаментальной науки в области химии цемента, а также экспери-льных исследований на опытных образцах натурных машин и опытных сах автомобильных дорог.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработаны теоретические основы и математические модели для
ования параметров машин и технологического оборудования, необхо-
о для вскрытия асфальтобетонного покрытия, нижних слоев оснований
горной переработки материалов с получением готового полуфабриката
лой смеси;
- разработана классификация технологии и техники, позволившая уточ-
технологическую карту взаимодействия комплекса дорожно-
гельных машин и оборудования при реконструкции дорожных одежд с шым использованием материалов;
выявлена закономерность изменения технологического режима при-іения медленнотвердеющих обработанных смесей в различных смеси-»гх установках с добавкой поверхностно-активных веществ, обеспечи-ія получение гарантированного качества материалов;
разработаны теоретические основы по технологическому режиму вос-шения работоспособности слоев дорожных одежд с повторным исполь-
ем материалов. Выявлены закономерности формирования структуры
медленнотвердеющих вяжущих, позволившие обосновать ТЄХН0Л0ГИЧЄС особенности круглогодичного строительства с учетом климата Казахстані
разработаны математические модели для определения компоненті содержания медленнотвердеющих органоминеральньгх и обработанных териалов на основе измельченного асфальтобетонного лома ( полуфабрі та) и различных каменных материалов, позволяющие восстановить рабі способность слоев дорожных одежд реконструируемых дорог;
предложены математические модели и методики для прогнозирі ния затрат времени на отдельные технологические операции при строит стве дорожных одежд из медленнотвердеющих материалов с учетом те> ратуры воздуха, влажности смеси и других факторов;
дополнена классификация обработанных материалов с учетом ф) ко-механических свойств и сроков твердения разработанных орп минеральных и обработанных медленнотвердеющих материалов;
выявлены и описаны закономерности процесса помола и получе медленнотвердеющих вяжущих в различных мельницах, позволившие у новить технологические режимы производства вяжущих.
Практическая значимость работы заключается в обосновании п: метров средств механизации с созданием опытно-промышленных образ машин и оборудования, а также технологических режимов строительства рожных одежд с повторным использованием материалов ;, реконструируемых дорог с разработкой необходимой технической и но{ тивно-технической документации для широкого производственного него зования, имеющих важное значение для технологического развития дор ного строительства Казахстана.
Реализация работы. Результаты теоретических и эксперименталк исследований реализованы при строительстве автомобильных дорог в Ка стане протяженностью более 650 км путем использования 25 норматив; документов при проектировании и строительстве дорог, разработанных руководством соискателя для условий Казахстана и СНГ:
-
Строительные нормы «Инструкция по строительству дорож) одежд из местных материалов, укрепленных вяжущим на основе зол уі тепловых электростанций»: ВСН 24-90 / Алматы,1991, 51 с.( взамен ВСН 85, разработанного под руководством соискателя)
-
Строительные нормы РК 2.7.8-96 «Инструкция по производств применению черного щебня из асфальтобетонного лома и приготовдеї асфальтобетонных смесей на его основе»: СН РК В.2.7.8.-.96 / Минтрансі Алматы, 1996, с. 13
-
Технические условия 218 РК 167-96 «Смеси асфальтобетонные и; измельченного асфальтобетонного лома с органическими добавками» / Минтранском РК, Алматы, 1996, с. 15
-
Технические условия 218 РК 166-96 «Черный щебень из измельх ного асфальтобетонного лома» / Минтраяском РК, Алматы,1996, с.8
5.Республиканский стандарт СТ РК 973-94 «Материалы каменные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими для дорожного и аэродромного строительства»/ Госстандарт РК, Алматы,1994, с.8
6. Методические рекомендации по применению вяжущих на основе бокситового шлама для укрепления грунтов и каменных материалов./ Минав-тодор КазССР, Алма-Ата 1987, с. 15
7.Технические условия 218 Каз.ССР 3.1.13-91 «Смеси асфальтобетонные дорожные с применением бесцементных вяжущих.» / Минавтодор Каз.ССР, Алма-Ата, 1991, с.13
-
Технические условия 218 РК 164-95 « Смеси из измельченного старого асфальтобетона с добавками минеральных вяжущих». / Госстандарт РК, Алматы, 1995, с.13
-
Республиканский стандарт СТ РК 781-93 «Шлаковые вяжущие, для дорожного строительства» / Госстандарт РК, Алматы,1993, с. 14 (взамен РСТ 781-84, разработанного под руководством соискателя)
-.ЩСтроителыше нормы «Инструкция по применению в дорожном строительстве минеральных материалов, укрепленных шлаковыми вяжущими» : ВСН 37-93 (на казахском и русском языках) / Минтрансстрой РК, Алма-ты,1993, с. 14 (взамен ВСН 37-86, разработанного под руководством соискателя)
Ряд документов разработаны с участием соискателя для условий дорожного строительства в странах СНГ:
-
«Методические рекомендации по строительству оснований и покрытий дорожных одежд из щебеночных, гравийных и песчаных материалов, обработанных неорганическими вяжущими» / Минтрансстрой СССР, Союздор-нии,М. 1985,сЛ 56
-
Пособие по строительству, покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов из грунтов, укрепленных вяжущими материалами, (к СНиП 3.06-88 и СНиП 3.08.03-85) /. Минтрансстрой, М.1988, с. 200 ,
-
«Методические рекомендации по укреплению грунтов и других материалов медленнотвердеющими вяжущими при пониженных положительных и отрицательных температурах»/ Минтрансстрой СССР, Союздорнии, М. 1985, с.ЗЗ
4. «Методические рекомендации по применению фосфодигидрата
сульфата кальция при строительстве автомобильных дорог» /. Союздорнии,
М.1989,с.44
5.ГОСТ 23558 Материалы нерудные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими для дорожного строительства.Технические условия /Госстрой СССР, М.,1992, с. 22
Результаты исследований используются также в учебном процессе при подготовке специалистов по специальности 4310 «Строительство автомобильных дорог и аэродромов», «Строительные и дорожные машины в КазАТК», .а также специалистов в ИПК Минтранскома РК
На защиту выносятся следующие основные положения:
-теоретические основы и математические модели по обоснованию параметров машин для разрушения, вскрытия покрытия и дробления асфальтового лома;
-теоретические основы по обоснованию технологических режимов строительства дорожных одежд с повторным использованием измельченного асфальтового лома и каменных материалов нижних слоев, обработанных безобжиговыми медленнотвердеющими вяжущими;
-принципиально новые конструкции вальца кулачкового катка для разрушения покрытия и валковой дробилки для измельчения асфальтового лома, созданные на основе теоретических разработок, оригинальность которых подтверждена патентами и изобретениями ( № 870564, № 960315.1, № 980641.1);
- результаты экспериментальных исследований по отработке технологических режимов при приготовлении дорожных смесей в смесительных установках, уплотнении уложенных смесей, выполнении работ по уходу за материалом и по повышению сцепления слоев дорожной одежды, имеющие патентную новизну (№1578242, №1615271, №1784707, Пат. РК №4006 и №6371)
-результаты экспериментальных исследований по уточнению технологических режимов работы различных мельниц для получения требуемой тонкости помола безобжиговых вяжущих и гидравлической активности;
-результаты экспериментальных исследований процессов струкгурооб-разования новых безобжиговых вяжущих с уточнением вещественного состава новообразований в условиях круглогодичного дорожного строительства, новизна которых защищена авторскими свидетельствами (№1518317, №1728177 и №1273342)
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается экспериментами на натурных опытно- промышленных образцах машин, а также использованием методов математического анализа и математической статистики при обработке данных научных положений. В области технологии дополнительно подтверждается методологической базой исследования, основанной на фундаментальных теориях твердения цемента и результатах физико-химических исследований процессов структурообразова-ния, используемых медленнотвердеющих вяжущих с подтверждением данных на широком опытно-промышленном внедрении.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: Союздорнии (1980, 1981,1984, 1986, 1987 гг.), МАДИ (1989 гг.), СИБАДИ (1986, 1987, 1998 гг.), КАСИ (Бишкек-1997, 1998 гг), КазАТК (Алматы- 1996,1997,1998 гг.) КазПТИ (Алматы-1978, 1979), БГТАСМ (Белгород- 1997г.), на Y1I Всесоюзном совещании по основным направлениям НТП в дорожном строительстве (Москва, 1981), на Всесоюзной научно-технической конференции (г.Владимир, 1987, 1988,1991), на
Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам дорожного строительства (Алматы, 1992) и расширенном научном семинаре объединенных кафедр СДМ и ПСЭАД КазАТК, Каз ПТУ, КаздорНИИ и Каз ГАСА (Алматы, 1998) Результаты работы отмечены ВДНХ СССР бронзовой и двумя серебряными медалями (1989,1990 г.).
Результаты работ были представлены на международных выставках, ежегодно проводимых на республиканской выставке РК «Атакент»: Казахстане, «Транзит»-96, 97, 98 (1996-1998 гг.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 80 работ , кроме того под руководством соискателя написано 60 депонированных научно-исследовательских отчетов и издано с его участием 25 нормативно-технических документов.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основной текст диссертации изложен на 470 страницах, включает 45 рисунков, 46 таблиц и список литературы 210 наименований.
