Введение к работе
Актуальность темы исследования. В последнее десятилетие основной объём перевозок лесопродукции к потребителю осуществляется автомобильным транспортом, который обладает большой мобильностью и гибкостью. На дорогах увеличилось количество автотранспортных средств, в том числе лесовозных автопоездов и большегрузных автомобилей. Интенсивное движение приходится не только на лесовозные дороги, но и на дороги общего пользования (магистрали).
В ситуации, когда потребности лесопромышленных регионов в развитии транспортной инфраструктуры велики, а финансовые возможности предприятий ограничены, проблема продления сроков службы дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог является весьма острой. Одним из направлений решения проблемы долговечности дорожных покрытий и увеличения межремонтных сроков дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог (ЛАД) является применение модифицированных битумов. Более высокие качественные показатели модифицированных битумов будут способствовать улучшению структуры дорожного покрытия.
Анализ отходов металлургической промышленности свидетельствует о целесообразности их использования в дорожных покрытиях и снижения расхода битума. Необходимость использования вторичных ресурсов решает проблему утилизации отходов и нерентабельность перевозки сырьевых материалов на большие расстояния.
Необходимость развития сети лесовозных автомобильных дорог, при одновременном поддержании требуемого уровня основных потребительских качеств существующих дорог, на обозримую перспективу ставит перед наукой основную стратегическую задачу – применение экономичных дорожных конструкций и технологий, повышение надёжности, сроков службы дорог за счёт использования и внедрения новых нетрадиционных дорожно-строительных материалов.
Работа выполнялась автором в соответствии с темами: «Вопросы теории и практики строительства и эксплуатации лесовозных дорог» (№ ГР 0182.2003308); «Разработка методологии системного проектирования сети лесных дорог и способов перевозки древесины» (№ ГР 01860126422) и Стратегией развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года (приказ Минпромторга России и Минсельхоз России от 31 октября 2008 г. №248/482).
Степень разработанности проблемы. В работах К. Лутс, С.И. Гельфанд, М.А. Залейщикова, Р.А. Амброс рассматривались вопросы получения вяжущего путём разжижения нефтяных битумов сланцевыми смолами. Анализ результатов этих работ показывает, что существенной экономии нефтяных битумов при разжижении их сланцевыми смолами авторам получить не удалось.
Исследованиями различных модификаторов и добавления их в битум занимались А.В. Руденский, Вл.П. Подольский, Е.Б. Тюков и другие учёные. Однако в данных работах не выявлены составы асфальтобетонных смесей, наиболее полно отвечающих конструктивному решению, что является одной из причин ускоренного развития повреждений дорожных покрытий в процессе эксплуатации.
Исследованиями минеральных порошков и их влияния на свойства дорожных покрытий посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных учёных. Большое влияние результатов взаимодействия битума с поверхностью минеральных частиц на свойства бинарных смесей «битум-минеральный порошок» и асфальтобетон показано в работах Л.И. Лысихиной, Л.С. Терлецкой, Я.Н. Ястребовой. А.Ф. Мутулем и Г.Т. Беляновым, Е.А. Михайлусовым на протяжении ряда лет производились работы по улучшению известняковых минеральных порошков путём обработки их битумом.
Исследованию возможности применения металлургических шлаков в асфальтобетоне посвящены работы Л.Б. Гезенцвея, Н.В. Горелышева, В.А. Золотарева, В.И. Резванцева, М.И. Першина, С.И. Самодурова, Е.Б. Тюкова, Е.А. Носова и др. В то же время, несмотря на большой объём выполненных исследований, недостаточное внимание уделялось оценке особенностей работы дорожных покрытий под нагрузкой, не определены границы области их применения, не установлены деформационно-прочностные характеристики слоёв покрытий, необходимые для расчёта конструкций дорожных одежд.
Необходим поиск новых материалов для снижения расхода битума и повышения долговременных транспортно-эксплуатационных показателей. Методология применения модификаторов, отходов промышленности и минеральных материалов основывается на всесторонней оценке их специфических свойств и установлении эффективных способов снижения отрицательных и использования положительных качеств в структуре покрытий с выходом на нормативный документ.
Целью работы является повышение долговечности дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог путём применения модификаторов вяжущих, активных минеральных порошков и искусственных строительных конгломератов.
Задачи исследований:
1 Теоретическое обоснование целесообразности применения модификаторов вяжущих в дорожных покрытиях лесовозных автомобильных дорог.
2 Исследование физико-механических свойств асфальтобетонов на основе модифицированных битумов.
3 Разработка методики определения расхода вяжущего, вида и количества модификатора в вяжущем при устройстве дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог.
4 Разработка способа повышения адгезии битума к минеральным материалам путём активации минерального порошка.
5 Усовершенствование методики оценки деформационно-прочностных свойств шлаковых асфальтобетонов.
Объектами исследований являлись: процессы реологии асфальтобетона, физико-механические свойства асфальтобетонных смесей на основе традиционных и модифицированных битумов; асфальтобетонные смеси с применением активных минеральных порошков; деформационно-прочностные свойства шлаковых асфальтобетонов.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследований.
Системный анализ и теория вероятности и надёжности, лабораторные и опытно-производственные исследования, которые выполнены с применением современных приборов, оборудования, на основе современных физико-химических методов исследования.
Новизна полученных результатов.
1 Выявлены эффективные модификации вяжущих в дорожных покрытиях лесовозных автомобильных дорог.
2 Характер изменения физико-механических свойств асфальтобетонов на основе модифицированных битумов даёт возможность рекомендовать для лабораторий асфальтобетонных заводов осуществлять выбор оптимального содержания битума по показателям плотности и прочности.
3 Разработана методика определения расхода вяжущего, вида и количества модификатора в вяжущем, отличающаяся учётом нестабильных свойств дорожных покрытий во времени и эффективности устройства износостойких слоев.
4 Разработан способ повышения адгезии битума к минеральным материалам путем применения активного минерального порошка, отличающийся учётом процессов старения битума в асфальтобетонных покрытиях.
5 Разработана методика оценки деформационно-прочностных свойств шлаковых асфальтобетонов, отличающаяся возможностью оценки качества устройства асфальтобетонного покрытия и слоев по показателям коэффициента уплотнения и сохранения сплошности устраиваемых слоев без отбора кернов и вырубок.
Практическая ценность работы: увеличение сроков службы между ремонтами покрытия и значительное снижение затрат по производству ремонтов лесовозных автомобильных дорог; минимизация воздействия на окружающую среду при использовании отходов промышленности, утилизация отходов; меньшая стоимость шлаковых материалов со снижением транспортных расходов за счёт эффективного использования местных дорожно-строительных материалов.
Научные положения, выносимые на защиту:
1 Теоретическое обоснование целесообразности применения модификаторов вяжущих, позволяющее увеличить срок службы дорожного покрытия между ремонтами и снизить затраты на ремонт.
2 Методика исследования физико-механические свойств асфальтобетонов на основе модифицированных битумов, позволяющая обосновать их применение и долговременные транспортно-эксплуатационные показатели.
3 Методика определения расхода вяжущего, вида и количества модификатора в вяжущем, позволяющая повысить эффективность устройства износостойких слоев дорожного покрытия и уменьшить капитальные вложения в дорожно-строительные материалы.
4 Способ повышения адгезии битума к минеральным материалам путем физико-химической активации минерального порошка отходами промышленности и влияние их на процессы старения битума в асфальтобетонных покрытиях.
5 Методика оценки деформационно-прочностных свойств шлаковых асфальтобетонов, позволяющая расширить область их применения и определить предельно-допустимые напряжения, при которых материал будет работать без остаточных деформаций.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Наиболее существенные результаты, выносимые на защиту, относятся к п. 15: «Обоснование схем транспортного освоения лесосырьевых баз, поставки лесопродукции, выбора техники и способов строительства лесовозных дорог и инженерных сооружений» из паспорта специальности 05.21.01«Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства».
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований, обсуждались и были одобрены на ежегодных научно-технических конференциях МГУЛ, СпбЛТА.
Реализация работы. Разработанные технологические модели на основе активного минерального порошка использовали: ООО «АДМ-проект» (Калужская и Воронежская области), ООО «Центр дорожно-мостового проектирования Магистраль» (Центрально-Черноземный регион), ЛОГУП «Тербунский лесхоз» (Липецкая обл.), Теллермановское опытное лесничество института лесоведения РАН (Воронежская обл.), Серебряноборское опытное лесничество института лесоведения РАН (Московская обл.).
Личное участие автора в получении результатов. Все работы по организации эксперимента, обработке данных, их анализ и математическое моделирование выполнены автором при консультации научного руководителя доктора технических наук, профессора Камусина А.А.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 147 наименований, 9 приложений. В работе содержится 180 страниц машинописного текста, иллюстрировано 30 рис. и 25 табл.
Похожие диссертации на Повышение эксплуатационных характеристик лесных автомобильных дорог с применением специальных добавок
