Введение к работе
Актуальность темы: Наиболее широко применяемым материалом для строительства покрытий автомобильных дорог в настоящее время и на ближайшую перспективу остаётся асфальтобетон. Рост интенсивности и грузонапряженности автомобильного движения приводит к ускоренному процессу разрушения асфальтобетонных покрытий, основным видом которого являются выбоины. Указанное разрушение покрытий возникает практически круглогодично, но особенно интенсивно в переходные периоды года. Однако устранение выбоин выполняют, как правило, в теплое время года. Несвоевременность проведения работ по ямочному ремонту асфальтобетонных покрытий приводит в дальнейшем к резкому усилению процесса разрушения не только покрытия, но и нижележащих конструктивных слоев дорожной одежды, что значительно снижает срок службы дорожной конструкции и безопасность дорожного движения. В условиях пониженных температур воздуха, высокой влажности затруднена «приживаемость» ремонтного материала к покрытию, в связи, с чем применение технологий ремонта асфальтобетонных покрытий традиционными холодными асфальтобетонными или эмульсионно-минеральными смесями не позволяет качественно отремонтировать покрытие в неблагоприятные периоды года. Анализ применения указанных технологий показывает, что через один год эксплуатации на отремонтированных покрытиях вновь требуется проведения ремонтных работ в виду разрушений в местах сопряжения покрытия и ремонтной карты или по причине накопления дефектов в ремонтном материале.
Отличительной особенностью холодной асфальтобетонной смеси является возможность ее продолжительного хранения и неограниченная дальность транспортировки, а также возможность производить работы по устройству и ремонту асфальтобетонных покрытий при пониженных температурах воздуха. Именно эти обстоятельства позволяют отнести холодный асфальтобетон к перспективным материалам, улучшение качества которых позволит значительно повысить эффективность дорожно-ремонтных работ. Использование холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий является одной из реальных альтернатив применения горячего или литого асфальтобетона. Применение холодных асфальтобетонных смесей в нашей стране неоправданно ограниченно, в первую очередь по причине недостаточных физико-механических показателей применяемых при их изготовлении жидких битумов. Для того чтобы обеспечить оптимальные сроки службы дорожной одежды и качественный своевременный её ремонт, в первую очередь, необходимо применять дорожные жидкие битумы, отвечающие современным условиям работы дорожного покрытия, для чего следует использовать модификацию битумов специальными добавками, повышающими усталостную долговечность и другие характеристики холодных асфальтобетонов.
Разработка технологии и составов модифицированных холодных асфальтобетонов, исследование эксплуатационных характеристик и долговечности асфальтобетонных покрытий, отремонтированных холодными смесями, имеет большую актуальность, учитывая современные задачи дорожной отрасли по-
вышения эффективности дорожно-ремонтных работ и сокращения финансовых затрат на ремонт дорожных покрытий.
Цель диссертационной работы - повышение эксплуатационных характеристик, долговечности и увеличение межремонтных сроков асфальтобетонных покрытий, разработка составов и исследование свойств эффективного холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать усталостную долговечность холодного модифицированного асфальтобетона в режимах имитирующих процесс эксплуатации асфальтобетона в дорожном покрытии и определить срок его службы;
обосновать целесообразность применения холодных модифицированных асфальтобетонных смесей на основе жидких битумно-полимерных вяжущих взамен традиционных холодных смесей на разжиженных битумах для повышения качества ремонта и срока службы асфальтобетонных покрытий, получения холодного асфальтобетона с повышенными физико-механическими свойствами;
выявить основные рецептурно-технологические факторы, определяющие свойства холодного модифицированного асфальтобетона;
разработать составы холодных модифицированных асфальтобетонов, отличающихся незначительной слеживаемостью для длительного хранения холодной смеси и хорошей удобоукладываемостью;
определить технико-экономическую эффективность применения холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий. Научная новизна:
впервые разработаны физико-математические модели, имитирующие процесс усталостного разрушения, эксплуатационного состояния холодного модифицированного асфальтобетона в дорожном покрытии, позволяющие определить его межремонтный срок службы;
впервые получен прогноз срока службы холодного модифицированного асфальтобетона в покрытии, отличающийся тем, что оценка эксплуатационного состояния учитывает реологические свойства материала и неравномерность транспортной нагрузки;
экспериментально-теоретически установлены закономерности, учитывающие режимы приложения транспортной нагрузки, изменения эксплуатационного состояния дорожного асфальтобетонного покрытия после проведения его ремонта холодными смесями и теоретически обоснована за счёт применения эффективного холодного модифицированного асфальтобетона возможность удлинения до 4-х лет межремонтного срока покрытия автомобильных дорог с интенсивными транспортными нагрузками;
экспериментально получены зависимости изменения физико-механических и технологических свойств холодных модифицированных асфальтобетонов от вида и содержания применяемого полимерного модификатора и поверхностно-активного вещества, а также состава минеральной части холодной асфальтобетонной смеси;
- экспериментально определен показатель усталостной долговечности холодного модифицированного асфальтобетона в процессе эксплуатации в покрытии автомобильных дорог с интенсивными транспортными нагрузками, что позволило установить повышение показателя при непрерывном действии транспортной нагрузки до разрушения в 1,3-1,4 раза в сравнении с традиционным холодным асфальтобетоном на жидком нефтяном битуме.
Практическое значение работы:
-определены рецептурно-технологические параметры приготовления жидкого битумно-полимерного вяжущего и полученных на его основе холодных модифицированных асфальтобетонных смесей;
-разработаны эффективные составы холодного модифицированного асфальтобетона, что позволило значительно улучшить его физико-механические и технологические показатели в сравнении с традиционным материалом на жидком битуме;
-обоснована экономическая эффективность применения холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий, что позволяет в сравнении с традиционными холодными технологиями повысить срок службы отремонтированного участка покрытия в 3-4 раза и получить экономический эффект в размере более 100 тысяч рублей на один приведённый километр автомобильной дороги.
Реализация работы:
Основные результаты проведенных исследований включены в отраслевой методический документ «Временные рекомендации по применению холодных асфальтобетонов с добавками полимеров», рекомендованных для опытного применения письмом Росавтодора № ОС - 28/49 - ИС от 05.01.2004 г.
Опытное применение разработанных составов холодного асфальтобетона, содержащего полимеры, было осуществлено при выполнении дорожно-ремонтных работ по устранению выбоин на км. 506 + 000 автомагистрали М 4 «Дон».
Результаты теоретических исследований в области модификации полимерами жидких битумов и холодных асфальтобетонных смесей включены в состав учебной дисциплины «Технология и организация строительства автомобильных дорог» для студентов Воронежского ГАСУ, обучающихся по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы».
Достоверность результатов исследований, научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается объёмом выполненных теоретических и экспериментальных исследований, использованием математических моделей, адекватность которых была подтверждена результатами экспериментальных исследований и данными, полученными в натурных условиях.
Научная значимость заключается в разработке теоретических и практических основ повышения межремонтного срока службы дорожных покрытий холодными модифицированными асфальтобетонами, обосновании технико-экономической эффективности применения холодных модифицированных ас-
фальтобетонных смесей для ремонта дорожных покрытий, разработке составов эффективных холодных асфальтобетонов.
Основные положения, выносимые на защиту:
научное обоснование эффективности применения модифицированных холодных асфальтобетонных смесей для повышения межремонтного срока службы асфальтобетонных покрытий;
результаты экспериментальных и теоретических исследований по изучению усталостной долговечности холодного модифицированного асфальтобетона в режимах имитирующих процесс эксплуатации асфальтобетона в дорожном покрытии, выявленные закономерности изменения эксплуатационного состояния холодного асфальтобетона в покрытии с учётом неравномерности приложения транспортной нагрузки и реологических свойств материала;
- обоснование рациональных границ варьирования основных рецептур
ных и технологических факторов в составах жидкого полимерно-битумного
вяжущего, холодных модифицированных асфальтобетонных смесей, позво
ляющих повысить эксплуатационные характеристики асфальтобетона и срок
службы отремонтированных дорожных покрытий;
- обоснование применения вида и содержания полимерного модифика
тора, поверхностно-активного вещества, а также состава минеральной части
смеси для повышения физико-механических, эксплуатационных и технологиче
ских свойств холодного асфальтобетона.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы представлены на студенческой научно-технической конференции (Белгород, 2001 г.); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 40-летию строительного факультета Мордовского госуниверситета (Саранск, 2002 г.); научно-практическом семинаре «Новые технологии и материалы, применяемые при содержании автомобильных дорог» (РГСУ, Ростов-на-Дону, 2002 г.); специализированной конференции «Дороги Башкирии - 2003 г.» (Министерство строительства, архитектуры и транспорта республики Башкирии, ГУЛ «Институт нефтехимпереработки»); 2-й международной научно-технической конференции «Проблемы строительного и дорожного комплексов» (г. Брянск, 2003 г.); научно-практических конференциях Воронежского ГАСУ (2002-2012 г.г.), а также на заседаниях кафедры строительства и эксплуатации автомобильных дорог Воронежского ГАСУ (2002-2013 г.)
Публикации: по теме диссертации опубликовано 11 научных работ. Три работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК. В работе [1] рассмотрены вопросы обоснования вида и содержания полимерного модификатора, поверхностно-активного вещества, а также состава минеральной части смеси для повышения физико-механических, эксплуатационных и технологических свойств холодного асфальтобетона; в работе [2] представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований по изучению работоспособности холодного модифицированного асфальтобетона в режимах имитирующих процесс эксплуатации материала в дорожном покрытии и прогнозированию
срока его службы; в работе [3] рассмотрены вопросы разработки составов холодных модифицированных асфальтобетонов, отличающихся незначительной слеживаемостью и хорошей удобоукладываемостью, а также изучения их эксплуатационных показателей.
Новизна рецептурно-технологических разработок подтверждена Патентом РФ № 2270846, МІЖ7 C08L 95/00 C09D 195/00 С04В 26/26 «Способ приготовления битумно-каучукового вяжущего».
Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы из 176 наименований и изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок и 35 таблиц.
