Повышение долговечности поверхностных обработок дорожных покрытий путем применения модифицированных битумов

• Автор: Тюков, Евгений Борисович
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ

ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПУТЕМ

ПРИМЕНЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИТУМОВ.

1.1. Анализ существующих технологий устройства и опыта применения шероховатых поверхностных обработок
1.2. Теоретические предпосылки повышения срока службы ШПО с применением битумнополимерных вяжущих

1.3. Выводы по главе

2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Материалы, применяемые при проведении исследовании.

2.2. Методы исследований, характеристика применяемого оборудования и приборов.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ШЕРОХОВАТЫХ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ОБРАБОТОК ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ
МОДИФИЦИРОВАН 1ЫХ ВЯЖУЩИХ
3.1. Исследование работоспособности сохранности слоя поверхностной обработки на основе традиционных и модифицированных битумов
3.2. Исследование процесса втапливания слоя ШЛО в асфальтобетонные покрытия на основе традиционных и модифицированных битумов с различной степенью твердости
3.3. Прогнозирование долговечности слоя ШПО на основе модифицированных битумов на асфальтобетонных покрытиях различной твердости.
3.4. Выводы по главе 3.
4. ОЦЕНКА ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТРОЙСТВА ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИТУМОВ.
4.1. Экспериментальная оценка долговечности шероховатых поверхностных обработок на основе модифицированных бит.мов
4.2. Оценка экономической эффективности применения модифицированных битумов для повышения срока службы поверхностных обработок
4.3. Вы воды по главе
5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
7. ПРИЛОЖЕНИЯ
7.1 .Приложение А. Регистрация разработки в отраслевом фонде
алгоритмов и программ
7.2.Приложение Б. Акты внедрения результатов исследований.
ВВЕДЕНИЕ
Срок службы и транспортноэксплуатационное состояние дорожных покрытий в значительной степени зависят ог своевременности и качества выполнения износостойких слоев. Для обеспечения длительной сохранности дорожного покрытия и создания безопасных условий движения автотранспорта в настоящее время одним из наиболее перспективных способов является устройство шероховатой поверхностной обработки ШЛО. Дополнительные затраты, связанные с устройством на покрытии износостойкого слоя поверхностной обработки, окупают себя снижением расхода топлива за счет увеличения безопасной скорости движения. Кроме этого значительно увеличивается межремонтный срок службы покрытия вследствие защитного действия износостойкого слоя от вредного воздействия погодных и климатических факторов, а также истирающего действия транспортной нагрузки.
На всем протяжении срока службы слоя шероховатой поверхностной обработки происходит постепенное снижение е работоспособности. Одной из наиболее распространенных причин непродолжительной службы слоев поверхностной обработки является недостаточное качество применяемых органических вяжущих, что в первую очередь выражается в низкой устойчивости против отрыва щебня от покрытия. Кроме указанного, на дорогах с тяжелым интенсивным движением срок службы слоя шероховатой поверхностной обработки резко снижается вследствие втапливания щебня в асфальтобетонное покрытие. Как следствие, срок службы поверхностных обработок нередко составляет всего года.
Таким образом, в настоящее время одной из наиболее острых проблем в дорожной отрасли является проблема увеличения срока службы слоев поверхностной обработки. Недолговечность износостойких слоев приводит к необходимости затрачивать огромные денежные средства на восстановление транспортноэксплуатационного состояния дорожных по
крытий.
Решение проблемы долговечности слоев поверхностных обработок возможно за счет применения органических вяжущих нового поколения модифицированных битумов. Более высокие качественные показатели модифицированных битумов будут способствовать улучшению структуры слоя ШПО, повышению устойчивости щебня против отрыва от покрытия, повышению сопротивления слоя асфальтобетонного покрытия против втапливания в него зерен щебня.
В этой связи актуальность темы определяется необходимостью повышения долговечности слоев ШПО за счет применения модифицированных битумов, современными требованиями по улучшению эксплуатационных свойств и увеличению межремонтных сроков дорожных покрытий, необходимостью экономного расходования материальнотехнических ресурсов.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является научно обоснованное повышение долговечности слоев шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий автомобильных дорог путем применения битумнополимерных вяжущих с разработкой конкретных технологических решений.
В качестве основной гипотезы при проведении исследований было принято следующее положение повышение долговечности слоев поверхностной обработки может быть достигнуто путем повышения качества органических вяжущих за счет применения различных модификаторов битумов, с дифференцированием их области применения на базе детального анализа но оценке влияния модификаторов на сохранность слоя поверхностной обработки с разработкой конкретных технологических решений, обеспечивающих повышение работоспособности износостойких слоев и экономию материальных и финансовых ресурсов.
Выдвинутая научная гипотеза позволила сформулировать следующие задачи исследований
1. Обосновать целесообразность применения конкретных видов модифицированных вяжущих взамен традиционных битумов при устройстве слоев шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий и исследовать влияние различных видов модифицированных вяжущих на сохранность слоя.
2. Исследовать втапливаемость щебня слоя поверхностной обработки в покрытие из асфальтобетонной смеси на основе традиционных и модифицированных битумов.
3. Разработать математические модели, описывающие сохранность слоя поверхностной обработки дорожного покрытия, а так же характеризующие твердость различных типов асфальтобетонных покрытий в зависимости от вида применяемого модификатора.
4. Разработать методику определения расхода вяжущего для устройства поверхностной обработки, дорожного покрытия, а также вид и количество модификатора вяжущего.
5. Определить нижние границы расходов вяжущего, фракции применяемого щебня, вид и количество модификатора в вяжущем для устройства поверхностной обработки дорожных покрытий.
Научная новизна
1. Выявлены наиболее эффективные модификаторы битумов и исследовано влияние различных видов модифицированных вяжущих для устройства слоев поверхностной обработкидорожных покрытий на сохранности слоя.
2. Разработана оригинальная металлическая форма, позволяющая воссоздать натурные условия асфальтобетонного пространства при моделировании процесса втапливания щебня в асфальтобетонное покрытие.
3. Разработаны математические модели, описывающие сохранность слоя шероховатой поверхностной обработки дорожного покрытия, а также
характеризующие твердость различных типов асфальтобетонных покрытий в зависимости от вида применяемого модификатора и других условий.
4. Разработана методика определения расхода вяжущего для устройства поверхностной обработки дорожного покрытия, а также вида и количества модификатора вяжущего.
5. Определены нижние границы расхода вяжущих, фракции применяемого щебня, вид и количество модификатора в вяжущем для устройства шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий.
Практическое значение работы состоит в решении актуальной задачи, имеющей важное народнохозяйственное значение, и заключающейся в разработке конкретных технологических решений, обеспечивающих повышение эффективности устройства износостойких слоев поверхностных обработок и экономию материальных и финансовых ресурсов.
Реализация результатов научных исследований научные рекомендации и технические решения по вопросу применения модифицированных и улучшенных битумов при устройстве поверхностных обработок включены в региональный документ Стратегия развития автомобильных дорог Воронежской области на период до года, разработанный по распоряжению Администрации Воронежской области р от г.
В году при проведении работ в Чеховском районе Московской области на автомобильной дороге Москва Харьков, на участке км 0 км 0, была использована разработанная методика определения оптимального количества вяжущего и фракции применяемого щебня для поверхностной обработки дорожного покрытия.
Результаты теоретических исследований в области модификации битумов полимерами включены в состав учебных дисциплин Технология строительства автодорог для студентов ГОУ ВПО ВГАСУ, обучающихся по направлению Транспортное строительство.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Научное обоснование применения наиболее эффективных модификаторов битумов при устройстве шероховатой поверхностной обработки дорожного покрытия с точки зрения сохранности слоя.
2. Оригинальные методы испытаний, позволяющие моделировать натурные условия асфальтобетонного пространства при исследовании процесса втапливания щебня в асфальтобетонное покрытие.
3. Математические модели, описывающие сохранность слоя шероховатой поверхностной обработки дорожного покрытия, а также характеризующие твердость различных типов и видов асфальтобетонных покрытий в зависимости от вида применяемого модификатора.
4. Разработанная методика определения расхода вяжущего для устройства поверхностной обработки, а также вида и количества модификатора вяжущего.
5. Обоснование нижней границы расхода вяжущих, фракции применяемого щебня, вида и количества модификатора в вяжущем для устройства шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий.
Апробация работы Основные положения диссертационной работы представлены на научнопрактических конференциях ВГАСУ Воронеж, гг., международных научнотехнических конференциях Актуальные вопросы строительства Саранск, Мордов. унт, гг., Строительство в Ростовском государственном строительном университете, а также i заседаниях кафедры строительства автодорог ВГАСУ гг.
Публикации по теме диссертации


Апробация работы Основные положения диссертационной работы представлены на научнопрактических конференциях ВГАСУ Воронеж, гг. Актуальные вопросы строительства Саранск, Мордов. Строительство в Ростовском государственном строительном университете, а также i заседаниях кафедры строительства автодорог ВГАСУ гг. Номер государственной регистрации 6 от апреля г. И от г. Статья Исследование сохранности слоев шероховатых поверхностных обработок на основе модифицированных и улучшенных битумов опубликована в журнале Дороги и мосты. Объем и структура работы диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, приложений и изложена на 8 страницах, в т. Для обеспечения расчетных скоростей и безопасности автомобильного движения на современных автомагистралях необходимо придать покрытиям высокие эксплуатационные качества. Дорожные покрытия должны обладать хорошими сцепными качествами, которые обеспечат отсутствие скользкости практически в любых погодных условиях. При недостаточном сцеплении, особенно в дождливые периоды и при гололедице, движение транспортных средств становится аварийноопасным . Статистика аварийности показывает, что наиболее опасны для движения не обледенелые, а мокрые дороги. В настоящее время установлен фактор, влияющий на значения коэффициента сцепления. К числу основных факторов, влияющих на сцепные качества шероховатой поверхности, относятся скорость движения транспортного средства, состояние и модель автомобильных шин, толщина и вязкость пленки слоя, находящейся на поверхности воды, и температура покрытия и т. Однако важнейшим фактором, в значительной степени определяющим значение коэффициента сцепления, является шероховатость покрытия. Сцепные свойства покрытия, а также ровность относятся к числу основных транспортноэксплуатационных параметров, определяющих состояние дороги как безопасный в эксплуатации инженерный объект. Многолетние исследования в области защитных конструктивных слоев, проводимые в Государственной службе дорожного хозяйства Министерства транспорта России по руководством Л. Верхние защитные слои покрытий должны защищать нижележащие конструктивы дорожных одежд от доступа атмосферной влаги, обладать повышенной шероховатостью и сдвигоустойчивостыо что особенно важно в условиях жаркого климата III IV дорожноклиматических зон. Постоянный рост интенсивности и скоростей движения автомобилей по дороге требует соответствующих мероприятий при устройстве покрытий, гарантирующих безопасность движения. К числу таких мероприятий, в первую очередь, относится устройство покрытий или слоев износа, обладающих требуемой ровностью и обеспечивающих хорошее сцепление колеса автомобиля с покрытием. Назначение слоя износа предохранить основной слой покрытия от истирания и разрушения, и вместе с тем слой износа должен обеспечить необходимые потребительские качества поверхности дороги ровность, достаточное сцепление колеса автомобиля с покрытием при любых погодных условиях и т. Одним из наиболее распространенных способов строительства шероховатого слоя износа является устройство поверхностной обработки. Поверхностная обработка дорожных покрытий это способ создания шероховатой поверхности покрытия и устройства на нем слоя износа или защитного слоя путем нанесения на поверхность покрытия тонкой пленки органического вяжущего, последующего распределения высокосортного щебня и его уплотнения. Этот способ применяют при значительных повреждениях покрытий повышенный износ, большое количество трещин и мелких повреждений, а также на цементобетонных покрытиях , . В результате щебенки не будут равномерно покрыты битумом и прикреплены к покрытию и одна к дру
гой. Еще большие отрицательные последствия могут возникнуть при задержке с распределением щебня в случае применения в качестве вяжущего битумной эмульсии, процесс распада которой может завершиться частично или полностью до рассыпки щебня. Ранее проведенные исследования показали, что до неудач и низкого качества поверхностной обработки, выполненной традиционными способами, объясняется недостатками связей в системе битум покрытие щебень , 8.