автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Обоснование технологических режимов при ремонте выбоин на покрытиях нежесткого типа с применением горячих асфальтобетонных смесей

На правах рукописи

ЕВСЕЕВ ЕВГЕНИЙ ЮРЬЕВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРИ РЕМОНТЕ ВЫБОИН НА ПОКРЫТИЯХ НЕЖЕСТКОГО ТИПА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГОРЯЧИХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

Специальность 05.23.11 — Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

17 ОКТ 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 2013

005535227

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет».

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Зубков Анатолий Федорович,

доктор технических наук, доцент

Алексиков Сергей Васильевич,

доктор технических наук, профессор, Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет, кафедра строительства и эксплуатации транспортных сооружений, заведующий кафедрой

Волков Виталий Витальевич,

кандидат физико-математических наук, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), кафедра инженерно-аэродромного обеспечения, заместитель начальника кафедры

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»

Защита диссертации состоится 14 ноября 2013 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, корпус 3, аудитория 3220, тел./факс +7(473)271-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Автореферат диссертации размещен на официальном сайте Минобрнауки РФ и на официальном сайте Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 4 октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Колосов Александр Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время при строительстве автомобильных дорог доля асфальтобетонных покрытий составляет более 96% от общей протяженности дорог с твердым покрытием. Под действием осевых нагрузок от транспортных средств и погодных условий на дорожных покрытиях возникают разрушения, что проявляется в виде различных выбоин, просадок, трещин и волн, что ухудшает безопасность движения транспортных средств и уменьшает срок эксплуатации автомобильной дороги. Для устранения таких дефектов применяют разные технологии, позволяющие устранить образовавшиеся дефекты на покрытиях и, при качественном ремонте, обеспечить продолжительность эксплуатации автомобильной дороги в течение нескольких лет. Выбор технологии и ее параметров зависит от многих факторов, в том числе от свойств применяемого материала и погодных условий.

Широкое применение при ремонте выбоин на дорожных покрытиях дорог получил метод ремонта с применением горячих асфальтобетонных смесей, позволяющий достичь требуемых эксплуатационных параметров асфальтобетона и обеспечить заданный срок службы покрытия. Анализ применяемых технологий с использованием горячих асфальтобетонных смесей показал, что низкому качеству работ способствуют несоблюдение температурных режимов при укладке и уплотнении применяемых горячих асфальтобетонных смесей, условий производства работ и недостаточное их уплотнение. Отсутствие до настоящего времени взаимосвязи между свойствами применяемых горячих асфальтобетонных смесей, погодными условиями производства работ и применяемым звеном машин не позволяет обеспечить качественный ремонт дорожных покрытий.

Объект исследования — дорожное покрытие нежесткого типа.

Предмет исследования - технологические процессы ремонта выбоин дорожных покрытий нежесткого типа с применением горячей асфальтобетонной смеси.

Целью диссертационной работы является обоснование параметров технологических процессов при производстве ремонта дорожных покрытий нежесткого типа с применением горячих асфальтобетонных смесей, позволяющих обеспечить требуемые эксплуатационные параметры асфальтобетона в выбоине дорожного покрытия при производстве ремонтных работ в течение круглого года.

Основные задачи исследования:

- выполнить анализ современных технологий при ремонте дорожных покрытий нежесткого типа с учетом свойств применяемых материалов и погодных условий производства работ;

- разработать математическую модель для определения температуры горячей смеси в выбоине дорожного покрытия, позволяющей прогнозиро-

вать тепловые процессы в любой точке выбоины с учетом условий производства работ;

- исследовать физику процесса охлаждения горячей смеси при укладке в выбоину дорожного покрытия в зависимости от типа смеси и марки битума, температуры воздуха и поверхности выбоины при производстве ремонтных работ покрытий нежесткого типа;

- установить значения предельной температуры горячей асфальтобетонной смеси при производстве работ, ниже которой эксплуатационные показатели асфальтобетона в выбоине не соответствуют требованиям нормативных документов;

- определить минимальную температуру нагрева выбоины с учетом температуры применяемых асфальтобетонных смесей, обеспечивающую соблюдение температурных режимов горячих смесей с учетом условий производства ремонтных работ;

— обосновать выбор эффективных уплотняющих машин при производстве ремонтных работ дорожных покрытий нежесткого типа;

— разработать технологию ремонта дорожных покрытий по устранению выбоин с применением горячих асфальтобетонных смесей, позволяющую производить работы в течение года с высоким качеством (срок службы ремонтных участков покрытия 4—5 лет).

Научная новизна заключается в следующем:

- разработана математическая модель для определения температуры горячей смеси в выбоине дорожного покрытия, позволяющая прогнозировать тепловые процессы в любой точке выбоины при производстве ремонта с применением горячих асфальтобетонных смесей. Модель отличается от известных тем, что существующие модели позволяют определять температуру в одной плоскости: основание — верхний слой покрытия - воздушная среда;

— впервые научно обосновано численное значение минимальной температуры горячей асфальтобетонной смеси при производстве ремонтных работ в зависимости от температуры воздуха, типа смеси и марки битума, ниже которой достичь требуемых эксплуатационных параметров асфальтобетона практически невозможно;

— впервые получены численные значения температуры нагрева поверхности выбоины в зависимости от типа смеси, марки битума, температуры воздуха и асфальтобетонной смеси, позволяющие достичь высокого качества работ при обеспечении температурных режимов смеси при конкретных условиях производства работ;

- предложена зависимость допустимой продолжительности ремонтных работ от температуры воздуха, типа смеси и марки битума;

— экспериментально доказана эффективность применения вибрационных плит при уплотнении горячих асфальтобетонных смесей;

- разработана математическая модель взаимодействия вибрационной плиты с уплотняемым материалом, на основе которой получены аналитические зависимости для определения контактных напряжений под вибрационной плитой, позволяющие осуществлять выбор эффективных параметров вибрационных плит с учетом прочностных характеристик уплотняемого материала;

- экспериментально установлено распределение контактных напряжений под вибрационной плитой.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, приведенных в работе, подтверждается объемом теоретических исследований, выполненных при изучении тепловых процессов при производстве ремонтных работ по устранению выбоин на дорожных покрытиях с учетом условий производства работ, а также с использованием математических моделей, адекватность которых подтверждена результатами экспериментальных исследований.

Научная значимость заключается в:

- разработке математической модели, позволяющей прогнозировать в трехмерном пространстве тепловые режимы горячей смеси при укладке в выбоину дорожного покрытия, влияющие на качество ремонтных работ;

- разработке математической модели взаимодействия вибрационной плиты с уплотняемым материалом, позволяющей осуществлять выбор параметров с учетом прочностных характеристик применяемого материала;

- определении минимальной температуры горячей смеси при производстве работ в зависимости от типа смеси и марки битума, а также установлении связи между температурами смеси, воздуха и нагревом поверхности выбоины, обеспечивающей достижение высокого качества ремонтных работ.

Практическая значимость работы состоит в разработке научно-практических основ технологии ремонта дорожных покрытий нежесткого типа с применением горячих асфальтобетонных смесей, обеспечивающей увеличение срока эксплуатации дорожного покрытия нежесткого типа.

На защиту выносятся:

- теплофизическая модель распределения температуры в заданном объеме горячей асфальтобетонной смеси при производстве ремонтных работ;

- результаты экспериментальных исследований распределения температуры в горячей асфальтобетонной смеси при укладке в выбоину дорожного покрытия;

- результаты моделирования тепловых процессов и полученные на их основе зависимости влияния условий производства ремонтных работ на их продолжительность;

- установленные зависимости температуры нагрева основания выбоины от типа смеси и марки битума, температуры смеси при укладке и температуры воздуха;

- результаты математического моделирования взаимодействия вибрационной плиты с материалом и методика расчета контактных напряжений под вибрационной плитой при уплотнении материала;

- результаты экспериментальных исследований по распределению контактных напряжений под вибрационной плитой при уплотнении материала с ограниченной толщиной слоя;

- методика разработки технологии ремонта выбоин на дорожных покрытиях нежесткого типа с применением горячих асфальтобетонных смесей, обеспечивающей увеличение срока эксплуатации дорожного покрытия.

Апробация результатов исследований. Основные положения работы и практические результаты докладывались и обсуждались на Втором всероссийском дорожном конгрессе (г. Москва, 2010), Международной научно-практической конференции (г. Ростов-на-Дону, 2012), международных конференциях (г. Волгоград, 2010,2012; Курск, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ объемом 73 страницы, из них лично автору принадлежит 41 страница. Пять работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ: «Механизация строительства», Научный вестник Воронежского ГАСУ «Строительство и архитектура», «Известия Юго-Западного государственного университета».

В статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] представлены результаты исследований по влиянию технологии работ на эксплуатационные показатели асфальтобетонного покрытия; в работе [2] представлен анализ применения вибрационных плит при ремонте дорожных покрытий нежесткого типа; в работе [3] рассмотрены особенности процесса уплотнения горячих асфальтобетонных смесей вибрационными плитами; в работе [4] представлена теплофизическая модель горячей асфальтобетонной смеси, уложенной в выбоину дорожного покрытия; в работе [5] представлены математическая модель взаимодействия вибрационной плиты с уплотняемым материалом и аналитическая зависимость влияния параметров плиты на величину контактных напряжений при разных параметрах плиты.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены автором в рамках сотрудничества, в котором он выполнял основную роль в формулировке задач, постановке и проведении аналитических и экспериментальных исследований, анализе полученных результатов и разработке основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость. Существенен вклад автора в проектирование стенда для проведения экспериментальных исследований, а также в разработку методик по проведению исследования и обработке полученных данных.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, изложенных на 168 страницах машинописного текста, основных выводов, списка литературы, содержащего 70 наименований, и четырех приложений. Диссертация содержит 64 рисунка, 38 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, отмечены научная новизна и практическая значимость работы, сформулирована цель исследования.

В первой главе представлены аналитический обзор состояния автомобильных дорог с покрытиями нежесткого типа, требования нормативных документов к транспортно-эксплуатационному состоянию дорог, причины образования дефектов на покрытиях дорог, анализ влияния свойств применяемого материала на выбор технологии и анализ применяемых технологий с учетом условий производства ремонтных работ. Сформулированы цели и задачи исследований.

Во второй главе рассмотрено влияние температуры на теплофизиче-ские характеристики горячих асфальтобетонных смесей, влияющие на тепловые процессы при укладке асфальтобетона в выбоину. Производство ремонтных работ по устранению выбоин на дорожных покрытиях характеризуется применением малых объемов горячей смеси, что влияет на тепловые процессы в слое материала. Обеспечение эксплуатационных параметров асфальтобетона зависит от характера распределения температуры в объеме горячего материала. С целью исследования тепловых процессов на стыке дорожное покрытие — горячая асфальтобетонная смесь получены численные значения теплофизических характеристик при разных температурных условиях производства ремонтных работ, которые использовались при моделировании тепловых процессов при укладке горячей смеси в выбоину дорожного покрытия.

В третьей главе представлены математическая модель распределения температуры в заданном объеме горячей асфальтобетонной смеси и результаты исследований распределения температуры в смеси при ее укладке в выбоину дорожного покрытия. Существующие модели позволяют исследовать тепловые процессы в одной плоскости, как при устройстве дорожного покрытия, так и содержании автомобильных дорог. Производство ремонтных работ предусматривает укладку и уплотнение небольших объемов горячей асфальтобетонной смеси в выбоину, где тепловые потоки от горячей смеси перемещаются не только в окружающую среду и основание выбоины, но и в направлении боковых стенок выбоины. Предложенная математическая модель позволяет определять температуру горячей смеси в любой точке уложенного объема горячего материала. Аналитическая модель основана на уравнении теплопроводности для неоднородной среды, имеющем вид

где р - плотность среды; с у — теплоемкость среды при постоянном объеме; / - время; х,у,г — координаты; Т= Т(х, у, г, /) - температура, которая вы-

±Ш)+±(хК)+±

Эх V дх) ^ ду ) дг

(1)

числяется при помощи уравнения теплопроводности; X - коэффициент теплопроводности; F = F(x,y,z,t) - заданная плотность тепловых источников. Модель теплового потока определялась уравнением Фурье

(2)

ах

где q - поверхностная плотность теплового потока, проходящего через плоскость, перпендикулярную тепловому потоку, Вт/м2; X - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м -град); Т - температура, изменяющая-

dT

ся вдоль оси х, град (°С); — - градиент температуры, град/м.

dx

Изменение теплопроводности от плотности и температуры горячей смеси учитывалось зависимостью, полученной на основе экспериментальных данных.

Построение имитационной модели производилось на основе сеточной модели, включающей в себя горизонтальные слои (рис. 1) с разбивкой каждого слоя на однородные прямоугольные параллелепипеды (рис. 2), между которыми осуществлялся теплообмен через боковые грани в вертикальной OZ и горизонтальной OXY плоскостях метода Монте-Карло.

/

Рис. 1. Элемент модели Рис. 2. Топология сеточной модели

Измерение температуры проводилось по площади выбоины и по толщине укладываемого слоя смеси с помощью датчиков измерения температуры и тепловизионной камеры (testo 880).

На рис. 3 представлены результаты съемки температуры горячей смеси после укладки смеси в выбоину.

а) 6) в)

Рис. 3. Распределение температуры горячей смеси в выбоине дорожного покрытия во времени:

а - сразу после укладки; б - через 5 мин; е - 10 мин

а) б) в)

Рис. 4. Изменение температуры горячей смеси от центра выбоины до дорожного покрытия в зависимости от поверхности контакта смеси с покрытием:

а - линия; б - окружность; в - прямой угол

На рис. 4 представлено распределение температуры горячей смеси от центра выбоины до точки соприкосновения с ранее уложенным асфальтобетоном покрытия с учетом поверхности контакта.

Установлено, что процесс охлаждения горячей смеси по толщине слоя при устройстве дорожного покрытия и ремонте выбоины на дорожном покрытии подчиняется общим закономерностям. Распределение температуры по поверхности выбоины неравномерно. В зоне контакта дорожного покрытия с уложенной горячей смесью наблюдается понижение температуры, которая в зависимости от размеров выбоины и объема уложенной смеси может отличаться в два и более раза от температуры в центре выбоины. Наиболее интенсивно процесс охлаждения происходит вблизи прямого угла выемки и характеризуется максимальной шириной зоны материала с пониженной температурой. При укладке горячей асфальтобетонной смеси в выбоину по ее периметру возникает зона материала с пониженной температурой, причем ширина зависит от температуры воздуха и укладываемой смеси и не зависит от размеров выбоины в плане. Наличие смеси с пониженной температурой не позволяет обеспечить требуемых эксплуатационных параметров асфальтобетона по всей площади выбоины. С увеличением толщины укладываемого слоя горячей смеси зона материала с пониженной температурой на стыке выбоины и дорожного покрытия уменьшается. Данная закономерность изменения температурных режимов уложенной горячей смеси наблюдается при строительстве асфальтобетонных покрытий с повышенной толщиной слоя.

В четвертой главе представлены результаты исследований, связанные с обеспечением требуемых эксплуатационных показателей асфальтобетона в выбоине дорожного покрытия в процессе уплотнения. Достижение эксплуатационных параметров асфальтобетона зависит от температурных режимов горячей смеси при укладке и уплотнении, времени действия уплотняющей нагрузки на материал и метода уплотнения. Приме-

нение ручных катков не позволяет достичь требуемых параметров асфальтобетона, поскольку силовое воздействие на уплотняемый материал незначительно, что способствует достижению низкого коэффициента уплотнения.

С целью уточнения влияния уплотняющих машин на качество уплотнения проведены экспериментальные исследования. Для сопоставления разных технологий при устройстве асфальтобетонного покрытия с применением горячей смеси типа А, приготовленной на битуме марки БНД 60/90, было принято звено дорожных катков в составе среднего и тяжелого вибрационного катков. Температура горячей смеси при укладке и уплотнении находилась в пределах от 130 до 85 °С. Измерение коэффициента уплотнения производилось плотномером ПАБ-1. В качестве сравниваемого варианта для уплотнения горячей смеси была принята вибрационная плита массой 110 кг с контактной поверхностью 1800 см2. Величина вынуждающей силы соответствовала 25 кН. Полученные результаты измерения коэффициента уплотнения в зависимости от числа проходов по одному следу представлены на рис. 5.

X 01 £ =г

X ■в* -вО

ас

1,01 1

0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92

/ /

/ ■„С

/ >

/

/ —

♦ Виброплита ■ Статяческий каток & Виброкаток

7 В 9 10 11 12

Число проходов

Рис. 5. Зависимость коэффициента уплотнения асфальтобетона от числа проходов:

I - комбинированный каток статического действия; ▲ - вибрационный каток, тандем, \VB151-AD; ♦ - вибрационная плита

Из представленных данных видно, что применение вибрационных плит для уплотнения горячих асфальтобетонных смесей позволяет обеспечить более высокие показатели уплотнения. При уплотнении вибрационной плитой рост коэффициента уплотнения происходит интенсивнее, чем при уплотнении дорожными катками. Достигаемая величина коэффициента уплотнения выше, чем при работе звена дорожных катков. Полученный эффект при уплотнении горячего асфальтобетона вибрационной плитой объясняется тем, что остаточная деформация уплотняемого мате-

риала зависит не только от силового воздействия рабочего органа на материал, но и времени его действия. Эффективность уплотняющих машин зависит от соответствия их параметров прочностным характеристикам материала. Статистический анализ конструктивных параметров вибрационных плит показал, что между ними имеется определенная связь. С целью установления аналитической зависимости влияния параметров вибрационной плиты на величину контактных напряжений разработана математическая модель взаимодействия плиты с уплотняемым материалом, которая представлена на рис. 6.

Рис. 6. Схема взаимодействия вибрационной плиты с уплотняемым материалом

При выводе зависимости распределения напряжений по длине поддона плиты принята функция вида

О = ао + а:Ф + а2 ф2 + аъ ф3 + о^ф4,

где а0, «ь а2, а3, а4 - коэффициенты ряда; ф - переменная величина, характеризующая рассматриваемую точку в зоне контакта плиты с уплотняемым материалом.

Начальные условия имеют вид: при ф = 0 <зх = ту = 0;

ф = 8 о* = Ту = 0.

Граничные условия:

при ф = а тх2- а*, = тх3 - ах3, а,,, + ту2 = ау3;

Ф = а+(3 сЛту/а^О; ^3=^5

Ф = а + (3 + у тх5 + ах4 = тх5 + ахб - тх6; оу4 = ту6 + оу5. С учетом условия равновесия в зоне контакта вибрационной плиты с материалом получены зависимости для определения контактных напряжений под вибрационной плитой, которые имеют вид:

а = ф52е,Ь25(-5/з + /4) +>'з(52/2 - U)+y4(h - Ы2)] / А + ф2е,5[у,52(5 /3 - /4) + + " 53/,) +J'4(S2/, - /3)] / Д + 4>3&%iS(/4 - 52/2) + j>2(/,53 - /4) + + л(/г" 5/,)] / А + <р4СЛЗ[у,5(5/2 - /3) +>'2(/3 - 52/,) + у3(5/, - /2)] / А; т = (pS'r.foS^ - /8) + v3(/8 - 52/6) +Л(5/6 - /7)] / А + Ф2Г15[у153(/8 - 6/7) + + 7з§(53/5 - /8) + v4(/7 - 52/5)] / А + ф3Г15|>15(52/6 - /8) + >>2(/8 - б3/5) + + yÁ^h ~ /б)] / А + ф4Г,5[у,5(77 - 8/6) +у2(52/5 - /7) +Л(4 - 5/5)] / А;

где /].../8 - коэффициенты системы уравнений, значение которых можно определить из выражений:

/, = Кх - К2 + К3 + К4 + K¡ +U5 +n(í/i + U4);

¡2= М\ + Мг + М3 + М4 + цК, + \iV4 + рС/6 + к6\

h=Ni+N2 + N3 + NA + K7+ цС/7 + HW + Щ',

14=С, + С2 + СЪ + С4 + Кг + ц (£, + Е4 + £/„);

l5 = Ui + U2 +U3 +U4 + \iK] - \iK4; l6 = V, +V2 + V3 + V4 + цМ, - цМ4;

l7 = + W2 + W3 + W4 + nNx - pJV4; /8 = + E2 + E3 + E4 + ц(С[ - C4);

К, M, N, U, V, W, E,C — коэффициенты, зависящие от параметров контакта плиты с материалом, определяются по формулам:

Кх = sin а - а; Мх = -а2 + 2(1 - cosa); N¡= -а3 + 6(а + sina); С, = -а4 + 4Ж,; U\=\- cosa; ^ = 2(а- sina); = За2+ 6(cosa- 1); Еу =-4Nü К2 = -р + a cos(P - а) + sin(p - а); М2 = - Р2 + a2cos(P - а) + 2а sin(P - а) - 2cos(P - а) + 2; U2 = 1 - asin(a - Р) - cos(P - а); V2 = a2sin(p - а) - 2acos(P + а) - 2sin(P - а) + 2Р; N2 = -P3cos(P - а) + а3 + 3p2sin((3 - а) + 6Pcos(P - а) + 6sin(P - а) - 6а;

Е2 = р4 sin(P - а) - 4N2; W2 = Р 3sin(P - а) + 3P2cos(P - а) - За2- 6psin(p - а) + 6 - 6cos(P - а); С2 = -P4cos(P - а) + а4 + 4 W2, К3 = -у + Pcos(y - Р) + sin(y - Р); М3 = -у2 + p2cos(y - Р) + 2psin(y - Р) - 2cos(y - Р) + 2; N3 = -у 3sin(y - Р) + Р3 + 3y2sin(y - Р) + 6ycos(y - Р) - 6sin(y - Р) - 6Р; U3=\- psin(p - у) - cos(y - Р); V3 = Р2 sin(y - Р) - 2pcos(y + Р) - 2 sin(y - Р) + 2у; С3 = -у 4cos(y - р) + р4 + 4W3; W3 = y3sin(y - Р) - ЗР2 + 3y2cos(y - Р) - 6ysin(y - Р) + 6 - 6cos(y - Р);

Е3 = у4 эт(у - Р) - 4^; К4 = - +у сой(\|/ - у) + зт(\|/ - у);

Л/4 + у2сок(\|/ - у) + 2уз1п(\|/ - у) - 2соз(\|/ - у) + 2; N4 = -\|/ Зз1п(\|/ - у) + у3 + 3\|/2зт(\|/ - у) - 6х|/соз(\|/ - у) - 6у - 6зт(у - \)/);

С/4 = 1 - уэт(у - у) - соз(\|/ - у);

(-4 = у2«1п(\|/ - у) - 2усоз(\|/ + у) - - у) + 2\|/;

С4 = -у 4соз(\|/ - у) + у4 + 4 Щ = х|/3зт(У - у) — Зу2 - 3 \|/2сов(\); - у) - 6\|/ят(\|/ - у) + 6 - 6соя(\|/ - у);

£4=у48т(\(/-у)-4ЛГ4;

К5 = (р2- а2)/2; Кв= (р3 - а3) /3; Кп = (р4- а4)/4; К, = (р5- а5) /5;

С/5=(у2- р2)/2; \]ь = (у3-р3)/3; 1/7=(у4-р4)/4; £/„ = (у5-р5)/5.

Для уточнения полученных теоретических исследований по расчету контактных напряжений под вибрационной плитой проведены экспериментальные исследования. С этой целью была изготовлена экспериментальная вибрационная плита. Для измерения напряжений под вибрационной плитой в поддон плиты были встроены штампы, жестко закрепленные с рамой плиты, на которые наклеивались тензорезистарые датчики. Параметры плиты позволяли менять относительную вынуждающую силу в пределах от 2,2 до 8,7 кН при уплотнении разного материала. Установлено, что контактные напряжения распределяются равномерно по ширине плиты. По длине плиты максимальное значение контактных напряжений соответствует точке приложения действия сил на плиту. Определен коэффициент превышения контактных напряжений при динамическом режиме работы вибрационной плиты в зависимости от относительной вынуждающей силы и частоты колебаний.

В пятой главе рассмотрено влияние производственных условий проведения ремонтных работ на температурные режимы горячей асфальтобетонной смеси при укладке в выбоину. С учетом дорожно-климатического районирования и в зависимости от применяемых типов смесей и марок битумов установлены зависимости для определения продолжительности ремонтных работ с учетом температуры окружающего воздуха.

Установлено, что при укладке горячей смеси в выбоину, за счет разницы температуры горячей смеси и дорожного покрытия, в зоне соприкосновения образуется некоторый объем материала с пониженной температурой по отношению к общему объему уложенной смеси, который характеризуется шириной зоны, что приводит к пониженным эксплуатационным показателям асфальтобетона. Выявлено, что распределение температуры горячей смеси в выбоине по поверхности симметрично относительно центра выбоины.

В зависимости от дорожно-климатической зоны расположения автомобильной дороги применяются разные марки битумов, что влияет на эффективные температурные режимы укладки и уплотнения горячих смесей. С учетом этого установлено влияние температуры воздуха и марки битума на зону пониженных температур смеси выбоины. Установлено, что зона материала с пониженной температурой смеси зависит от температуры воздуха и температуры укладываемой смеси. Так, понижение температуры смеси при укладке со 150 °С до 100 °С способствует увеличению зоны с пониженной температурой смеси в 2-3 раза. Аналогичное явление происходит и при укладке горячей смеси в выбоину при положительных температурах воздуха. При использовании горячей смеси, приготовленной на битуме марки 90/130, с температурой смеси при укладке 90 °С и отрицательной температуре воздуха весь объем материала не соответствует температурным режимам смеси при производстве работ.

Определены значения минимальной температуры горячей смеси при производстве ремонтных работ с учетом типа смеси и марки битума, ниже которых обеспечить требуемое качество работ практически невозможно.

Существующими рекомендациями, в зависимости от скорости ветра, ограничено производство работ с горячими асфальтобетонными смесями. Установлено, что при производстве ремонтных работ, за счет незначительной поверхности выбоины, скорость ветра в меньшей степени влияет на темп охлаждения горячей смеси, чем при строительстве дорожных покрытий. Исследованиями установлено, что допустимая скорость ветра при производстве ремонтных работ зависит от типа смеси и марки битума. Применение смеси типа А на битуме марки 40/60 допустимо при минимальной температуре воздуха —5 °С и нулевой скорости ветра. Применение битумов марок 60/90 и 90/130 допускает производство работ при температуре воздуха —10 °С и скорости ветра соответственно 0 и 2 м/с. Использование смесей типа Б и В позволяет выполнять ремонтные работы при температуре воздуха —10°С и скорости ветра от 2 до 6 м/с.

На основе полученных результатов исследований установлено, что для обеспечения требуемых эксплуатационных параметров асфальтобетона по всему объему выбоины необходимо осуществлять прогрев поверхности выбоины. Установлены зависимости, позволяющие определять температуру нагрева поверхности выбоины в зависимости от температуры доставляемой горячей смеси к месту производства работ и температуры окружающего воздуха.

По результатам исследований разработаны практические рекомендации по производству работ с обеспечением температурных режимов горячей смеси, позволяющие достичь высоких показателей качества ремонтных работ в течение круглого года эксплуатации автомобильной дороги.

выводы

1. Доказано, что низкое качество ремонтных работ по устранению выбоин на покрытиях нежесткого типа связано с несоблюдением температурных режимов горячей смеси при укладке и уплотнении, а также несоответствием уплотняющей нагрузки прочностным параметрам горячего асфальтобетона;

2. При укладке горячей асфальтобетонной смеси в выбоину дорожного покрытия в зоне контакта горячей смеси в выбоине и дорожного покрытия возникает зона асфальтобетона с пониженной температурой смеси по отношению к центральной части выбоины, даже при положительной температуре воздуха, что влияет на эксплуатационные показатели уплотняемого асфальтобетона.

3. Разработана математическая модель для определения температуры горячей смеси в ограниченном объеме укладываемого материала, позволяющая определять температуру в трехмерном пространстве, что дает возможность определять температуру горячей смеси в любой точке уложенного объема горячей смеси.

4. По результатам моделирования и экспериментальных исследований тепловых процессов в выбоине дорожного покрытия установлено:

— по всему периметру выбоины возникает объем материала с пониженной температурой смеси, величина которого зависит от температуры смеси и окружающего воздуха;

— образование зоны с пониженной температурой смеси, ниже допустимой, способствует получению при уплотнении низкого коэффициента уплотнения и высокого водонасыщения, что в процессе эксплуатации приводит к разрушению материала в выбоине;

— при производстве ремонтных работ скорость ветра в меньшей степени влияет на тепловые процессы горячей смеси;

— обеспечить температурные режимы горячей смеси, особенно при низких температурах окружающего воздуха, можно за счет нагрева поверхности выбоины перед укладкой и уплотнением горячей смеси;

— для обеспечения температурных режимов горячей смеси процесс уплотнения необходимо начинать сразу после распределения смеси в выбоине.

5. По результатам исследований получены:

— впервые научно обоснованное значение предельно-минимальной температуры горячей асфальтобетонной смеси при производстве ремонтных работ в зависимости от температуры воздуха, типа смеси и марки битума, ниже которой достичь требуемых эксплуатационных параметров асфальтобетона практически невозможно;

— впервые получены численные значения температуры нагрева поверхности выбоины в зависимости от типа смеси, марки битума, темпера-

туры воздуха и температуры поставляемой асфальтобетонной смеси, обеспечивающей высокое качество работ при соблюдении температурных режимов смеси с учетом конкретных условий производства работ;

- допускаемая продолжительность выполнения ремонтных работ при условии обеспечения температурных режимов горячей смеси в зависимости от типа смеси, марки битума и температуры воздуха;

- значения допустимой скорости ветра при производстве ремонтных работ в зависимости от типа смеси и марки битума.

6. Экспериментально доказано, что при небольших объемах работ по уплотнению асфальтобетонных смесей эффективными являются вибрационные плиты.

7. Разработана математическая модель взаимодействия вибрационной плиты с уплотняемым материалом. По результатам моделирования установлено:

- контактные напряжения зависят от относительной вынуждающей силы;

- напряжения распределяются равномерно по ширине поддона плиты;

- распределение напряжений по длине поддона зависит от расположения возбудителя колебаний.

8. Изготовлена экспериментальная вибрационная плита, при работе которой установлены значения контактных напряжений с учетом параметров плиты и их распределение по ширине и длине поддона плиты.

9. По результатам моделирования и экспериментальных исследований получены:

- аналитическая зависимость для определения контактных напряжений под вибрационной плитой в зависимости от параметров плиты;

- зависимость коэффициента превышения напряжений от относительной вынуждающей силы при разных методах определения напряжений.

10. Разработаны практические рекомендации по применению технологии ремонта выбоин на дорожных покрытиях нежесткого типа с использованием горячих смесей.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Евсеев, Е.Ю. Влияние технологии работ на эксплуатационные показатели асфальтобетонного покрытия [Текст] / Е.Ю. Евсеев, Р.В. Куприянов, А.Ф. Зубков // Механизация строительства. - 2011. — № 1(799). -С. 25 - 26. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 2).

2. Евсеев, Е.Ю. Анализ применения вибрационных плит для ремонта дорожных покрытий нежесткого типа [Текст] / Е.Ю. Евсеев, Р.В. Куприянов, А.Ф. Зубков // Механизация строительства. - 2011. - № 6(804). -С. 28 — 31. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 2).

3. Евсеев, Е.Ю. Особенности технологии уплотнения горячих асфальтобетонных смесей вибрационными плитами [Текст] / Е.Ю. Евсеев,

A.B. Гаврилов, А.Ф. Зубков // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2011. - № 5(38). - Ч. 2. - С. 402 - 405. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 2).

4. Евсеев, Е.Ю. Расчет температурных режимов при производстве ямочного ремонта покрытий нежесткого типа [Текст] / Е.Ю. Евсеев,

B.Н. Матвеев, А.Ф. Зубков // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. - 2012. - № 3(27). - С. 106 -111. (Количество страниц, выполненных лично соискателем — 4).

5. Евсеев, Е.Ю. Моделирование процесса взаимодействия вибрационной плиты с горячей асфальтобетонной смесью при ремонте дорожных покрытий [Текст] / Е.Ю. Евсеев, В.Н. Матвеев, А.Ф. Зубков // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. - 2012. - № 4(28). -

C. 70 — 77. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 5).

Статьи в других изданиях

1. Евсеев, Е.Ю. Влияние технологии устройства покрытия на прочностные параметры горячего щебеночно-мастичного асфальтобетона [Текст] / Р.В. Куприянов, Е.Ю. Евсеев, А.Ф. Зубков // Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство : материалы меж-дунар. конф. - Волгоград, 2010. - С. 494 - 497. (Количество страниц, выполненных лично соискателем — 2).

2. Евсеев, Е.Ю. Анализ технологий для ремонта выбоин на покрытиях дорог нежесткого типа [Текст] / Р.В. Куприянов, Е.Ю. Евсеев,

A.Ф. Зубков // Дороги России XXI века. - 2010. - № 4(62). - С. 84 - 87. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 3).

3. Евсеев, Е.Ю. Влияние температурных режимов ЩМАС на выбор технологии для устройства дорожных покрытий [Текст] / А.Ф. Зубков, Р.В. Куприянов, Е.Ю. Евсеев // Труды Второго всероссийского дорожного конгресса. - Москва : МАДИ, 2010. - С. 153 - 156. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 2).

4. Евсеев, Е.Ю. Методика расчета напряжений в зоне контакта вибрационной плиты с уплотняемым материалом [Текст] / Е.Ю. Евсеев,

B.Г. Однолько, А.Ф. Зубков // Вестник Центрального регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. - Тамбов-Воронеж, 2012. - № 11. - С. 100 - 105. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 4).

5. Евсеев. Е.Ю. Разработка теплофизической модели при производстве ремонтных работ покрытий нежесткого типа [Текст] / А.Ф. Зубков, В.Н. Матвеев, Е.Ю. Евсеев // Вестник Центрального регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. — Тамбов-Воронеж, 2012. - № 11. - С. 303 - 308. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 3).

6. Евсеев, Е.Ю. Исследования температурных режимов горячей асфальтобетонной смеси при ремонте выбоин дорожных покрытий [Текст] / Е.Ю. Евсеев, C.B. Иванищев, А.Ф. Зубков // Дороги России XXI века. -2012. - № 4(70). - С. 55 - 57. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 2).

7. Евсеев, Е.Ю. Расчет контактных напряжений под вибрационной плитой при уплотнении материала [Текст] / Е.Ю. Евсеев, В.Н. Матвеев, А.Ф. Зубков // Материалы междунар. науч.-практ. конф. Строительство. — Ростов-на-Дону, 2012. - С. 155 - 157. (Количество страниц, выполненных лично соискателем — 1).

8. Евсеев, Е.Ю. Расчет температуры горячей асфальтобетонной смеси при производстве ямочного ремонта дорожных одежд нежесткого типа [Текст] / Е.Ю. Евсеев, В.Н. Матвеев, А.Ф. Зубков // Материалы междунар. науч.-практ. конф. Строительство. - Ростов-на-Дону, 2012. -С. 160-161. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 1).

9. Евсеев, Е.Ю. Влияние температуры горячей смеси при производстве ямочного ремонта дорожных покрытий нежесткого типа на качество ремонтных работ [Текст] / O.A. Хребтова, C.B. Иванищев, Е.Ю. Евсеев, А.Ф. Зубков // Материалы VI междунар. конф. Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России. — Волгоград : ВолгГАСУ, 2012. - С. 146 - 151. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 3).

10. Евсеев, Е.Ю. Экспериментальное определение температуры горячей асфальтобетонной смеси при производстве ямочного ремонта дорожных покрытий нежесткого типа [Текст] / Е.Ю. Евсеев, C.B. Иванищев, Д.А. Козадаев, А.Ф. Зубков // Материалы VI междунар. конф. Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России. - Волгоград : ВолгГАСУ, 2012. — С. 151 — 154. (Количество страниц, выполненных лично соискателем — 1).

11. Евсеев, Е.Ю. Повышение качества ремонта автомобильных дорог с покрытием нежесткого типа [Текст] / Е.Ю. Евсеев, O.A. Хребтова, А.Ф. Зубков, П.В. Монастырев // Вестник Центрального регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. -Курск-Воронеж, 2013. - № 12. - С. 261 - 267. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 4).

ЕВСЕЕВ ЕВГЕНИЙ ЮРЬЕВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРИ РЕМОНТЕ ВЫБОИН НА ПОКРЫТИЯХ НЕЖЕСТКОГО ТИПА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГОРЯЧИХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 02.10.2013. Формат 60x84/16. 1,00 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 433

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

п/ •5Л1 7X174,4

У*Г¿.и I »'ил

Евсеев Евгений Юрьевич

Обоснование технологических режимов при ремонте выбоин на покрытиях нежесткого типа с применением горячих

асфальтобетонных смесей

05.23.11- проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Зубков А. Ф.

Тамбов - 2013 год

г-

СОДЕРЖАНИЕ

Общая характеристика работы.........................................................5

1. Современное состояние автомобильных дорог и применяемые технологии для ремонта выбоин на покрытиях нежесткого типа.............11

1.1. Анализ состояния автомобильных дорог с покрытиями нежесткого типа.........................................................................................11

1.2. Требования нормативных документов к транспортно-эксплуатационному состоянию автомобильных дорог с покрытиями нежесткого типа..........................................................................15

1.3. Влияние свойств материала на выбор технологии ямочного ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.............................20

1.4. Факторы, влияющие на процессы разрушения дорожных покрытий нежесткого типа...........................................................................27

1.5. Анализ технологий ремонта выбоин на покрытиях нежесткого типа.31 Постановка задач исследований.......................................................45

2. Влияние температуры на характеристики горячего асфальтобетона......46

2.1. Влияние температуры горячей смеси на эксплуатационные параметры асфальтобетона...........................................................................47

2.2. Влияние температуры на теплофизические свойства асфальтобетонных смесей..........................................................................................51

2.3. Влияние температуры на прочностные характеристики асфальтобетона...........................................................................53

2.4. Особенности технологии уплотнения горячих асфальтобетонных смесей вибрационными плитами.....................................................58

Выводы по главе.........................................................................61

3. Моделирование тепловых процессов при производстве ремонтных работ асфальтобетонных покрытий........................................................62

3.1. Разработка математической модели распределения температуры в асфальтобетоне при производстве ямочного ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог......................................................64

3.2. Экспериментальные исследования распределения температуры горячей смеси при производстве ямочного ремонта дорожных покрытий............77

3.3. Влияние условий производства работ на температурные режимы горячих асфальтобетонных смесей...................................................83

3.3.1. Влияние температуры воздуха................................................83

3.3.2. Влияние температуры горячей смеси.........................................86

3.3.3. Влияние теплофизических характеристик смеси..........................89

3.3.4. Влияние скорости ветра на процесс охлаждения горячей

асфальтобетонной смеси................................................................94

Выводы по главе.........................................................................98

4. Выбор средств механизации для производства работ по ремонту выбоин дорожных покрытий нежесткого типа.............................................99

4.1. Обоснование средств уплотняющих механизмов при производстве ямочного ремонта покрытий нежесткого типа...................................101

4.2. Статистический анализ параметров вибрационных плит, применяемых для уплотнения дорожно-строительных материалов...........................105

4.3. Моделирование процесса взаимодействия вибрационной плиты с уплотняемым материалом............................................................110

4.4. Экспериментальные исследования по определению напряжений под вибрационной плитой.................................................................118

4.5. Влияние параметров вибрации на эффективность вибрационных

плит.......................................................................................121

Выводы по главе

126

5. Обоснование технологических режимов при ямочном ремонте дорожных покрытий нежесткого типа с применением горячих асфальтобетонных смесей.....................................................................................127

5.1. Влияние условий производства работ на выбор технологии ремонтных работ на покрытиях нежесткого типа..............................................129

5.2. Влияние температуры воздуха на тепловые процессы горячей смеси при укладке в выбоину дорожного покрытия....................................132

5.3. Влияние температуры смеси на технологические режимы горячей асфальтобетонной смеси в выбоине................................................137

5.4. Влияние скорости ветра.........................................................146

5.5. Влияние температуры основания.............................................155

Выводы и рекомендации.............................................................164

Литература.............................................................................167

Приложение А. Рекомендации по выбору температурных режимов горячей смеси при производстве ремонтных работ с применением горячих

асфальтобетонных смесей...........................................................174

Приложение Б. Акт о внедрении результатов исследований...............195

Приложение В. Акт о внедрении результатов исследований...............197

Приложение Г. Акт о внедрении результатов исследований...............199

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время при строительстве автомобильных дорог доля асфальтобетонных покрытий составляет более 96% от общей протяженности дорог с твердым покрытием. Под действием осевых нагрузок от транспортных средств и погодных условий на дорожных покрытиях возникают разрушения, что проявляется в виде различных выбоин, просадок, трещин и волн, что ухудшает безопасность движения транспортных средств и уменьшает срок эксплуатации автомобильной дороги. Для устранения таких дефектов применяют разные технологии, позволяющие устранить образовавшиеся дефекты на покрытиях и, при качественном ремонте, обеспечить продолжительность эксплуатации автомобильной дороги в течение нескольких лет. Выбор технологии и ее параметров зависит от многих факторов, в том числе от свойств применяемого материала и погодных условий.

Широкое применение при ремонте выбоин на дорожных покрытиях дорог получил метод ремонта с применением горячих асфальтобетонных смесей, позволяющий достичь требуемых эксплуатационных параметров асфальтобетона и обеспечить заданный срок службы покрытия. Анализ применяемых технологий с использованием горячих асфальтобетонных смесей показал, что низкому качеству работ способствуют несоблюдение температурных режимов при укладке и уплотнении применяемых горячих асфальтобетонных смесей, условий производства работ и недостаточное их уплотнение. Отсутствие до настоящего времени взаимосвязи между свойствами применяемых горячих асфальтобетонных смесей, погодными условиями производства работ и применяемым звеном машин не позволяет обеспечить качественный ремонт дорожных покрытий.

Объект исследования - дорожное покрытие нежесткого типа

Предмет исследования - технологические процессы ремонта выбоин дорожных покрытий нежесткого типа с применением горячей асфальтобетонной смеси.

Целью диссертационной работы является обоснование параметров технологических процессов при производстве ремонта дорожных покрытий

нежесткого типа с применением горячих асфальтобетонных смесей, позволяющих обеспечить требуемые эксплуатационные параметры асфальтобетона в выбоине дорожного покрытия при производстве ремонтных работ в течение круглого года.

Основные задачи исследования:

- выполнить анализ современных технологий при ремонте дорожных покрытий нежесткого типа с учетом свойств применяемых материалов и погодных условий производства работ;

- разработать математическую модель для определения температуры горячей смеси в выбоине дорожного покрытия, позволяющей прогнозировать тепловые процессы в любой точке выбоины с учетом условий производства работ;

- исследовать физику процесса охлаждения горячей смеси при укладке в выбоину дорожного покрытия в зависимости от типа смеси и марки битума, температуры воздуха и поверхности выбоины при производстве ремонтных работ покрытий нежесткого типа;

- установить значения предельной температуры горячей асфальтобетонной смеси при производстве работ, ниже которой эксплуатационные показатели асфальтобетона в выбоине не соответствуют требованиям нормативных документов;

- определить минимальную температуру нагрева выбоины с учетом температуры применяемых асфальтобетонных смесей, обеспечивающую соблюдение температурных режимов горячих смесей с учетом условий производства ремонтных работ;

- обосновать выбор эффективных уплотняющих машин при производстве ремонтных работ дорожных покрытий нежесткого типа;

- разработать технологию ремонта дорожных покрытий по устранению выбоин с применением горячих асфальтобетонных смесей, позволяющую производить работы в течение года с высоким качеством (срок службы ремонтных участков покрытия 4-5 лет).

Научная новизна заключается в следующем:

- разработана математическая модель для определения температуры горячей смеси в выбоине дорожного покрытия, позволяющая прогнозировать тепловые процессы в любой точке выбоины при производстве ремонта с применением горячих асфальтобетонных смесей. Модель отличается от известных тем, что существующие модели позволяют определять температуру в одной плоскости: основание - верхний слой покрытия - воздушная среда;

- впервые научно обосновано численное значение минимальной температуры горячей асфальтобетонной смеси при производстве ремонтных работ в зависимости от температуры воздуха, типа смеси и марки битума, ниже которой достичь требуемых эксплуатационных параметров асфальтобетона практически невозможно;

- впервые получены численные значения температуры нагрева поверхности выбоины в зависимости от типа смеси, марки битума, температуры воздуха и асфальтобетонной смеси, позволяющие достичь высокого качества работ при обеспечении температурных режимов смеси при конкретных условиях производства работ;

- предложена зависимость допустимой продолжительности ремонтных работ от температуры воздуха, типа смеси и марки битума;

- экспериментально доказана эффективность применения вибрационных плит при уплотнении горячих асфальтобетонных смесей;

- разработана математическая модель взаимодействия вибрационной плиты с уплотняемым материалом, на основе которой получены аналитические зависимости для определения контактных напряжений под вибрационной плитой, позволяющие осуществлять выбор эффективных параметров вибрационных плит с учетом прочностных характеристик уплотняемого материала;

- экспериментально установлено распределение контактных напряжений под вибрационной плитой.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, приведенных в работе, подтверждается объемом теоретических исследований, выполненных при изучении тепловых процессов при производстве ремонтных

работ по устранению выбоин на дорожных покрытиях с учетом условий производства работ, а также с использованием математических моделей, адекватность которых подтверждена результатами экспериментальных исследований.

Научная значимость заключается в:

- разработке математической модели, позволяющей прогнозировать в трехмерном пространстве тепловые режимы горячей смеси при укладке в выбоину дорожного покрытия, влияющие на качество ремонтных работ;

- разработке математической модели взаимодействия вибрационной плиты с уплотняемым материалом, позволяющей осуществлять выбор параметров с учетом прочностных характеристик применяемого материала;

- определении минимальной температуры горячей смеси при производстве работ в зависимости от типа смеси и марки битума, а также установлении связи между температурами смеси, воздуха и нагревом поверхности выбоины, обеспечивающей достижение высокого качества ремонтных работ.

Практическая значимость работы состоит в разработке научно-практических основ технологии ремонта дорожных покрытий нежесткого типа с применением горячих асфальтобетонных смесей, обеспечивающей увеличение срока эксплуатации дорожного покрытия нежесткого типа.

На защиту выносятся:

- теплофизическая модель распределения температуры в заданном объеме горячей асфальтобетонной смеси при производстве ремонтных работ;

- результаты экспериментальных исследований распределения температуры в горячей асфальтобетонной смеси при укладке в выбоину дорожного покрытия;

- результаты моделирования тепловых процессов и полученные на их основе зависимости влияния условий производства ремонтных работ на их продолжительность;

- установленные зависимости температуры нагрева основания выбоины от типа смеси и марки битума, температуры смеси при укладке и температуры воздуха;

- результаты математического моделирования взаимодействия вибрационной плиты с материалом и методика расчета контактных напряжений под вибрационной плитой при уплотнении материала;

- результаты экспериментальных исследований по распределению контактных напряжений под вибрационной плитой при уплотнении материала с ограниченной толщиной слоя;

- методика разработки технологии ремонта выбоин на дорожных покрытиях нежесткого типа с применением горячих асфальтобетонных смесей, обеспечивающей увеличение срока эксплуатации дорожного покрытия.

Апробация результатов исследований. Основные положения работы и практические результаты докладывались и обсуждались на Втором всероссийском дорожном конгрессе (г. Москва, 2010), Международной научно-практической конференции (г. Ростов-на-Дону, 2012), международных конференциях (г. Волгоград, 2010, 2012; Курск, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ объемом 73 страницы, из них лично автору принадлежит 41 страница. Пять работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ: «Механизация строительства», Научный вестник Воронежского ГАСУ «Строительство и архитектура», «Известия Юго-Западного государственного университета».

В статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] представлены результаты исследований по влиянию технологии работ на эксплуатационные показатели асфальтобетонного покрытия; в работе [2] представлен анализ применения вибрационных плит при ремонте дорожных покрытий нежесткого типа; в работе [3] рассмотрены особенности процесса уплотнения горячих асфальтобетонных смесей вибрационными плитами; в работе [4] представлена теплофизическая модель горячей асфальтобетонной смеси, уложенной в выбоину дорожного покрытия; в работе [5] представлены математическая модель взаимодействия вибрационной плиты с уплотняемым материалом и аналитическая зависимость

влияния параметров плиты на величину контактных напряжений при разных параметрах плиты.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены автором в рамках сотрудничества, в котором он выполнял основную роль в формулировке задач, постановке и проведении аналитических и экспериментальных исследований, анализе полученных результатов и разработке основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость. Существенен вклад автора в проектирование стенда для проведения экспериментальных исследований, а также в разработку методик по проведению исследования и обработке полученных данных.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, изложенных на 168 страницах машинописного текста, основных выводов, списка литературы, содержащего 70 наименований, и четырех приложений. Диссертация содержит 64 рисунка, 38 таблиц.

1. Современное состояние автомобильных дорог и применяемые технологии для ремонта выбоин на покрытиях нежесткого типа

1.1. Анализ состояния автомобильных дорог с покрытиями нежесткого типа

Увеличение транспортных средств по отношению к темпам строительства автомобильных дорог приводит к повышению интенсивности движения и возрастанию грузового потока на всех направлениях страны при одновременном росте грузоподъемности транспортных средств. Ежегодно парк транспортных средств, в стране увеличивается на 10-12% при росте общей протяженности автомобильных дорог менее чем 1% ежегодно. Увеличение грузоподъемности транспортных средств, способствует снижению расходов на транспортные операции, но приводит к увеличению нагрузки на дорожные одежды автомобильных дорог. Превышение осевой нагрузки выше допустимой, что характерно для современных транспортных средств, приводит к изменению транспортно-эксплуатационных характеристик дороги и способствует ухудшению состояния автомобильной дороги. Для