автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Повышение долговечности поверхностных обработок дорожных покрытий путем применения модифицированных битумов

На правах рукописи

Тюков Евгений Борисович

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ОБРАБОТОК ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИТУМОВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05 23 11-« Проектирование и строительство дорог, метрополитенов и транспортных тоннелей»

Ч1В1Р

У

Воронеж-2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительном университет (ГОУ ВПО ВГАСУ)

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент

Калгин Юрий Иванович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Курьянов Виктор Кузьмич

- кандидат технических наук, доцент Паневин Николай Иванович

Ведущая организация - Тамбовский государственный техниче-

ский университет

Защита состоится «21» февраля 2008 г в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033 02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу 394006, г Воронеж, ул. ХХ-летия Октября, д 84, корпус 1, аудитория 3220 (конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан «17» января 2008 г

Ученый секретарь _

диссертационного совета Д 212 033 02

Козлов В А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Срок службы и транспортно-эксплуатационное состояние дорожных покрытий в значительной степени зависит от своевременности и качества устройства износостойких слоев Для обеспечения длительной сохранности дорожного покрытия и создания безопасных условий движения автотранспорта в настоящее время одним из наиболее эффективных способов является устройство шероховатой поверхностной обработки (ШПО) Дополнительные затраты, связанные с устройством на покрытии износостойкого слоя поверхностной обработки, окупают себя снижением расхода топлива за счет увеличения безопасной скорости движения транспортных средств Кроме этого, значительно увеличивается межремонтный срок службы дорожного покрытия вследствие защитного эффекта слоя поверхностной обработки от вредного воздействия погодных и климатических факторов, а так же истирающего действия колес автотранспорта

На всем протяжении срока службы слоя шероховатой поверхностной обработки происходит постепенное снижение ее работоспособности Одной из наиболее распространенных причин непродолжительной службы слоев поверхностной обработки является невысокое качество применяемых органических вяжущих, что в первую очередь выражается в низкой устойчивости щебня против отрыва его от покрытия Кроме указанного, на дорогах с тяжелым интенсивным движением срок службы слоя поверхностной обработки резко снижается вследствие втапливания зерен щебня в асфальтобетонное покрытие Как следствие, срок службы поверхностных обработок нередко составляет всего 1-2 года

Таким образом, в настоящее время одной из наиболее острых проблем в дорожной отрасли является увеличение срока службы слоев шероховатой поверхностной обработки Недолговечность износостойких слоев приводит к необходимости затрачивать значительные материальные и финансовые средства на восстановление транспортно-эксплуатационного состояния дорожных покрытий

Решение проблемы долговечности слоев поверхностных обработок возможно за счет применения органических вяжущих нового поколения -модифицированных битумов Более высокие качественные показатели модифицированных битумов обеспечивают улучшение структуры слоя ШПО, повышению устойчивости щебня против отрыва от покрытия, увеличение сопротивления слоя против втапливания в покрытие.

В этой связи актуальность темы определяется необходимостью повышения долговечности слоев поверхностной обработки дорожных покрытий за счет применения модифицированных битумов (органических вяжущих нового поколения), современными требованиями по улучшению эксплуатационных свойств и увеличению межремонтных сроков дорожных покрытий, необходимостью экономного расходования материальнЪ5" технических ресурсов

Цель и задачи исследования. Целью исследования является научно обоснованное повышение долговечности слоев шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий автомобильных дорог путем применения битумно-полимерных 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 по оценке влияния модификаторов на сохранность слоя поверхностной обработки с разработкой конкретных технологических решений, обеспечивающих повышение работоспособности износостойких слоев и экономию материальных и финансовых ресурсов.

Поставленная научная гипотеза позволила сформулировать следующие задачи исследований 9

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 вталливаемость 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 так же 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 обработки дорожных 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 покрытая, а так же

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 так же 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 проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное 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 2016 года», разработанный по распоряжению Администрации Воронежской области № 2087-р от 12 12 2005 г

В 2007 году при проведении работ в Чеховском районе Московской области на автомобильной дороге «Москва - Харьков», на участке км 56+800 - км 84+100, 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 270205 «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 так же 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 так же 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- научно-практических конференциях ВГАСУ (Воронеж, 2004-2007 гг.), международных научно-технических конференциях «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, Мордов ун-т, 2005-2006 гг), «Строительство - 2007» в Ростовском государственном строительном университете, а также на заседаниях кафедры строительства автодорог ВГАСУ (2004-2007 гг)

Публикации: по теме диссертации опубликовано 6 научных работ общим объемом 16 страниц, из них лично автору принадлежит 12 страниц, в том числе «Программа автоматизированной обработки данных передвижной лаборатории, диагностирующей автомобильные дороги «Research Lab_Engme» Имеет государственную регистрацию разработки в «Национальном информационном фонде неопубликованных документов», предъявленной в отраслевой фонд алгоритмов и программ Номер государственной регистрации 50200600496 от 14 апреля 2006 г. (извещение № 454-И от 20 04 2006 г )

Статья «Исследование сохранности слоев шероховатых поверхностных обработок на основе модифицированных и улучшенных битумов» опубликована в журнале «Дороги и мосты» №8 - 2006 - С. 33-36 (Лично автором выполнено 2с)

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы, приложений и изложена на 155 страницах, в тч. 114 страниц машинописного текста, 58 рисунков, 23 таблицы, 2 приложения Список литературы включает 115 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследования, доказана его научная и практическая значимость, сформулированы цели и задачи исследований

В первой главе представлен обзор научно-технической литературы и результаты ее анализа по вопросам устройства шероховатых поверхностных обработок дорожных покрытий, повышения сохранности слоев поверхностных обработок, возможности применения битумно-полимерных вяжущих с целью увеличения срока службы износостойких слоев. Приведены сведения по технологии устройства слоев ШЛО, выполнен анализ причин, приводящих к их разрушению.

Рассматриваемым проблемам посвящены работы В А Астрова, А П Васильева, М С Замахаева, Б М Косарева, Ю В Кузнецова, Б И Ладыгина, М В Немчинова, Э Г Подлиха, В.С Порожнякова, И Н Христолюбова, А А Шевякова, В М Юмашева, Р Ю Юсифова, К.Д Кудрявцева и др Изложены теоретические предпосылки повышения

срока службы шероховатых слоев путем применения при их устройстве битумно-полимерных вяжущих.

Основной причиной низкого качества поверхностной обработки, выполненной как традиционным способом раздельного распределения материалов, так и с синхронным распределением битума и щебня, являются нарушения связей в системе «Транспортный поток - щебень - вяжущее -покрытие», что приведено на рисунке 1.

Рисунок 1 - Модель эксплуатационной устойчивости сцепных свойств покрытия с шероховатой поверхностной обработкой.

В подсистеме «Транспортное средство - щебень» максимальная сохранность микрошероховатости достигается рациональным подбором вида каменного материала для соответствующих условий эксплуатации. Наиболее сложным вопросом в обеспечении эксплуатационной устойчивости сцепных свойств покрытия с шероховатой поверхностной обработкой является определение оптимальных связей в подсистемах «Вяжущее-щебень» и «Щебень-покрытие». Проведенным анализом установлено, что для повышения долговечности слоев износа необходимо применять битумы, содержащие модифицирующие добавки. Приведены результаты исследований различных авторов по улучшению свойств вязких битумов и отмечено, что особенно высокий эффект наблюдается при применении полимерных добавок. Определено, что из всех известных в настоящее время полимерных материалов в наибольшей степени поставленной задаче удовлетворяют синтетические каучуки (эластомеры) и полимеры типа СБС (термоэластопласты).

Во второй главе описаны методы испытаний и дана характеристи-

в

ка применяемым материалам При проведении исследований в качестве модификаторов применялись синтетический каучук общего назначения марки СКС-30 АРКМ-15, группа I по ГОСТ 11138-78, ТУ 38.403121-98, синтетический каучук общего назначения марки СКС-30 АРКМ-27, сорт 1 по ГУ 38 303-03070-2001; синтетический каучук общего назначения марки СКС-30 АРК, сорт 1 по ТУ 38 40355-99, синтетический каучук общего назначения марки СКС-30 АРКПН, группа 1 ПО ТУ 38 40384-99, каучук синтетический дивиниловый СКД, сорт I по ТУ 38 403750-2001; дивинил-стирольный термоэластопласт марки ДСТ 30-01, группа I по ТУ 38 4032798

О сохранности слоя поверхностной обработки судили по результатам испытаний методом «Виалита» Этот метод является реализацией физической модели однофакторного воздействия на связи в подсистеме «Вяжущее - щебень» путем динамического ударного воздействия Для определения твердости покрытия при фиксированной температуре и выявления связей в подсистеме «Щебень-покрытие» использовали твердомер ТК-1 конструкции Казахского филиала Союздорнии.

Так же в данной главе рассмотрены вопросы, касающиеся построения математических моделей исследуемых подсистем с использованием искусственных нейронных сетей Искусственные нейронные сети состоят из нейроноподобных элементов, соединенных между собой в сеть Отмечено, что применение других математических методов приближения функций многих переменных представляет собой весьма непростую в математическом отношении и трудную при численной реализации проблему Для получения работающей искусственной нейронной сети необходимо выбрать тип используемого нейрона, определить конфигурацию сети и произвести ее обучение и тестирование на имеющемся наборе обучающих примеров На вход сети подаются некоторые известные сигналы, а на выходе ожидается получение известного выходного сигнала При этом вся настройка системы заключается в выборе весов входов нейронов и их смещений Эти параметры представляют собой некоторые числа, которые нужно подобрать на основе процедуры обучения так, чтобы на известных примерах система давала правильные ответы, в виде значений функции на выходе

В третьей главе изложены результаты исследований по экспериментальному обоснованию увеличения срока службы шероховатых поверхностных обработок путем применения модифицированных вяжущих Исследована работоспособность (сохранность) слоя поверхностной обработки на основе традиционного и модифицированных битумов (рис 2 -рис 4 на примере каучука СКС-30 АРКМ-15 и наименьшем расходе вяжущего)

5-7(1)

7-10 (0,69)

10-12 | 12-15 (0.58) | (0,46)

I

25

15-20 (0.34)

Фракция щебня, мм (относительный показатель глубины погружения)

□ СКС-30 АРКМ-15 (2 %)

И СКС-30 АРКМ-15 (2.5 %)

Н СКС-30 АРКМ-15

(3 %)

Установлено, что более высокая сохранность слоя характерна для относительной условной высоты погружения (ОУП) близкой к единице (так, для щебня фракции 5-7 мм. величина погружения которого в слой вя-Я жущего максимальна

при фиксированном расходе вяжущего, показатель принят за единицу). Для более крупных фракций щебня и любого другого расхода вяжущего значение ОУП составляет долю единицы в зависимости от глубины погружения зерна в слой вяжущего и составляет соответственно для фракций: 5-7 мм - 1; 7-10 мм -0,7; 10-12 мм - 0,58; 12-15 мм - 0,47; 15-20 мм - 0,35.

Наименьшая сохранность слоя наблюдается при низком значении показателя условной высоты погружения, наименьшем расходе вяжущего и повышенных температурах (50°С). Рассматривая зависимость

14

12 10 8 6 4

ч 2 1 ° 0

5-7(1) 7-10 10-12 12-15 15-20

(0,69) (0,58) (0.46) (0,34)

Фракция щебня, мм (относительный показатель глубины погружения)

□ БНД

60/90

Рисунок 2 - Зависимость сохранности слоя ШПО на основе БКВ от содержания каучука в вяжущем в вяжущем и фракции щебня при температуре испытания I = -10°С и расходе вяжущего 0,4 л/м.кв.

сохранности слоя ШПО от вида применяемого модификатора, было установлено, что наиболее эффективным является применение каучуков типа СКС-30 АРКПН, СКС-30 АРКМ-15 и соответственно менее эффективными являются каучуки типа СКД и СКС-30 АРКМ- 27.

Применение вяжущего на основе каучуков СКС-30АРКПН или СКС-30 АРКМ-15 с расходом 0,6 л/м.кв. при более высоких значениях показателя высоты погружения щебня (т.е. для фракций щебня 5-7 и 7-10 мм) в наибольшей степени позволяет повысить сохранность слоя ШПО. Наиболее низкая сохранность слоя ШПО во всем диапазоне температур, при любых значениях показателя условной высоты погружения и расходе вяжущего установлена при применении традиционного битума марки БНД 60/90.

о

о

ГО

* §

— а>

оч

го

о

о = V- 5 ь и ? 3

Л)

» н

5 Е

X п>

Количество отскочивших щебенок, ед

о о

н о

¡Э

о

Е —

о

5-7(1) (от □

О © О о -а 1 -Г да ^ — н * ° а> ¡г

1 " Я 5 ЕЕ 1 » о - 5

о » -Я -В 2 £ ~

^ с; — о- Я <-/. ^ £

Количество отскочивших шебенок, ед

О—■ ГО «-О О -О ОС чО

в уч § "8 □ а

1 н ? ^ Г §> з о

10-12 (0.58) я. мм (с нубины

■3 8 ° " ^ т- О а 2

15-20 0.34) 1Ы1ЫЙ 1ИЯ) ж 1

□

□ > О

О СП ж О

^ пи 2

о ^

То > О го >

о N° о4-

5 ол ' '' 2

о СЛ

р ОТ

'С п> ^

в п> СП I со

—1

о о

о X о н

V о

Н о

о й л;

'я -а

со П)

—

- V: 5

—

п>

_ т;

о 9>

о- •<

ч я

да да

X

5 от

I

00

■х я

О

о

Количество отскочивших щебенок. ед

в

о о н

о ь о ь:

Е

0

1

СЛ

4а-о

□

СТ1 X

1=1

Количество отскочивших щебенок, ед

О ГО 4^. О ОО О

т;

> о 'го >

-а

ох п

сх к

'

В подсистеме «Покрытие-щебень» рассматривались изменения шероховатости слоя ШПО, обусловленные вдавливанием (втапливанием) щебня слоя износа в асфальтобетонное покрытие под воздействием тяжелой колесной нагрузки транспортных средств Скорость втапливания щеб-- ня из слоя ШПО в покрытие в основном зависит от твердости асфальтобетона, которая в основном определяется его структурой и вязко-пластическими свойствами С целью установления влияния различных модификаторов на твердость асфальтобетона были исследованы плотные модифицированные и традиционные асфальтобетоны типа «Б» Для повышения внутреннего трения в материале при проектировании состава минеральной части асфальтобетонной смеси были использованы гранитный щебень кубовидной формы и искусственный песок из отсева дробления гранита Оптимальное содержание обычного или модифицированного битума в каждом составе асфальтобетонной смеси определялось экспериментальным методом В качестве модификатора битума были использованы синтетические каучуки общего назначения типов СКД, СКС-30 АРКПН, СКС-30 АРК, СКС-30 АРКМ-27 и СКС-30 АРКМ-15 и термоэластопласт ДСТ 30-01

Наименее твердым является образец асфальтобетона типа «Б», приготовленным на традиционном вязком дорожном битуме марки БНД 60/90 Модифицированный асфальтобетон даже при минимальном содержании полимера в вяжущем обладает большей твердостью по сравнению с традиционным асфальтобетоном При сравнении результатов оценки твердости асфальтобетонов, модифицированных синтетическими каучуками общего назначения типов СКД, СКС-30 АРКПН, СКС-30 АРКМ-27, СКС-30 АРКМ-15 с содержанием полимера в вяжущем в пределах 2,0 - 3,0 % по массе, можно отметить, что максимальная твердость асфальтобетона практически во всех случаях установлена при содержании модификатора в вяжущем в количестве 2,5 % в пересчете на сухое вещество

Оценивая влияние различных типов каучуков на твердость асфальтобетона при различных температурах было отмечено, что наибольший положительный эффект оказывают каучуки типов СКС-30 АРКМ-15 и СКС-30 АРК при температурах 20 - 50 °С, и соответственно, наименьший эффект установлен при применении дивиниловых каучуков типа СКД В целом, при применении в качестве модификаторов битумов синтетических каучуков общего назначения, показатель твердости асфальтобетона увеличивается в 1,2-1,5 раза Результаты оценке твердости модифицированных и традиционных асфальтобетонов вышеуказанного состава на примере синтетических каучуков приведены на рисунке 5

Таким образом были получены экспериментальные ряды в рассматриваемых подсистемах, что позволяет построить и обучить нейронную сеть, которая будет предсказывать выходные параметры в виде числа отскочивших щебенок или твердости не только для значений параметров, которые фиксировались в экспериментах, но и для других значений параметров, которые непосредственно в данных экспериментах не задавались, а

О <Г> .О

° Л Р г^

о о

о

Ш20 °С

Н30°С

0 50 °С

Наименование модификатора и его процентное содержание в вяжущем

Рисунок 5 - Зависимость твердости модифицированного асфальтобетона типа «Б» от количества модификатора в вяжущем и температуры испытания.

я

X и ■о к

Щ

я о я го -о 3

= р

я

в

о »

н

а я

X

X

я -о

На долговечность слоя ШПО в подсистемах «Вяжущее-щебень» и «Щебень-покрытие» определяющее влияние имеют целый ряд факторов температура, вид модификатора и его содержание в вяжущем, расход вяжущего в слое ШПО, тип асфальтобетона, т е, прогноз долговечности слоя ШЛО с применением битума, модифицированного различными добавками,

является

сложной многовариантнои задачей Поэтому была разработана методика, позволяющая на основе некоторого экспериментального ряда выбрать оптимальное количественное значение влияющих факторов, при которых прогноз долговечности слоя ШПО был бы наиболее благоприятный (рисунок 6) Смоделированные поверхности отклика, описывающие удерживающую способность вяжущего в подсистеме «Вяжущее-щебень» (испытания по методу «Виалита»), приведены на рисунке 7

На графиках экспериментально-статистических систем параметры Х(Уаг(1)), ¥(Уаг(])) - это входы, а в качестве Уаг(г), Уаг(/) используются параметры ¥аг(1) -это расход вяжущего л/м кв, Уаг(2) - температура испытания, °С, Уаг(З) - среднее значение фракции щебня, мм, Уаг(4) — процентное содержание модификатора в вяжущем, % В случаях, когда Уаг(4) не участвует в построении поверхности — сформированная нейронная сетевая модель не нуждается в этом входе (входной переменной), т е параметр Уаг(4) не оказывает значительного влияния на поведение модели

Рисунок 6 - Блок-схема последовательности этапов оценки работоспособности ШПО дорожных покрытий с оптимизацией вида вяжущего, его расхода и фракции щебня

ÄAjk

у у>

0,4

X(Varl) „

' Y(Var2)

О -10

I

■

50

7 У(УагЗ) 18

/

г jt.y-y

V-/

-

У(УагЗ)

. , ■ у -

о ^^^яииидиииииу

3 3 XflWJ

X(Varl)

У(УагЗ)

X(Varl)

1 2 У(УаЫ)

50 2 У(Гаг4

Рисунок 7 - Экспериментально-статистические модели для вяжущего на основе СКС-30 АРКМ-15 для Varl, Var2, Var3, Var4 в подсистеме «Вяжу-щее-щебень»

■Ж

X(Var!)

У(УигЗ)

W

V

1,36 0,4

X(Varl)

0.6

Y(Vur2)

50

4 -10

У ;

ХИ'иг2)

18

У( I агЗ)

50 7

Рисунок 8 - Экспериментально-статистические модели для исходного вяжущего БНД 60/90 Уаг2, \'агЗ в подсистеме «Щебень - покрытие»

Установлено, что максимальное количество отскочивших ще-бенок соответствует наибольшей средней крупности применяемого щебня при расходе вяжущего и в зоне температуры 50 °С. Для модификаторов типа СЬСС-30 АРКМ-15, СКС-30 АРК наилучшая сохранность соответствовала составам при содержании каучука в количестве 2,0 % по массе, соответственно, для СКС 30 АРКПН - 2,5 % , а для каучуков СКД и СКС-30 АРКМ-27 содержание каучука незначительно повлияло на количество отскочивших щебенок, но, исходя из необходимости введения минимально необходимого количества дорогого полимера в вяжущее, при котором происходит изменение его структуры, следует считать оптимальным содержание добавки в количестве 2,0 % по массе.

Поверхности отклика в подсистеме «Щебень-покрытие», описывающие твердость асфальтобетона типа Б на основе различных модификаторов приведены на рисунках 8 - 10. В приведенных графиках параметры Х( Var(i)), Y(Var(j)) - это входы, а в качестве Var(i), Var(j) используются параметры: Var(l) процентное содержание модификатора в вяжущей части асфальтобетона, I аг(2) -температура испытания, Var(3) -число ударов груза. Наихудшая сохранность слоя ШПО из условия втапливания в покрытие в подсистеме «Щебень-покрытие» наблюдается при температуре 50 °С при максимальных нагрузках. Наибольшая твердость, обеспечивающая требуемую долговечность

4Г

■А

X(Varl)

10

У (Varl)

У О аг.у

30 Х(УагЗ)

XfVqrlJ

20

y/Vur2)

10 50

X(Var2) 20 ,

У (Varl)

SRv

12

20

X(\ 'arl)

'¿¡¿¡Шаг

У(УагЗ)

50 10

Рисунок 9 - Экспериментально-статистические модели твердости асфальтобетона типа «Б» на основе СКС-30 АРКМ-15 для параметров Varl, Var2, УагЗ

Х(Уиг2)

20 ,0 У (Уш-З) Ю

Рисунок 10 - Экспериментально-статистические модели твердости асфальтобетона типа «Б» на основе СКС-30 АРКПН для параметров Уаг1, Уаг2, Уаг 3

слоя исходя из условия минимального втапливания в подсистеме «Щебень-покрытие», наблюдается при содержании каучука в вяжущем в количестве 2,5 % по массе

В четвертой главе проведена экспериментальная оценка долговечности шероховатых поверхностных обработок. Исследовано изменение твердости асфальтобетона на основе различных модификаторов в процессе эксплуатации в дорожном покрытии

Для оценки изменения твердости традиционного и модифицированного асфальтобетона в процессе эксплуатации в дорожном покрытии была использована нестандартная методика старения асфальтобетона На первом этапе осуществлялось имитирование термоокислительного воздействия в технологическом цикле приготовления смеси, а на втором этапе моделировалось старение асфальтобетона при его эксплуатации в летнее время в покрытии На третьем этапе производили деструкцию материала (100 циклов замораживания - оттаивания). Полученные результаты оценки твердости асфальтобетона при его эксплуатации в дорожном покрытии позволяют утверждать, что у традиционного асфальтобетона на битумах марки БНД значительно снижается твердость (и тем самым увеличивается вероятность втапливания щебня из слоя ШПО) Так, в результате анализа изменения показателя твердости традиционного асфальтобетона было отмечено, что после одного условного года эксплуатации его снижение при температуре 20 °С составило почти 20 %

Было отмечено, что на величину твердости модифицированного асфальтобетона при его эксплуатации в дорожном покрытии наиболее значительно влияет тип применяемого каучука и менее значительно — количественное содержание полимера в вяжущем Наибольший положительный эффект на сохранность показателя твердости асфальтобетона наблюдается при применении в вяжущем 2,5 % синтетического каучука типа СКС-30 АРКМ-27 или СКС-30 АРК Менее эффективно оказалось применение каучука типа СКД Из условия сохранения первоначальной твердости асфальтобетона для всех рассмотренных модификаторов оптимальным является их содержание в вяжущем в количестве 2,5 %

Для повышения достоверности положительной оценки применения модифицированного битума взамен традиционного при устройстве слоев ШПО необходимо проведение исследования, условия испытания в котором наиболее приближены к реальным Был изготовлен образец асфальтобетонного покрытия в специальной форме размером 20x20 см из асфальтобетонной смеси типа «Б» на традиционном и, соответственно, модифицированном битуме На следующий день после формовки на поверхность образца распределяли горячее вяжущее (на образце из традиционного асфальтобетона битум БНД 60/90, соответственно на модифицированном асфальтобетоне - битумно-каучуковое вяжущее) и укладывали щебень, который прикатывали ручным катком Через определенный промежуток времени, после остывания и формирования слоя ШПО, через специальное устройство на образец прикладывали нагрузку 0,6 МПа, которую

«.00 7.<1(1 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 I 00 О .<10

Э-ЗО Ч' I И 30 °С

• а 20 ч:

3 4 5

Время втапливания, час

I 4.00 12.00 I о.оо 8.00 о.оо 4.00 2.00 0.00

1 2 3 4 5 6 12

Время втапливания, час

а зо "с:, и зо °с и 20 ч/

I с оо 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00

3 4 5 6 12

Время втапливания, час

6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

3 4 5 6 1

Время втапливания, час

¡в 50 4: | ЕЗ 30 "С

: а 20 °с

В 50 "С

ы за °с

И 20 ч

Рисунок 11 - Зависимость сохранности слоя ШПО на основе традиционного и модифицированного битума и асфальтобетона от температуры испытания, времени действия нагрузки и размера применяемого щебня: а) фр. 7-10 мм и асфальтобетон типа «Б» на основе СКС-30 АРКМ-15; б) фр. 7-10 мм и традиционный асфальтобетона типа «Б»; в) фр. 12-15 мм и асфальтобетон типа «Б» на основе СКС-30 АРКМ-15; г) фр. 12-15 мм и традиционный асфальтобетон типа «Б».

выдерживали в течение 12 часов Через каждый час с помощью индикатора часового типа определяли глубину втапливания щебня в покрытие (результаты представлены на рисунке 11)

Установлено, что интенсивность втапливания щебня любой фракции из слоя ШПО в покрытие сильно зависит от его температуры Так, при увеличении температуры на 10 °С (с 20 °С до 30 °С) за рассмотренный интервал времени глубина погружения увеличилась в примерно в 4 раза, а при увеличении температуры на 30 °С (с 20 °С до 50 °С) в 6-7 раз в зависимости от фракции применяемого щебня Более интенсивно процесс втапливания наблюдался при использовании мелких фракций щебня 7-10 мм С применением более крупной фракции 12-15 мм глубина втапливания была меньше примерно на 10 % за рассматриваемый промежуток времени При использовании модифицированного битума и асфальтобетона интенсивность процессов втапливания в области повышенных температур 30 -50 °С снизилась практически в 2 раза, что доказывает ранее выдвинутое предположение о том, что применение модифицированных битумов позволит значительно повысить долговечность слоев ШЛО.

Эффективность применения модифицированного битума несколько снижается при низких температурах Таким образом, применение асфальтобетона на основе модифицированного битума для повышения долговечности слоев ШПО наиболее эффективно в III и IV дорожно-климатический зоне, где наблюдается наибольший теплый период года

Проведена оценка экономической эффективности применения улучшенных и модифицированных битумов для повышений срока службы поверхностных обработок Критерием оценки принята величина денежных расходов, затрачиваемых на устройство шероховатой поверхностной обработки, а также средств на содержание участка дороги, требуемых за весь срок ее службы

Рисунок 12 - Срок службы поверхностной обработки дорожных покрытий при различных вариантах ее устройства в зависимости от применяемого вяжущего

Горизонт расчета

В качестве такого временного интервала принят срок службы, получаемый при применении модифицированных битумов, который составляет период до 5 лет Расчет экономического эффекта от внедрения модифицированных битумов подтвердил высокую эффективность применения модифицирующих добавок для повышения долговечности шероховатых поверхностных обработок дорожных покрытий Показано, что за счет применения модифицированных битумов при устройстве ШПО асфальтобетонных покрытий можно достичь экономии в размере 47,145 тысяч рублей в текущих ценах 2007 года на один приведенный километр автомобильной дороги

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа причин недолговечности слоев шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий, а так же исследования влияния модифицированных битумов на сохранность слоя выявлено, что наиболее эффективно применение в качестве модификатора стирольного синтетического каучука типа СКС-30 АРКМ-15 или СКС-30 АРКМ-27

2 Для изучения втапливаемости щебня в асфальтобетонное дорожное покрытие из асфальтобетонной смеси на основе традиционных и модифицированных битумов предложена оригинальная металлическая форма, преимуществом которой является возможность моделирования натурных условий асфальтобетонного пространства, что адекватно соотносится с реальными условиями втапливания щебня в асфальтобетонное покрытие автомобильной дороги

3 На основе метода нейронных сетей разработаны математические модели, адекватно описывающие сохранность слоя шероховатой поверхностной обработки дорожного покрытия, а так же характеризующие твердость различных типов асфальтобетонных покрытий в зависимости от вида применяемого модификатора Достоинством применяемого метода нейронных сетей является его наглядность и достоверность.

4 На основе полученных математических моделей была разработана методика определения расхода вяжущего для устройства поверхностной обработки дорожного покрытия, а так же вид и количество модификатора вяжущего

5 Для наиболее распространенных асфальтобетонных покрытий определены нижние границы расходов вяжущего, фракции применяемого щебня, вида и количества модификатора в вяжущем для устройства шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий

6 Натурными испытаниями в реальных дорожных условиях на автомобильной дороге «Москва - Харьков» (км 56+800 - км 84+100) подтверждена адекватность разработанных математических моделей и методики определения параметров шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий Применение разработанной методики позволило увеличить среднюю скорость движения транспортного потока на рассматриваемом участке и снизить количество дорожно-транспортных происшествий

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 «Программа автоматизированной обработки данных передвижной лаборатории, диагностирующей автомобильные дороги «Research_Lab_Engine» Имеет государственную регистрацию разработки в «Национальном информационном фонде неопубликованных документов» разработки, предъявленной в отраслевой фонд алгоритмов и программ. Номер государственной регистрации- 50200600496 от 14 апреля 2006 г (Извещение № 454-И от 20 04 2006 г )

2. Тюков Е Б. Исследование сохранности слоев шероховатых поверхностных обработок на основе модифицированных и улучшенных битумов/ Ю.И. Калгин, Е Б Тюков, «Дороги и мосты» - 2006 - № 8. - С. 33-36. (Лично автором выполнено 2с)

3 Тюков Е.Б. Исследование твердости асфальтобетона на основе обычных и модифицированных битумов с целью повышения долговечности шероховатых поверхностных обработок / Ю И. Калгин, Е.Б Тюков // Актуальные вопросы строительства Материалы Всерос науч -техн. коиф - Саранск Изд-во Мордой ун-та. - 2005 -С 200-205 (Лично автором выполнено 2 с.)

4 Тюков Е Б Исследование долговечности слоев шероховатой поверхностной обработки на основе полимерно-битумного вяжущего с добавкой ПАВ «Мобит» / Е.Б Тюков, Ю И. Калгин, В В Говоров // Научный вестник ВГАСУ Серия дорожно-транспортное строительство - Воронеж, 2005 -Вып 4 - С.156-160 (Лично автором выполнено 2с)

5. TyukovEB Foundation of pedagogic informatics // The magazine Computing teachmg programs and innovation - 2006, №5, http //www.informatica.ru/text/magaz/innovat/eng/n3eng 2006.htm

6 Тюков E Б Исследование долговечности шероховатых поверхностных обработок / Е Б Тюков, Ю И Калгин // «Строительство-2007»: Материалы международной научно-практической конференции Ростов н/Д-Рост гос. строит у-нт, 2007, с 33-35

Подписано в печать 14 01 2008 Формат 60x84 Уч изд. 1,0 л Усл-печ 1,0 л Бумага писчая Тираж 100 экз Заказ №20

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006, Воронеж, ул XX-лет Октября, 84

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 ШЛО с применением битумно-полимерных вяжущих.

1.3. Выводы по главе 1.

2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1.Материалы, применяемые при проведении исследовании.

2.2. Методы исследований, характеристика применяемого оборудования и приборов.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ШЕРОХОВАТЫХ

ПОВЕРХНОСТНЫХ ОБРАБОТОК ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ

МОДИФИЦИРОВАННЫХ 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 ШЛО на основе модифицированных битумов на асфальтобетонных покрытиях различной твердости.

3.4. Выводы по главе 3.

4. ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

УСТРОЙСТВА ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ

АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ

МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИТУМОВ.

4.1. Экспериментальная оценка долговечности шероховатых поверхностных обработок на основе модифицированных битмов.

4.2. Оценка экономической эффективности применения модифицированных битумов для повышения срока службы поверхностных обработок.

4.3.Выводы по главе 4.

Срок службы и транспортно-эксплуатационное состояние дорожных покрытий в значительной степени зависят от 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 её 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 втаплива-ния щебня в асфальтобетонное покрытие. Как следствие, срок службы поверхностных обработок нередко составляет всего 1-2 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 транспортно-эксплуатационного состояния дорожных покрытий.

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 ШЛО, 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 ШЛО за счет применения модифицированных битумов, современными требованиями по улучшению эксплуатационных свойств и увеличению межремонтных сроков дорожных покрытий, необходимостью экономного расходования материально-технических ресурсов.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является научно обоснованное повышение долговечности слоев шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий автомобильных дорог путем применения битумно-полимерных 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 по 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 обработки-дорожных 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 народно-хозяйственное 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 2016 года», разработанный по распоряжению Администрации Воронежской области № 2087-р от 12.12.2005 г.

В 2007 году при проведении работ в Чеховском районе Московской области на автомобильной дороге «Москва - Харьков», на участке км 56+800 - км 84+100, 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 270205 «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 устройст- ч ва шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы представлены на: научно-практических конференциях ВГАСУ (Воронеж, 2004-2007 гг.), международных научно-технических конференциях «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, Мордов. ун-т, 2005-2006 гг.), «Строительство - 2007» в Ростовском государственном строительном университете, а также на заседаниях кафедры строительства автодорог ВГАСУ (2004-2007 гг.)

Публикации: по теме диссертации опубликовано 6 научных работ общим объемом 16 страниц, из них лично автору принадлежит 12 страниц, в том числе «Программа автоматизированной обработки данных передвижной лаборатории, диагностирующей автомобильные дороги «ResearchLabEngine»> имеет государственную регистрацию разработки в «Национальном информационном фонде неопубликованных документов», предъявленную в отраслевой фонд алгоритмов и программ. Номер государственной регистрации: 50200600496 от 14 апреля 2006 г. (извещение № 454-И от 20.04.2006 г.)

Статья «Исследование сохранности слоев шероховатых поверхностных обработок на основе модифицированных и улучшенных битумов» опубликована в журнале «Дороги и мосты». — №8. — 2006. - С. 33-36 (Лично автором выполнено 2 е.).

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, приложений и изложена на 158 страницах, в т.ч. 114 страниц машинописного текста, 58 рисунков, 23 таблицы, список литературы включает 115 наименований, 2 приложения.

4.3. Выводы по главе 4

1. Проведена оценка изменения твердости традиционного и модифицированного асфальтобетона при его эксплуатации в дорожном покрытии. Показано, что у традиционного асфальтобетона на битумах марки БНД после одного условного года эксплуатации снижение твердости составило 20 %, и тем самым увеличивается вероятность втапливания щебня из слоя ШПО.

2. Установлено, что применение в качестве модификаторов синтетических каучуков в значительной мере повлияло на сохранение первоначального показателя твердости асфальтобетона. Отмечено, что на величину твердости модифицированного асфальтобетона при его эксплуатации наиболее значительно влияет тип применяемого каучука и менее значительно количественное содержание полимера в вяжущем.

3. Выявлено, что наибольший положительный эффект на сохранность показателя твердости асфальтобетона наблюдается при применении в количестве 2,5 % вяжущем в качестве модификатора синтетических каучуков типов СКС-30 АРКМ-15, соответственно менее эффективно применение каучука типа СКД. Показано, что для всех рассмотренных модификаторов оптимальным из условия сохранения первоначальной твердости асфальтобетона является содержание каучука в вяжущем в количестве 2,5 %.

4. Проведено экспериментальное моделирование снижения макрошероховатости ШПО за счет втапливания щебня в традиционное или модифицированное асфальтобетонное покрытие. Установлено, что наиболее интенсивно втапливание щебня наблюдается на покрытии из традиционного асфальтобетона. Показано, что при использовании модифицированного битума и асфальтобетона интенсивность процессов втапливания в области повышенных температур 30-50 °С снижается в 2 раза.

5. Установлено, что интенсивность втапливания щебня любой фракции из слоя ШПО в покрытие при увеличении температуры с 20 до 30 °С возрастает в примерно в 4 раза, а при увеличении температуры с 20 до 50 °С в 6-7 раз в зависимости от фракции применяемого щебня. Показано также, что более интенсивный процесс втапливания наблюдается при использовании мелких фракций 7-10 мм, а на более крупной фракции 12-15 мм глубина втапливания меньше на 10 %.

6. Определена технико-экономическая эффективность применения модифицированного битума при устройстве слоев ШПО. Установлено, что за счет использования битумно-полимерных вяжущих можно получить экономический эффект в размере до 47,145 тыс. р. на 1 приведенный ило-метр автомобильной дороги.

1. На основе анализа причин недолговечности слоев шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий, а также исследования влияния модифицированных битумов на сохранность слоя выявлено, что наиболее эффективно применение в качестве модификатора стирольного синтетического каучука типа СКС-30 АРКМ-15 и СКС-30 АРКМ-27.

2. Для изучения втапливаемости щебня в асфальтобетонное дорожное покрытие из асфальтобетонной смеси на основе традиционных и модифицированных битумов предложена оригинальная металлическая форма, преимуществом которой является возможность моделирования натурных условий асфальтобетонного пространства, что адекватно соотносится с реальными условиями втапливания щебня в асфальтобетонное покрытие автомобильной дороги.

3. На основе метода нейронных сетей разработаны математические модели, адекватно описывающие сохранность слоя шероховатой поверхностной обработки дорожного покрытия, а также характеризующие твердость различных типов асфальтобетонных покрытий в зависимости от вида применяемого модификатора. Достоинством применяемого метода нейронных сетей является его наглядность и достоверность.

4. На основе полученных математических моделей была разработана методика определения расхода вяжущего для устройства поверхностной обработки дорожного покрытия, а также вид и количество модификатора вяжущего.

5. Для наиболее распространенных асфальтобетонных покрытий определены нижние границы расходов вяжущего, фракции применяемого щебня, вида и количества модификатора в вяжущем для устройства шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий.

6. Натурными испытаниями в реальных дорожных условиях на автомобильной дороге «Москва - Харьков», км 56+800 - км 84+100, подтверждена адекватность разработанных математических моделей и методики определения параметров шероховатой поверхностной обработки дорожных покрытий. Использование модифицированных битумов, характеристики которых обоснованы предложенной методикой, позволило увеличить среднюю скорость движения транспортного потока на рассматриваемом участке и снизить количество дорожно-транспортных происшествий.

7. Применение предложенных модификаторов битумов для устройства поверхностной обработки дорожных покрытий позволяет повысить долговечность слоев поверхностной обработки дорожных покрытий в 1,5 — 2 раза, а следовательно, снизить материальные и денежные затраты на эксплуатацию дорожных покрытий автомобильных дорог.

1. Астров В.А. Исследование сцепления пневматической шины с шероховатым дорожным покрытием в процессе его эксплуатации: Автореф. дис. на . к. т. н. М., 1965.-20 с.

2. Астров В.А. Разработка требований к шероховатости дорожных покрытий и средств контроля шероховатости// Труды Союздорнии, вып. 22, Балашиха, Московской обл., 1970, с. 88 135.

3. Ахметова Р. С. Дорожные битумы нефтеперерабатывающих заводов СССР и современные требования, предъявляемые к их качеству / Р. С. Ахметова,

4. B. В. Фрязинов, Л. Р. Торбеева // Труды БашНИИ. 1968. - Вып. 8.1. C. 159-167.

5. Бабков В.Ф. Принципы обеспечения безопасности движения по дорогам// Обеспечение безопасности движения на автомобильных дорогах: Труды МАДИ, выпуск 28, М, 1969.

6. Березников А. В. Влияние условий окисления на состав и свойства окисленных битумов / А. В. Березников: Автореф. дис. на . к. т. н. -Л., 1975.-20 с.

7. Бируля А. К. Работоспособность дорожных одежд / А. К. Бируля, С. И. Михович. — М.: Транспорт, 1968. 172 с.

8. Битумные материалы / под ред. А. Дж. Хойберга; пер. с англ. М.: Химия, 1974.-248 с.

9. Богуславский А. М. Зависимость реологических свойств асфальтобетона от его состава и структуры / А. М. Богуславский, И. А. Сархан, Л. Г. Ефремов // Автомобильные дороги. 1977. - № 8. - С. 22-24.

10. Богуславский А. М. Основы реологии асфальтобетона / А. М. Богуславский, Л. А. Богуславский. М. : Высш. шк., 1972. - 200 с.

11. Богуславский А. М. Прогнозирование сдвиго- и трещиностойкости асфальтобетонных аэродромных покрытий / А. М. Богуславский // Строительство аэродромов : Тр. МАДИ. М., 1974. - Вып. 57. - С. 49-58.

12. И. Бодан А. Н. Влияние температуры окисления на состав и свойства битумов / А. Н. Бодан, О. М. Кулик, В. И. Храпко // Структурообразование, методы испытаний и улучшения технологии получения битумов: Тр. СоюздорНИИ. М, 1971. -Вып. 49. -С. 141-150.

13. Бодан А. Н. Влияние химического состава на структуру битумов / А.Н. Бодан и др. // Повышение качества дорожных битумов: Тр. СоюздорНИИ. М., 1975. - Вып. 80. - С. 75-79.

14. Бодан А. Н. Роль температуры в процессе получения окисленных битумов / А. Н. Бодан // Исследование свойств битумов, применяемых в дорожном строительстве: Тр. СоюздорНИИ. М., 1970. - Вып. 46. - С. 48-54.

15. Васильев А., Шамбар П. Поверхностная обработка с синхронным распределением материалов. М.: Трансдорнаука, 1999, 80 с.

16. Васильев А. П. Теоретические проблемы и практические задачи обеспечения безопасности движения на автомобильных доро-гах//Организация и безопасность движения. Труды Гипродорнии: вып. 5., МД973, с. 3-16.

17. Виноградов М. В. Термохимическое и кинетическое исследование процесса окисления битума / М. В. Виноградов: автореф. дис. на . к. т. н. — Л., 1971.-20 с.

18. Выбор модели прогнозирования срока службы поверхностной обработки автомобильных дорог / Пушкина Н.Б.; Кемер. гос. ун-т. — Кемерово, 2000. -15 с.

19. Гезенцвей JI. Б. Асфальтовый бетон из активированных минеральных материалов / JI. Б. Гезенцвей. М. : Стройиздат, 1971. — 225 с.

20. Гезенцвей JI. Б. Дорожный асфальтобетон / JI. Б. Гезенцвей, Н. В. Горелышев, А. М. Богуславский. М. : Транспорт, 1985. - 350 с.

21. Гордеев С. О. Деформации и повреждения дорожных асфальтобетонных покрытий / С. О. Гордеев. М., 1963. - 132 с.

22. Горелышев Н. В. Асфальтобетон и другие битумоминеральные материалы /Горелышев Н. В. М.; Можайск : Терра, 1995. - 176 с.

23. Горелышев Н. В. Принципы образования асфальтобетона / Н. В. Горелышев // Тр. СоюздорНИИ. М., 1966. - Вып. 7. - 117 с.

24. Гохман JI. М. Битумно-полимерное вяжущее с применением дивинил-стирольных термоэластопластов / JI. М. Гохман // Тр. СоюздорНИИ. М., 1971.-Вып. 50.

25. Гохман JI. М. Полимерно-битумные вяжущие материалы на основе СБС для дорожного строительства / JI. М. Гохман и др.: Информационный сборник. М.: Информавтодор, 2002. - Вып. 4. - 112 с.

26. Гохман JI. М. Структура полимерно-битумных композиций на основе ДСТ в зависимости от типа дисперсных структур битумов / JI. М. Гохман // Тр. СоюздорНИИ. М., 1975. - Вып. 80. - С.

27. Грудников И. Б. Производство нефтяных битумов / И. Б. Грудников. — М. : Химия, 1983.- 192 с.

28. Гун Р. Б. Нефтяные битумы / Р. Б. Гун. М. : Химия, 1973. - 286 с.

29. Гун Р. Б. Производство нефтяных битумов / Р. Б. Гун, И. JI. Гуревич. -М.1. РосИНТИ, I960. -311 с.

30. Догадкин Б. А. Химия эластомеров / Б. А. Догадкин. М.: Химия, 1972. -391 с.

31. Дорожный асфальтобетон / под ред. JI. Б. Гезенцвея. М.: Транспорт, 1976.-336 с.

32. Зайцевский И.В., Свиридов А.П., Слесарев Д.А. Нейронные сети и их приложения / М., МЭИ, 2002. -95с.

33. Золотарев В. А. Долговечность дорожных асфальтобетонов / В. А. Золотарев. Харьков : Высш. шк., 1977. - 155 с.

34. Илиополов С. К. Органические вяжущие для дорожного строительства: учеб. пособие для вузов / С. К. Илиополов и др.. М. : Изд-во Юг, 2003. -428 с.'

35. Сухоруков Ю.М., Куперман А.А К вопросу методики оценки поли-руемости каменных материалов в асфальтобетоне// Вопросы повышения качества поверхности дорожных и аэродромных покрытий» Труды Союздорнии. Москва. 1983. с. 73-77.

36. Калгин Ю. И. Дорожные битумоминеральные материалы на основе модифицированных битумов / Ю.И. Калгин. Воронеж: Изд-во Воронеж, гос. ун-та, 2006. - 272 с.

37. Калгин Ю. И. Как продлить дорожный век / Ю. И. Калгин, В. В. Чересельский // Автомобильные дороги. 2003. - № 1. - С. 86-87.

38. РФ и ФГУП Воронежский НИЦ РосдорНИИ). Воронеж, 2001.- 150 с.

39. Калгин Ю. И. Технико-экономические аспекты повышения межремонтных сроков дорожных одежд / Ю. И. Калгин // Научный вестник ВГАСУ. Серия: «Дорожно-транспортное строительство». Воронеж, 2003. - Вып. 1. -С. 47-51.

40. Калгин Ю. И. Улучшение свойств асфальтобетонных смесей добавками синтетических каучуков / Ю. И. Калгин, Н. И. Свиридова // Материалы науч.-практ. конф. «Дороги Башкирии 2003». - Уфа: Изд-во ГУП ИНХП, 2003.-С. 54-58.

41. Калгин Ю. И. Экономическая целесообразность применения модифицированных битумов при устройстве верхних слоев асфальтобетонных покрытий / Ю. И. Калгин // Дороги России XXI века. № 3. - 2002. - С. 6971.

42. Кирпичников Г. А. Химия и технология синтетического каучука / Г. А. Кирпичников и др.. Л.: Химия, 1970. - 528 с.

43. Кирюхин Г. Н. Повышение сдвигоустойчивости асфальтобетона с добавками полимеров / Г. Н. Кирюхин, В. М. Юмашев // Автомобильные дороги. 1992. -№ 7-8. - С. 18-22.

44. Колбановская А. С. Дорожные битумы / А. С. Колбановская, В. В. Михайлов. М.: Транспорт, 1973. - 246 с.

45. Колбановская А. С. Полимерно-битумное вяжущее на основе дивинил-стирольных термоэластопластов для асфальтового бетона / А. С. Колбановская, Л. М. Гохман, К. И. Давыдова // Труды координационных совещаний по гидротехнике. Л.: Энергия, 1972. - Вып. 74.

46. Колбановская А. С. Регулирование процессов структурообразования нефтяных битумов добавками дивинил-стирольного термоэластопласта /

47. А.С. Колбановская, Л. М. Гохман, К. И. Давыдова // Коллоидный журн. -Т. 34, №4.- 1972.-С. 6-17.

48. Колбановская А. С. Структурообразование дорожных битумов / А. С. Колбановская, А. Р. Давыдова, О. Ю. Сабсай // Физико-химическая механика дисперсных структур. М.: Наука, 1966. - С. 103-113.

49. Королев И. В. Дорожный теплый асфальтобетон / И. В. Королев. Киев: Высш. шк., 1975. - 155 с.

50. Королев И. В. Модель старения битумной пленки на минеральных зернах в асфальтобетоне / И. В. Королев // Известия вузов. Строительство и архитектура № 8. - 1981. - С. 63-67.

51. Кретов В. А. Проблемы повышения качества дорожных битумов: экономические и технические аспекты / В. А. Кретов, А. В. Руденский // Дороги России 21 века. № 3. - 2002. - С. 62-65.

52. Кретов В. А. Эффективный путь повышения срока службы дорожных одежд / В. А. Кретов, В. П. Лаврухин // Наука и техника в дорожной отрасли №3. 1999. - с. 16-19.

53. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. М.: Горячая линия Телеком, 2001. -382с.

54. Кузнецов Ю. Во всем диапазоне скоростей. Юридические и технические аспекты проблемы зимней скользкости дорожных покрытий и пути их решения// Дороги России XXI века. М., с. 54-57.

55. Лаврухин В. П. Свойства асфальтобетонов на модифицированных битумах / В. П. Лаврухин, Ю. И. Калгин // Наука и техника в дорожной отрасли. -№ 1.-2002.-С. 14-18.

56. Лаврухин В. П. Усталостная долговечность асфальтобетонов на модифицированных битумах / В. П. Лаврухин, Ю. И. Калгин, В. Т. Ерофеев //Вестник Мордов. ун-та.-№ 3-4. 2001. - С. 128-135.

57. Ладыгин Б. И. Прочность и долговечность асфальтобетона / Б. И. Ладыгин и др.. Минск : Наука и техника. - 1972. - 285 с.

58. Леоненко В. В. Некоторые аспекты модификации битумов полимерными материалами / В. В. Леоненко, Г. А. Сафонов // Химия и технология топ лив и масел,- № 5. 2001. - С. 43-45.

59. Лукашук Р.Ф. Скользкость дорожных покрытий и безопасность движения. Обеспечение безопасности движения на автомобильных дорогах. Труды МАДИ, выпуск 28, М 1969.

60. Лысихина А. И. Дорожные покрытия и основания с применением битумов и дегтеи. М.: Автотрансиздат., 1962. 360 с.

61. Медведев B.C., Потемкин В.Г. Нейронные сети. Матлаб 6: М.: Диалог МИФИ, 2002. 496с.

62. Нейронные сети. STSTISTICA Neural Networks. М.: Горячая линия -Телеком, 2001.-182 с.

63. Гезенцвей Л.Б. // Некоторые вопросы повышения качества асфальтобетонных покрытий. Материалы V Всесоюзного научно-технического совещания по основным проблемам технического прогресса в дорожном строительстве. М., 1971. - сб. №4

64. Некрасов В. К. Эксплуатация автомобильных дорог / В. К. Некрасов. М.: Высш. шк., 1970.-240 с.

65. Немчинов М. В. Проектирование и строительство дорожных покрытий с шероховатой поверхностью// Вопросы повышения качества поверхности дорожных и аэродромных покрытий. Труды Союздорнии. М., 1983, с. 66-70.

66. Немчинов М. В. Проектирование и строительство дорожных покрытий с шероховатой поверхностью// Вопросы повышения качества поверхности дорожных и аэродромных покрытий. Труды Союздорнии. М., 1983, с. 6670.

67. Немчинов М.В. Устройство шероховатых слоев износа. Наука и техника в дорожной отрасли. №2, 2001 - с. 13-14

68. Немчинов М.В. О сцеплении шин с мокрыми покрытиями// Труды МАДИ. «Обеспечение безопасности движения на автомобильных дорогах» Вып. 28. Москва, 1969. с. 77-87.

69. Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля. М.: Транспорт, 1985.

70. Немчинов М.В., Марьяхин Л.Г., «Исследование некоторых факторов, влияющих на сцепные свойства дорожных покрытий» Труды ГипродорНИИ выпуск №5 «Организация и безопасность движения» М. 1973г. С. 27-33.

71. Окороков Е.М. Влияние метеорологических условий на возникновение дорожно-транспортных происшествий/ ЦБТИ Минавтотранса РСФСР, Вып. № 4, М., 1971.

72. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации. М.: Финансы и статистика, 2002. -344с.

73. Отраслевая дорожная методика. «Методические рекомендации по устройству одиночной шероховатой поверхностной обработки техникой с синхронным распределением битума и щебня». М. Информатодор. 2001 г. 65 с.

74. Першин М. Н. Сланцевые вяжущие в дорожном строительстве / М. Н. Першин и др.. М. : Транспорт, 151с.

75. Печенный Б. Г. Битумы и битумные композиции / Б. Г. Печенный. М. : Химия, 1990.-256 с.

76. Подлих Э.Г. Сцепление автомобильной шины с дорожным покрытием// Исследование эксплуатационно-транспортных показателей автомобильных дорог Западной Сибири. Омск. Западно-Сибирское книжное изд-во, Омское отделение. 1970. с. 45-51.

77. Подольский Вл. П. Определение экономической эффективности дорожно-ремонтных работ / Вл. П. Подольский, Ю. И. Калгин // Вестник отделения строительных наук. М., 2004. - С. 312-318.

78. Порожняков B.C., Кузнецов Ю.В. Состояние покрытия автомобильных дорог и безопасность движения. Обеспечение безопасности движения на автомобильных дорогах. Труды МАДИ, выпуск 28, Москва 1969.

79. Применение полимерно-битумных вяжущих на основе блоксополимеров типа СБС: сб. статей. М.: Центр метрологии, испытаний и сертификации МАДИ (ТУ), 2001.- 108 с.

80. Рекомендации по выбору битумов для строительства дорожных одежд в различных климатических условиях. М.: СоюздорНИИ, 1974. - 26 с.

81. Розенталь Д. А. Изменение свойств дорожных битумов при контактировании с минеральным наполнителем / Д. А. Розенталь, А. М. Сыроежко // Химия и технология топлив и масел. № 4. — 2000. -С. 41-45.

82. Розенталь Д. А. Изучение процесса образования битумов при окислении гудронов /Д. А. Розенталь: автореф. дис. . д-ра техн. наук. Л., 1972. -35 с.

83. Руденская И. М. Нефтяные битумы, химический состав, коллоидная структура, свойства и способы производства / И. М. Руденская. — М.: Росвузиздат, 1963. 211 с.

84. Руденская И. М. Органические вяжущие для дорожного строительства / И. М. Руденская, А. В. Руденский. М. : Транспорт, 1984. - 229 с.

85. Руденская И. М. Реологические свойства битумов / И. М. Руденская, А. В. Руденский. — М. : Высш. шк., 1967. 118 с.

86. Руденская И. М. Теоретические основы совершенствования свойств нефтяных битумов для дорожного строительства / И. М. Руденская : автореф. дис. . д-ра техн. наук. — М., 1966. 34 с.

87. Руденский А. В. Анализ работы асфальтобетонных покрытий как конструкций с нестационарными характеристиками / А. В. Руденский // Тр. ГипродорНИИ. 1979. - Вып. 27. - С. 66-78.

88. Руденский А. В. Дорожные асфальтобетонные покрытия / А. В. Руденский. М.: Транспорт, 1992. - 255 с.

89. Руденский А. В. Закономерности усталостного разрушения дорожных одежд / А. В. Руденский, Б. С. Радовский, С. В. Коновалов // Тр. ГипродорНИИ. 1975.-Вып. 10.-С. 3 - 8.

90. Руденский А. В. Опыт строительства дорожных асфальтобетонных покрытий*в разных климатических условиях / А. В. Руденский. М. : Транспорт, 1983. - 64 с.

91. Руденский А. В. Повышение эффективности и качества строительства дорожных асфальтобетонных покрытий / А. В. Руденский. М.: Транспорт, 1982.-61 с.

92. Руденский А. В. Реологические свойства битумоминеральных материалов / А. В. Руденский, И. М. Руденская // М.: Высш. шк., 1971. 131 с.

93. Рыбьев И. А. Строительное материаловедение: учеб. пособие для строительных вузов. — М. : Высш. шк., 2003. — 701 с.

94. Технические указания по устройству дорожных покрытий с шероховатой , поверхностью. ВСН 38-90. М.: Транспорт, 1990. - 46 с.

95. Томпсон Д. К. Каучуковые модификаторы / Битумные материалы: Асфальты, смолы, пески / под ред. А. Дж. Хойберга. — М. : Химия, 1974. — С. 216-241.

96. Торопцева А. М. Лабораторный практикум по химии и технологии высокомолекулярных соединений / А. М. Торопцева и др.}. Л. : Химия, 1972.-416 с.

97. ТУ 2294-001-41201704-97. Растворы каучуков в сланцевом масле для дорожного строительства. Воронеж, 1997. - 11 с.

98. ТУ 5718-004-03443057-98. Битумно-каучуковые вяжущие для дорожного строительства. Воронеж, 1998. - 10 с.

99. Унгер Ф. Г. Методы исследования состава органических соединений нефти и битумов / Ф. Г. Унгер. -М.: Наука, 1985. С. 183-197.

100. Унгер Ф. Г. Фундаментальные аспекты химии нефти. Природа смол и асфальтенов / Ф. Г. Унгер, Л. Н. Андреева. Новосибирск: Наука, 1995. - 183 с.

101. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика.

102. Устройство шероховатых поверхностных обработок на покрытиях автомобильных дорог и мостовых сооружений. М., 2005. - 100 с. -(Автомоб. Дороги и мосты: Обзор, информ. / ФГУП «Информавтодор»; Вып. 3).

103. Шевяков А.П. Сравнительный анализ причин аварийности на дорогах с различным числом полос движения. Труды Гипродорни, вып. 5., «Организация и безопасность движения», Москва, 1973, с. 17 26.

104. Эфа А. К. О причинах структурного старения битума / А. К. Эфа и др. // Химия и технология топлив и масел — № 2. — 2002. — С. 38-43.

105. Юмашев В.М. Исследование шлифуемости каменных материалов для устройства прокрытий с шероховатой поверхностью. Туды Союздорнии, Вып. 41, 1970. С. 23-35.

106. Юмашев В.М. Повышение долговечности шероховатости покрытий путем подбора каменных материалов. Труды Союздорнии «Повышение транспортно-эксплуатационных качеств поверхности дорожных и аэродромных покрытий». Москва, 1982. с. 39-45.

107. Юмашев В.М., Мусатова М.П. Шлифуемость каменных материалов под действием колеса автомобиля. «Труды Союздорнии», вып. 21, Балашиха Московской обл., 1967.

108. Konsequenzen von Griffigkeitsanforderungen fur die Asphaltindustrie. Schellenberger Matthias. Asphalt (BRD). 35, №8. 2000. с 18 24.

109. Prognostizierung des Hattverhaltens von Asphalten mittels Spaltzugfestigkeitsabfall / Arand W. // Asphalt (BRD). 32, №6. - 1998 - С 18-19.

110. Воронежский государственныйархнтектурио-стрсмггелыи.Шушшсрситет394006, г. Воронеж, ул. 20-лсгпя октября, д. 841. Па Л»1. ИЗВЕЩЕНИЕо государстбеш юй регистрации и «Национальном

111. ИНФОРМАЦИОННОМ ФОНДЕ ПЕОПУВЛ ИКЧЖШНЫХ ДОКУМЕНТОВ» РАЗРАБОТКИ, ПРЕДЪЯВЛЕННОЙ В ОТРАСЛЕВОЙ ФОНД АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ:

112. Программа автоматизированной обработки данных передвижной лаборатории, диагностирующей автомобильные дороги1. ResearchLabEnginc»1. Автор: Т ю ко и Е.Б.

113. Организация-разработчик: Воронежский i осуди рствс! ш ый архитектурносгроитсльныи уиннерснтет11о.мер 1 осударе rnemmft регистрации: 50200600496

114. Дата регистрации: 14 апреля 2006 года

115. В соответствии с «Положением о порядке присуждения ученых степеней», утаержденного Пасшашжчеиием Правительства Российской Федерации от 30 ятаря

116. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

117. Начальник отдела качества управления автомобильных дорог Воронежской области1. ЛяъЛ1. УТВЕРЖДАЮ»3генерального ли рек юра ГУП МО «Дорпрш peer» f Поламлрч\ к

118. Начальник производстваiiio-iexi11!чеекого отдела / ГУП" МО<<Дорпрогреее>> I г Рычкшг

119. В Диссертационный Совет по месту защиты диссер!ации.