автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Повышение качества уплотнения асфальтобетонного покрытия городских дорог вибрационными катками

На правах рукописи

ЕРМИЛОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА УПЛОТНЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ПОКРЫТИЯ ГОРОДСКИХ ДОРОГ ВИБРАЦИОННЫМИ КАТКАМИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 з МАП 2015

Волгоград-2015

005568712

005568712

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Алексинов Сергей Васильевич

Доктор технических наук, профессор Бажанов Анатолий Павлович, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», профессор кафедры «Геотехника и дорожное строительство»;

Кандидат технических наук Боровик Виталий Витальевич, ООО «СгройГругш», инженер производственно-технического отдела (г. Волгоград).

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» (г. Ростов-на-Дону).

Защита диссертации состоится « 24 » июня 2015 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.04 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан «28» апреля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Акчурин Талгать Кадимович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Важной задачей эффективного функционирования крупнейших городов является обеспечение требуемого эксплуатационного состояния улично-дорожной сети путем своевременного и качественного ремонта асфальтобетонного покрытия.

На качество устраиваемого покрытия существенное влияние оказывает процесс уплотнения асфальтобетонных смесей. Установлено, что более 50% образования дефектов дорожного полотна (выбоины, колеи, трещины) происходит по причине недостаточного и неоднородного его уплотнения. Повышение коэффициента уплотнения асфальтобетонных смесей всего на 1% позволяет обеспечить рост плотности на сжатии при +50°С и +20°С в среднем соответственно на 9% и 13%, рост прочности на растяжение при изгибе на 8,5%, увеличение предельной деформации растяжения при изгибе на 21-22%, снижение остаточной пористости в 1,15 раза, рост сдвиговой и усталостной прочности в 1,3-1,5 раза, сокращение расхода битума до 0,5% от нормируемого расхода. Увеличение однородности уплотнения асфальтобетонного покрытия с коэффициента вариации 0,50 до 0,10 увеличивает срок службы автомобильной дороги до 9 лет, повышает надежность дорожных покрытий до 20%, снижает затраты на содержание автомобильных дорог в 2 раза.

Для уплотнения асфальтобетонных смесей используют различные дорожные катки. Наибольшее распространение в последние годы получили вибрационные катки, которые по сравнению с катками статического воздействия более производительны, а динамический режим уплотнения позволяет им более эффективно формировать прочную структуру асфальтобетона. Однако продуктивная эксплуатация виброкатков, особенно в городских условиях, значительно зависит от обоснованности выбора и назначения режимов их работы.

Таким образом, совершенствование технологии устройства городских покрытий: повышение коэффициента и однородности уплотнения асфальтобетонных смесей, модернизация методов проектирования организации и технологии уплотнения дорожных материалов и определение эффективных режимов работы виброкатков в условиях производства дорожно-ремонтных работ в городской среде является актуальньш.

Степень разработанности темы. Проблемам устройства дорожных покрытий и повышения качества уплотнения горячих асфальтобетонных смесей посвящены исследования А.З. Апарцева, В.В. Бадалова, А.П. Васильева, Н.В. Горелышева, М.Г. Горячева, A.B. Захаренко, А.Ф. Зубкова, С.Н. Иванченко, B.C. Истомина, И.С. Ищенко, Т.Н. Калашниковой, М.П. Костельова, Э.В. Котлярского, В.П. Носова, В.Г. Однолько, В.Б. Пермякова, В.П. Подольского, Д.А. Семенова, М.С. Стороженко, Н.Я. Хархуты и др. Учеными разработаны теоретические основы уплотнения горячих смесей и организации производства работ.

Обоснование параметров и выбора режимов работы дорожных катков, в т.ч. вибрационных, нашло отражение в трудах К.В. Беляева, С.А Варганова,

B.В. Дубкова, A.B. Захаренко, А.Ф. Зубкова, Е.С. Локшина, А.Г. Маслова,

C.B. Носова, В.Б. Пермякова, А.Ю. Прусова, Ю.С. Сачук, B.C. Серебренникова, H .Я. Хархугы и т.д. Исследование технологий и процессов уплотнения катками асфальтобетонных смесей проводилось в работах В.А. Бауман, Н.В. Быстрова, В.Н. Кононова, Т.Н. Сергеевой и др. Вопросы однородности уплотнения асфальтобетонных покрытий изучались Р. И. Бабицкас, A.A. Густелевым, И.В, Кияшко, С.Ю. Рокас, В.А. Семеновым, В.М. Сиденко и т.д. Тем не менее, методики формирования состава звена вибрационных катков и режимов их работы при ремонте покрытий городских дорог остаются недостаточно проработанными. Отсутствует необходимый объем статистических данных по формированию плотности смеси и однородности ее уплотнения в зависимости от параметров вибрационных катков и организационно-технических особенностей производства работ в городских условиях.

Цель работы — совершенствование организации и технологии уплотнения горячих асфальтобетонных смесей вибрационными катками при ремонте городских дорог.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Выполнить обзор состояния вопроса и оценку особенностей уплотнения асфальтобетонных смесей при строительстве и ремонте городских дорог.

2. Исследовать особенности формирования температурного поля и плотности асфальтобетонной смеси при ремонте дорожного покрытия.

3. Исследовать влияние температуры горячих асфальтобетонных смесей и режимов работы вибрационных катков на качество уплотнения дорожного покрытия.

4. Разработать методику проектирования организации и технологии комбинированного и вибрационного уплотнения асфальтобетонных смесей.

5. Разработать научно-практические рекомендации по повышению качества уплотнения асфальтобетонных покрытий городских дорог вибрационными катками.

Объект исследования — процесс уплотнения горячей асфальтобетонной смеси вибрационными катками.

Предмет исследования — изменение плотности асфальтобетонных покрытий городских дорог при укатке вибрационными катками.

Информационной базой исследования послужил анализ результатов теоретических и практических исследований ученых; данные экспериментальных исследований характеристик горячих асфальтобетонных смесей при устройстве покрытия, выполненные диссертантом; результаты математической обработки натурных исследований методами теории вероятностей и математической статистики, а также многофакторного регрессионного анализа.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— выполнено исследование плотности асфальтобетонных покрытий городских дорог в проблемных, труднодоступных местах, на участках локального (ямочного) ремонта; температурного поля и плотности асфальтобетонных смесей в процессе их укладки и уплотнения катками. Установлено влияние температуры асфальтобетонной смеси и режимов работы дорожных катков на качество уплотнения дорожного покрытия; исследовано влияние режимов работы виброкатков на однородность уплотнения асфальтобетонного покрытия;

— доказана эффективность и обоснованы режимы работы вибрационных катков при комбинированном уплотнении асфальтобетонных покрытий городских дорог;

— разработана методика проектирования организации и технологии уплотнения асфальтобетонных смесей вибрационными катками;

— разработана методика прогнозирования коэффициента вариации плотности смеси. Установлены зависимости температуры и коэффициента уплотнения смеси от режимов работы катков и климатических условий производства работ;

— разработаны научно-практические рекомендации по уплотнению асфальтобетонных покрытий городских дорог вибрационными катками.

Теоретическая и практическая значимость работы. Основанная на результатах натурных и теоретических исследований методика проектирования организации и технологии уплотнения позволяет снизить затраты на производство дорожно-ремонтных работ. Научно-практические рекомендации по уплотнению асфальтобетонных покрытий городских дорог дают возможность повысить качество уплотнения горячих асфальтобетонных смесей.

Методология и методы исследования включают основные положения по организации и технологии уплотнения дорожных покрытий при строительстве и ремонте городских дорог, критерии уплотнения горячих асфальтобетонных смесей вибрационными катками, теорию вероятностей и математическую статистику, многофакторный регрессионный анализ.

Личный вклад автора состоит в: выполнении натурных исследований температурного поля и коэффициента уплотнения асфальтобетонного покрытия городских дорог, включая контроль качества работ; исследовании плотности асфальтобетона при устройстве ямочного ремонта, а также в проблемных и труднодоступных местах (бордюры, смотровые люки и др.) на городских дорогах; вероятностно-статистической обработке результатов исследований; разработке методики прогнозирования коэффициента вариации плотности асфальтобетонных смесей; разработке методики проектирования организации и технологии уплотнения горячих асфальтобетонных смесей вибрационными катками; разработке главы «Организация и технология ремонтных работ» учебного пособия «Ремонт асфальтобетонных покрытий городских дорог»; разработке двух патентов на изобретения в области повышения качества ремонта асфальтобетонных

покрытий автомобильных дорог; разработке научно-практических рекомендаций «Уплотнение асфальтобетонных покрытий городских дорог».

На защиту выносятся:

— результаты исследований температурного поля и коэффициента уплотнения асфальтобетонных смесей при устройстве дорожных покрытий;

— методика проектирования организации и технологии уплотнения горячих асфальтобетонных смесей вибрационными катками;

— методика прогнозирования коэффициента вариации плотности асфальтобетонной смеси;

— научно-практические рекомендации по уплотнению асфальтобетонных покрытий городских дорог вибрационными катками.

Степень достоверности научных положений и результатов исследования обеспечена использованием методологических основ и выводов экспериментов в области уплотнения асфальтобетонных покрытий, корректными показателями итогов натурных исследований параметров асфальтобетонных покрытий, большим объемом экспериментальных работ, применением современных методов теории вероятностей и математической статистики, программного обеспечения (Microsoft Office Excel, Autodesk AutoCAD) для обработки полученных данных исследований. Достоверность результатов подтверждается высоким коэффициентом корреляции полевых экспериментов с данными теоретического анализа и математического моделирования.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Международных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли юга России» (Волгоград, 2009-2014 гг.); Международных научно-технических конференциях «Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства» (Волгоград, 2012-2013 гг.); XVIII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2013 г.); ежегодной научно-технической конференции Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (Волгоград, 2013 г.); Всеукрашсько1 конференцц молодих учених i студентов «Перспективи розвитку буд1велыкл галузЬ> (Полтава, 2013 г.); XIV Международной научной конференции «Новые идеи нового века — 2014» (Хабаровск, 2014 г.); II Международной научно-практической конференции «Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе» (Саратов, 2014 г.); Всероссийской научно-технической конференции молодых исследователей (с международным участием) «Актуальные проблемы строительства, ЖКХ и техносферной безопасности» (Волгоград 2014 г.).

Реализация диссертационной работы заключается во внедрении результатов исследований в МКП Трест «Дормостстрой», МКП «ДРСУ-1», ООО «Дирекция дорожного строительства» при ремонте улично-дорожной сети г. Волгограда. Разработано в соавторстве учебное пособие «Ремонт

асфальтобетонных покрытий городских дорог» (Волгоград, 2014 г.). Разработаны в соавторстве научно-практические рекомендации «Уплотнение асфальтобетонных покрытий городских дорог» (Волгоград, 2014 г.). Результаты исследований используются в учебном процессе при дипломном проектировании студентов направления подготовки 270800.62 «Строительство» (профиль «Автомобильные дороги и аэродромы») и направления подготовки 190700.62 «Технология транспортных процессов» (профиль «Организация и безопасность движения») ФГБОУ ВПО ВолгГАСУ.

Публикации. По теме диссертационного исследования автором опубликовано 27 научных работ, в том числе 6 статей в периодических изданиях по списку ВАК РФ, одно учебное пособие, одни научно-практические рекомендации и два патента на изобретение.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 153 наименований, приложений на 42 страницах. Результаты исследования изложены на 167 страницах, в том числе 154 рисунка, 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования и степень ее разработанности, поставлена цель, сформулированы задачи, показаны научная новизна, теоретическая и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе выполнен анализ существующих технологий устройства дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей. Рассмотрены основные режимы работы вибрационных катков и их влияние на качество уплотнения. Проведенные экспериментальные исследования позволили установить недоуплотнение асфальтобетонной смеси (средняя плотность асфальтобетона составляет 1,912-2,06 т/м3) и высокую неоднородность уплотнения (коэффициент вариации составляет Су = 0,04-

Рисунок 1 - Изменение плотности (а) и коэффициента вариации уплотнения (б) асфальтобетона в зоне канализационных люков

Установлена низкая плотность асфальтобетона в местах образования выбоин на покрытии и повышение средней плотности и однородности

уплотнения асфальтобетона с удалением от дефекта. Объемная масса асфальтобетона в среднем изменяется от 1,8 до 2,0-2,8 т/м3, коэффициент вариации плотности уменьшается по мере удаления от выбоины с 0,1 до 0,02 (рис. 3). Экспериментально определено, что при выполнении работ по устройству локального (ямочного) ремонта распределение плотности смеси по площади опытного участка неравномерно. Наибольшее значение однородности и степени уплотнения материала формируется в центре «карт». Среднее значение плотности равно 1,99-2,22 т/м3, коэффициент вариации (Су) составляет на различных участках 0,084-0,17 (рис. 4). Следствием этого является разрушение покрытия через 1,0-1,5 года эксплуатации.

p~0J ч' 381. +1.901 Я -8,3555

Расстояние от бпршоров Ь, м

0,045 0.04

Н ^0.035

3 _г 0,03

г =0.025 - -

•е- 2 №

г

Ьг 2 а.0|

0.005

о.

[-О4*

'> 1.0 1.5 2,0

Расстояние от бордюров I. м

а б

Рисунок 2 - Изменение плотности (а) и коэффициента вариации уплотнения (б) асфальтобетона в зоне бордюров

а б

Рисунок 3 - Изменение плотности (а) и коэффициента вариации уплотнения (б) асфальтобетона в зоне выбоин

а б

Рисунок 4 - Изменение плотности (а) и коэффициента вариации уплотнения (б) асфальтобетонной смеси при ямочном ремонте

Проведенные исследования позволили выявить следующие особенности уплотнения асфальтобетонных покрытий при ремонте городских дорог:

1. Уплотнение дорожного покрытия производят ограниченными участками в «сжатые» сроки из-за необходимости снижения материальных и временных потерь в транспортных заторах на участках производства ремонтных работ.

2. Открытие движения автотранспорта осуществляют через несколько часов после ремонта проезжей части. Недоуплотнение асфальтобетонной смеси в условиях интенсивного воздействия транспортных нагрузок на стадии формирования структуры асфальтобетона приводит к развитию колейности на покрытии.

3. На городских дорогах имеются участки, труднодоступные для качественного уплотнения катками: бордюры, люки, трамвайные пути, карманы для остановки и стоянки автотранспорта и т.п. В этих местах выглаживающая плита асфальтоукладчика приподнимается. Образуются участки с недоуплотненной смесью. Обеспечить качественное уплотнение покрытие катками сложно.

4. В местах остановки и торможения городского транспорта (перекрестки, примыкания, переезды и т.д.), на участках с большим уклоном возникают многократные воздействия касательных напряжений, что приводит к локальным нарушениям условия прочности материала на сдвиг. На остановках общественного транспорта часто происходят сдвиги не только в продольном, но и в поперечном направлении с отжиманием материала покрытия в сторону бордюра и образованием колей. На подъезде к перекресткам образуются такие деформации асфальтобетонных покрытий как волны.

5. Укладка и уплотнение асфальтобетонной смеси производится на старое неровное покрытие, что предъявляет жесткие требования к качеству уплотнения полуфабриката.

6. Транспортировка смеси в городе происходит часто в условиях плотного транспортного потока, длительных дорожных заторов и остановок на пути автосамосвала. Это приводит к остыванию поверхностного слоя горячего асфальта в местах его контакта с воздухом и кузовом самосвала. При транспортировке тяжелые фракции асфальта осаждаются на дно самосвала. Происшедшая в результате этого температурная и фракционная сегрегация является причиной неоднородной плотности асфальтобетона.

7. В процессе уплотнения недостаточное внимание уделяется поперечным и продольным швам сопряжения нового и старого асфальтобетонного покрытия. В этих местах происходит преждевременное разрушение покрытия из-за его некачественного уплотнения.

Во второй главе работы приведены результаты экспериментальных исследований температурного поля и коэффициента уплотнения асфальтобетонных смесей в процессе работы дорожных катков в различных режимах, выполненные в 2012-2013 гг. Замеры выполнялись плотномером

ПАБ после каждого четного прохода катков в статическом режиме и после каждого прохода виброкатков в динамическом режиме. Объем статистических данных коэффициента уплотнения и температуры смеси в 2012 г. составил 1200 значений, в 2013 г. — 750 значений. Установлено, что при производстве работ температура и коэффициент уплотнения горячей асфальтобетонной смеси подчиняются нормальному закону распределения. Снижение температуры происходит экспоненциально, увеличение плотности — полиноминально.

Гистограмма распределения температуры смеси в ходе производственного процесса с левосторонней асимметрии трансформируется в симметричную. Наиболее интенсивно охлаждение горячей смеси происходит в начале ее укладки и уплотнения (первые 25-30 мин производства работ). Скорость остывания при температуре окружающего воздуха +30-33°С составляет 2°С/мин. В процессе уплотнения температура смеси распределяется неравномерно по площади участка производства работ. Полученные результаты экспериментов свидетельствуют о высокой температурной сегрегации материала. На поверхности покрытия образовываются области с температурой ниже требуемой. Вариация температуры изменяется в интервале 0,036-0,14 (рис. 5).

Наиболее усиленное формирование плотности материала отмечается на начальном этапе уплотнения. При статическом режиме катков наблюдается значительная неоднородность уплотнения смеси, в зависимости от толщины слоя соответственно коэффициент вариации (Су) изменяется в интервале 0/13-0,07 (рис. 6); гистограмма коэффициента уплотнения имеет левостороннюю асимметрию, а к концу работ возвращается в симметричную; по окончании производства работ более 95% покрытия имеет недостаточную плотность.

а б

Рисунок 5 - Изменение коэффициента вариации температуры асфальтобетонной смеси в процессе производства работ в 2012 г. (а) и в 2013 г. (б)

Динамический режим работы катков характеризуется большей однородностью и степенью уплотнения смеси. Коэффициент вариации (С^ снижается до 0,015; гистограмма распределения коэффициента уплотнения смещается с правосторонней асимметрии на левостороннюю. К концу работ около 25% покрытия имеет коэффициент уплотнения 0,99; 70 % покрытия — 1,00-1,03; 5% покрытия — 1,04.

о о .1 Х-О-,

1 - <

с > >

Яг = 0064*

а/у (8т) 2-6 6-8 (11т) 2- 6 6-8 (12г)2-6 6-8 Проходы кятков, п

0,04 0,03 0,02 0,01

5 >

С„ = .0,0024 ^ =0, 1 0,0404

138

п/у (5т) 2 4 (14т) 2 4 6 7(1 о) 8(2 в) 9(3 о) 10(4 и) Проходы катков, о

а б

Рисунок 6 - Изменение коэффициента вариации уплотнения асфальтобетонной смеси в процессе производства работ в 2012 г. (а) и в 2013 г. (б)

Полученные результаты позволили установить зависимость коэффициента вариации плотности смеси от ее температуры и однородности укладки асфальтоукладчиком. Наиболее эффективным режимом работы катков является динамический.

В третьей главе работы выполнены теоретические исследования виброуплотнения асфальтобетонной смеси при ремонте городских дорог. Наиболее рационально процесс уплотнения асфальтобетонной смеси описывает модель М.П. Костельова, основанная на принципе формирования звена катков по их максимальным контактным давлениям и индексу уплотняющей способности.

Зависимость требуемого показателя уплотняющей способности дорожного катка {ркр) для уплотнения слоя смеси (на битуме БНД 90/130) до требуемого коэффициента уплотнения при температуре материала имеет вид: р/ = 35,7272-й0'33344 ■Ку1)6™ ■ Г0'7"8 (1)

Стандартная ошибка — 0,023. Коэффициент корреляции — 0,997. На основании (1) установлены зависимости уплотняющей способности катков от режима их работы (для смеси на битуме БНД 60/90): статический режим работы:

Р1 = 39,4521 • й0-4™4 • Ку,М529 ■ (2)

динамический режим работы:

р1= 38,5623-Й0'31344 •К/'38294 (3)

Получена формула расчета коэффициента уплотнения (к/) асфальтобетонной смеси (битум БНД 90/130) от уплотняющей способности катков, толщины слоя и температуры смеси:

К/ = 1,258 • р40''6967 • й-0,056575 ■ Г"0'0688 (4)

Стандартная ошибка — 0,0088 Коэффициент корреляции — 0,98. На основании (4) установлены зависимости прогнозирования коэффициента уплотнения асфальтобетонной смеси (битум БНД 60/90) от режима работы:

статический режим работы:

К* = 1,258 • й,да( • Г0'15658 • Г"0'"® (5)

динамический режим работы:

К* = 1,261 • А°'181" ■ Г0-05658 • (6)

Разработанные зависимости (2), (3), (5), (6) апробированы на результатах натурных экспериментов.

Результаты полевых исследований позволили установить:

— зависимость коэффициента уплотнения горячей смеси от уплотняющей способности катка, температуры и толщины слоя смеси:

Ку = 1,35842 ■ Л°'1М5' • ■ А0'306' (7)

Стандартная ошибка — 0,018. Коэффициент корреляции — 0,97.

— зависимость температуры горячих смесей (Тр) от температуры окружающего воздуха и толщины устраиваемого слоя покрытия:

Тр = 23,17126 • ■ Tia-2-Mmh6'nw5, (8)

Стандартная ошибка — 0,087. Коэффициент корреляции — 0,95.

— зависимость продолжительности работы катка (t, время остывания смеси до требуемой температуры) от температуры смеси (Twea,), температуры воздуха (Тт1д) и толщины устраиваемого слоя покрытия:

f —1932434513 Т -3>9325665. j О,57964ПЗ ^-i,6i84osi ^

Зависимости (7-9) позволяют рассчитать температуру и коэффициент уплотнения смеси, время работы катков при толщине слоя 5-6 см и температуре окружающего воздуха +20-23°С и +30-35°С соответственно.

Предел прочности горячей смеси на сжатие (у/) определяется по формуле:

V/ = 14,245 •е-2'55(ГДСЮ) (10)

Рассчитаны требуемые показатели уплотняющей способности и контактные давления катков для смесей толщиной 4-6 см и температуры полуфабриката от 150 до 60°С (рис. 7). Установлены пределы прочности смеси в зависимости от ее температуры. Обоснована максимальная уплотняющая способность катков.

а 6

Рисунок 7 - Статическая (а) и динамическая (б) уплотняющая способность катков

Выявлена зависимость коэффициента предварительного уплотнения смеси асфальтоукладчиком (К"1') от ее температуры и частоты колебаний виброплиты укладчика (у):

К'/' = 0,10681 ■ 7"-0-'552 • у°-мю (11)

Стандартная ошибка — 0,0577. Коэффициент корреляции — 0,84.

Обоснованы коэффициенты предварительного уплотнения смеси толщиной слоя 4-6 см в интервале температур 140-100"С в зависимости от частоты колебаний виброплиты укладчика. Установлены зависимости уплотняющей способности виброкатков от толщины слоя покрытия, температуры смеси, режима работы катков и виброплиты укладчика (рис. 89).

Исследования показали, что укладка горячей смеси толщиной 4-6 см с частотой колебаний виброплиты асфальтоукладчика у = 3000 кол/мин не рекомендуется, так как уплотняющая способность плиты превышает предел прочности смеси. При укладке смеси с частотой колебаний виброплиты у = 2500 кол/мин рекомендуется использовать катки в динамическом режиме в интервале температур 135-100°С; в статическом режиме: слои толщиной 4 см — в интервале 115-100°С, слои толщиной 5-6 см — в интервале 110-100°С (см. рис. 8-9).

а б

Рисунок 8 - Уплотняющая способность катков после прохода асфальтоукладчика у =1200 кол/мин (а) и у =2000 кол/мин (б)

а б

Рисунок 9 - Уплотняющая способность катков после прохода асфальтоукладчика у =2500 кол/мин (а) и у =3000 кол/мин (б)

Результаты экспериментальных и теоретических исследований позволили разработать методику проектирования организации и технологии уплотнения горячих смесей (рис. 10).

Рисунок 10 - Блок-схема проектирования организации и технологии уплотнения смеси

Обработка результатов полевых экспериментов позволила установить зависимость однородности уплотнения смеси (С/) от ее температуры,

толщины слоя, уплотняющей способности катка и количества его проходов по одному следу (и):

С/ = 0,00145 • 71°'35°37 • р-ълш ■ п°']Ш1 • А2'979® (12)

Стандартная ошибка — 0,15. Коэффициент корреляции — 0,95. На основании экспериментальных и теоретических исследований разработана методика прогнозирования однородности уплотнения асфальтобетонных смесей (рис. 11).

Рисунок 11 - Блок-схема прогнозирования однородности уплотнения смеси

В четвертой главе представлены научно-практические рекомендации по уплотнению асфальтобетонных покрытий городских дорог вибрационными катками.

Укладку горячих асфальтобетонных смесей рекомендуется выполнять асфальтоукладчиками с частотой колебаний виброплиты у = 2500 кол/мин; уплотнение — катками в динамическом режиме в интервале температур 100-135°С; в статическом режиме: слои толщиной 4 см — в интервале 100-115°С, слои толщиной 5-6 см — в интервале 100-110°С.

Формирование отряда катков необходимо вести согласно блок-схеме (см. рис. 10). При снижении температуры укладки смеси необходимо применять катки с более высокой уплотняющей способностью. При этом сокращается количество катков и время производства работ.

Уплотнение смеси следует выполнять в несколько этапов с изменением режима работы виброкатков. При этом контактные давления катков не должны превышать предел прочности смеси. При устройстве ямочного ремонта рекомендуется применять один вибрационный каток с переменным режимом его работы.

Предложенная организация и технология уплотнения асфальтобетонной смеси позволяет снизить стоимость эксплуатации катков до 113 руб на 100 м2 уплотнения покрытия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе теоретически обосновано и предложено решение актуальной задачи в области дорожного строительства и ремонта — повышение качества уплотнения асфальтобетонных покрытий городских дорог вибрационными катками.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Современный уровень выполнения дорожно-ремонтных работ в большинстве случаях не отвечает требованиям устройства качественных асфальтобетонных покрытий городских дорог. Экспериментально установлено, что причиной преждевременного разрушения дорожного полотна является его некачественное уплотнение. В зоне локального (ямочного) ремонта выявлено недостаточное уплотнение асфальтобетона по краям участка (математическое ожидание плотности составляет 1,99-2,22 т/м3, коэффициент вариации Су = 0,084-0,17), трещины со старого покрытия зачастую копируются на отремонтированное. В зоне смотровых люков, бордюров наблюдается низкое качество уплотнения асфальтобетона (математическое ожидание плотности составляет 1,912-2,06 т/м3, коэффициент вариации С„ = 0,04-0,104).

2. Исследованы особенности формирования температурного поля и плотности горячих асфальтобетонных смесей при ремонте городских дорог. Установлено, что в процессе производства работ температура и плотность смеси подчиняются нормальному закону распределения (закон Гаусса); охлаждение материала происходит экспоненциально, увеличение коэффициента уплотнения — полиноминально. Сильная температурная сегрегация смеси при ее уплотнении (коэффициент вариации Су = 0,036-0,14) наиболее ярко проявляется первые 25-30 мин. Выявлена более высокая эффективность уплотнения смеси при динамическом режиме работы катков (Су = 0,015), чем при статическом (Су = 0,051). В конце уплотнения виброкатками в статическом режиме более 95% площади участка имеют плотность ниже требуемой 0,99. Динамическое воздействие на материал позволяет уплотнить смесь до коэффициента уплотнения 1,04.

3. Исследовано влияние температуры смеси на формирование ее плотности. Экспериментально установлена зависимость между температурой и коэффициентом уплотнения смесей. На поверхности покрытия в процессе выполнения работ образовываются области температуры ниже допустимой. Эти участки по окончании работ остаются недоуплотненными. Начало производства работ характеризуется интенсивным охлаждением (до 80°С) и набором плотности смеси (до Ку = 0,90).

4. На основании многофакторного регрессионного анализа экспериментальных данных определены максимальные требуемые значения уплотняющей способности катков, установлены зависимости коэффициента уплотнения от режимов работы асфальтоукладчика и дорожных катков, определена зависимость температуры смеси от температуры воздуха при

производстве работ, разработана методика прогнозирования коэффициента вариации плотности асфальтобетонной смеси. Разработана методика проектирования организации и технологии уплотнения асфальтобетонных смесей вибрационными катками.

5. Разработаны научно-практические рекомендации по уплотнению асфальтобетонных покрытий городских дорог вибрационными катками. Обоснованы режимы работы вибрационных катков и составы механизированных звеньев. Экономический эффект предлагаемых решений составляет до 113 руб на 100 м2 уплотнения покрытия.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях

1. Ермилов, А. А. Вероятностная оценка уплотняемости асфальтобетона при ремонте городских дорог [Текст] / А. А. Ермилов // Вестн. Волгогр. гос. архит.-строит. ун-та. Сер.: Стр-во и архитектура - 2013. -Вып. 30(49).-С. 313-319.

2. Ермилов, А. А. Исследование причин преждевременного разрушения асфальтобетонных покрытий городских дорог [Текст] / С. В. Алексиков, А. А. Ермилов //Дороги и мосты. - 2013. - Вып. 29/1. - С. 113-124.

3. Исследование температуры и уплотняемости асфальтобетона при ремонте городских дорог [Текст] / А. А. Ермилов [и др.] // Интернет-вестн. ВолгГАСУ. Сер.: Политемат. - 2013. - Вып. 2 (27). - Режим доступа: www.vestnik.vgasu.ru.

4. Ермилов, А. А. Однородность виброуплотнения асфальтобетонных покрытий при ремонте городских дорог [Текст] / А. А. Ермилов, С. В. Алексиков // Вестн. Волгогр. гос. архит.-строит. ун-та. Сер.: Cip-во и архитектура. - 2014. - Вып. 35 (54). - С. 171-176.

5. Ермилов, А. А. Сравнительная оценка однородности уплотнения асфальтобетонных покрытий городских дорог при различных режимах работы катков [Текст] / С. В. Алексиков, А. А. Ермилов // Науч. вестн. ВГАСУ. Сер. Стр-во и архитектура. - 2014. - Вып. 1 (33). - С. 45-53.

6. Ермилов, А. А. Методика прогнозирования однородности уплотнения горячих асфальтобетонных смесей [Текст] / А. А. Ермилов / Науч.-техн. вестн. Поволжья. - 2014. - № 3. - С. 105-110.

Патенты

7. Способ ямочного ремонта автомобильных дорог [Текст] : пат. 2536517 Рос. Федерация : МПК Е 01 С 7/00, Е 01 С 23/00 / Ермилов А. А. - № 2013128180/03 ; заявл. 18.06.13 ; опубл. 27.12.14, Бюл. № 36.

8. Способ устройства покрытия городских дорог [Текст] : пат. 2536542 Рос. Федерация : МПК Е 01 С 19/22 / Ермилов А. А. - № 2013137023/03 ; заявл. 06.08.13 ; опубл. 27.12.14, Бюл. № 36.

Работы, опубликованные в других изданиях и журначах

9. Ермилов, А. А. Особенности уплотнения асфальтобетонных покрытий виброкатками [Текст] / А. А. Ермилов // Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России : материалы III науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 13-15 мая 2009 г., г. Волгоград. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2009. - С. 63-67.

10. Ермилов, А. А. Сравнительный анализ производительности и уплотняющей способности современных российских и зарубежных виброкатков [Текст] / А. А. Ермилов // Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России : материалы IV науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 11-14 мая 2010 г., Волгоград. -Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2010. - С. 198-202.

11. Ермилов, А. А. Проблемы уплотнения грунтов виброкатками [Текст] / А. А. Ермилов // Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России: материалы V Международной науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 11-13 мая 2011 г., Волгоград. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2011. - С. 63-67.

12. Ермилов, А. А. Исследование плотности проблемных и труднодоступных мест асфальтобетонных покрытий городских дорог [Текст] / А. А. Ермилов, С. В. Алексиков // Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства : материалы III Междунар. науч.-техн. конф., 10-12 апр. 2012 г., Волгоград. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2012. - С. 151-155.

13. Ермилов, А. А. Особенности современного уплотнения городских дорог [Текст] / А. А. Ермилов // Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России : материалы VI Междунар. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 15-17 мая 2012 г., Волгоград -Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2012. - С. 84-87.

14. Ермилов, А. А. Уплотняемость асфальтобетонной смеси при ремонте городских дорог [Текст] / А. А. Ермилов // Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России : материалы VII Междунар. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 14-16 мая 2013 г., Волгоград. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2013. - С. 108-111.

15. Ермилов, А. А. Анализ технологий уплотнения асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог [Текст] / А. А. Ермилов, С. В. Алексиков // Машер1али ВсеукраТнсько! конференцн молодих учених i студенпн'в «Перспекпшвп розвитку буд1вельно1 галузЬ> (10-11 жовтня 2013 року). -Полтава : ПолтНТУ, 2013. - С. 14-19.

16. Ермилов, А. А. Изменение температуры асфальтобетонной смеси при ремонте городских дорог [Текст] / А. А. Ермилов // Зб^рник наукових пращ, (галузеве машинобудувания, буд1вництво). - Полтава : ПолтНТУ 2013 - Вип. 4 (39), т. 2. - С. 49-58.

17. Ермилов, А. А. Исследование температуры асфальтобетонной смеси при ремонте городских дорог [Текст] / С. В. Алексиков, А. А. Ермилов //

Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства : материалы IV Междунар. науч.-техн. конф., 23-25 сент. 2013 г., Волгоград. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2013. - С. 52-56.

18. Ермилов, А. А. Оценка качества ремонта городских дорог / А. А. Ермилов [Текст] // XVIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области : направление № 16 «Архитектура, стр-во и эколог, проблемы» : тез. докл. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2014. - С. 21-22.

19. Ермилов, А. А. Оценка качества уплотнения дорожного покрытия в труднодоступных местах [Текст] / А. А. Ермилов // XVIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области : направление №16 «Архитектура, стр-во и эколог, проблемы» : тез. докл. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2014. - С. 32-33.

20. Ермилов, А. А. Совершенствование контроля качества уплотнения асфальтобетонных покрытий [Текст] / А. А. Ермилов, С. В. Алексиков // Новые идеи нового века - 2014 : материалы Четырнадцатой Междунар. науч. конф. = The new Ideas of New Century - 2014 : The Fourteenth International Scentific Conference Proceedings : в 3 т. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2014. - Т. 3. - С. 277-282.

21. Ермилов, А. А. Причины низкого качества ремонта асфальтобетонных покрытий городских дорог [Текст] / С. В. Алексиков, А. А. Ермилов, М. О. Карпушко // Мир дорог. - 2014. - Вып. № 73. - С. 27-31.

22. Ермилов, А. А. Вариации уплотнения дорожного покрытия в городских условиях [Текст] / А. А. Ермилов // Актуальные проблемы строительства, ЖКХ и техносферной безопасности : тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. молодых исследователей (с междунар. участием). - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2014. - С.29-30.

23. Ермилов, А. А. Методика прогнозирования коэффициента уплотнения асфальтобетонных смесей [Текст] / А. А. Ермилов // Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России : материалы VIII Междунар. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 14-16 мая 2014 г., Волгоград. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2014. - С. 7277.

24. Ермилов, А. А. Влияние технологии устройства дорожных покрытий на однородность уплотнения горячих асфальтобетонных смесей [Текст] / С. В. Алексиков, А. А. Ермилов // Ресурсо- и энергоэффективные технологии в строительном комплексе региона : сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч. практ. конф., Саратов. - Саратов : Изд-во СГТУ, 2014. - С. 341-344.

25. Yermilov, A. A. Comparative assessment of uniformity of compaction of asphalt concrete surfaces of city roads at various operating modes of compactors [Text] / S. V. Aleksikov, A. A. Yermilov // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. 2014. - Issue № 4 (24). - S. 48-57.

Рекомендации, учебные пособия

26. Алексиков, С. В. Ремонт асфальтобетонных покрытий городских дорог [Текст] : учеб. пособие / С. В. Алексиков, М. О. Карпушко, А. А. Ермилов. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2014. - 131 [1] с. (132/44 е.).

27. Алексиков, С. В. Уплотнение асфальтобетонных покрытий городских дорог : науч.-практ. рекомендации [Текст] / С. В. Алексиков, А. А. Ермилов. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2014. - Режим доступа: http://www.vgasu.ru/publishing/on-line/

Ермилов Александр Александрович

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА УПЛОТНЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ПОКРЫТИЯ ГОРОДСКИХ ДОРОГ ВИБРАЦИОННЫМИ КАТКАМИ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 20.04.2015 г. Заказ № 31. Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать плоская.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 Отдел оперативной полиграфии