автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Повышение межремонтного срока службы дорожных покрытий путем применения холодного асфальтобетона на модифицированном битуме

На правах рукописи

Михайлов Алексей Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ МЕЖРЕМОНТНОГО СРОКА СЛУЖБЫ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА НА МОДИФИЦИРОВАННОМ БИТУМЕ

05.2.3.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

21 12013

ВОРОНЕЖ-2013

005539529

005539529

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Калгии Юрий Иванович

Столяров Виктор Васильевич,

доктор технических наук, профессор, Саратовский государственный технический университег имени Гагарина Ю.А., кафедра транспортного строительства, заведующий кафедрой

Внуков Дмитрий Александрович, кандидат технических наук, доцент, ВУНЦ ВВС Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, кафедра изысканий и проектирования аэродромов заместитель начальника кафедры.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тамбовский государственный технический университет

Защита состоится «12» декабря 2013 г. в 13°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, корпус 3, аудитория 3220,тел.(факс)+7(473) 271-53-21.

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

Автореферат разослан «7» ноября 2013 г.

Ученый секретарь /

диссертационного совета Колосов А.И.

Введение

Актуальность темы: Наиболее широко применяемым материалом для строительства покрытий автомобильных дорог в настоящее время и на ближайшую перспективу остаётся асфальтобетон. Рост интенсивности и грузонапряженности автомобильного движения приводит к ускоренному процессу разрушения асфальтобетонных покрытий, основным видом которого являются выбоины. Указанное разрушение покрытий возникает практически круглогодично, но особенно интенсивно в переходные периоды года. Однако устранение выбоин выполняют, как правило, в теплое время года. Несвоевременность проведения работ по ямочному ремонту асфальтобетонных покрытий приводит в дальнейшем к резкому усилению процесса разрушения не только покрытия, но и нижележащих конструктивных слоев дорожной одежды, что значительно снижает срок службы дорожной конструкции и безопасность дорожного движения. В условиях пониженных температур воздуха, высокой влажности затруднена «приживаемость» ремонтного материала к покрытию, в связи, с чем применение технологий ремонта асфальтобетонных покрытий традиционными холодными асфальтобетонными или эмульсионно-минеральными смесями не позволяет качественно отремонтировать покрытие в неблагоприятные периоды года. Анализ применения указанных технологий показывает, что через один год эксплуатации на отремонтированных покрытиях вновь требуется проведения ремонтных работ в виду разрушений в местах сопряжения покрытия и ремонтной карты или по причине накопления дефектов в ремонтном материале.

Отличительной особенностью холодной асфальтобетонной смеси является возможность ее продолжительного хранения и неограниченная дальность транспортировки, а также возможность производить работы по устройству и ремонту асфальтобетонных покрытий при пониженных температурах воздуха. Именно эти обстоятельства позволяют отнести холодный асфальтобетон к перспективным материалам, улучшение качества которых позволит значительно повысить эффективность дорожно-ремонтных работ. Использование холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий является одной из реальных альтернатив применения горячего или литого асфальтобетона. Применение холодных асфальтобетонных смесей в нашей стране неоправданно ограниченно, в первую очередь по причине недостаточных физико-механических показателей применяемых при их изготовлении жидких битумов. Для того чтобы обеспечить оптимальные сроки службы дорожной одежды и качественный своевременный её ремонт, в первую очередь, необходимо применять дорожные жидкие битумы, отвечающие современным условиям работы дорожного покрытия, для чего следует использовать модификацию битумов специальными добавками, повышающими усталостную долговечность и другие характеристики холодных асфальтобетонов.

Разработка технологии и составов модифицированных холодных асфальтобетонов, исследование эксплуатационных характеристик и долговечности асфальтобетонных покрытий, отремонтированных холодными смесями, имеет большую актуальность, учитывая современные задачи дорожной отрасли по-

вышения эффективности дорожно-ремонтных работ и сокращения финансовых затрат на ремонт дорожных покрытий.

Цель диссертационной работы — повышение эксплуатационных характеристик, долговечности и увеличение межремонтных сроков асфальтобетонных покрытий, разработка составов и исследование свойств эффективного холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий.

Задачи исследований:

- исследовать усталостную долговечность холодного модифицированного асфальтобетона в режимах имитирующих процесс эксплуатации асфальтобетона в дорожном покрытии и определить срок его службы;

- обосновать целесообразность применения холодных модифицированных асфальтобетонных смесей на основе жидких битумно-полимерных вяжущих взамен традиционных холодных смесей на разжиженных битумах для повышения качества ремонта и срока службы асфальтобетонных покрытий, получения холодного асфальтобетона с повышенными физико-механическими свойствами;

- выявить основные рецептурно-технологические факторы, определяющие свойства холодного модифицированного асфальтобетона;

- разработать составы холодных модифицированных асфальтобетонов, отличающихся незначительной слеживаемостью для длительного хранения холодной смеси и хорошей удобоукладываемостью;

- определить технико-экономическую эффективность применения холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий.

Научная новизна:

- впервые разработаны физико-математические модели, имитирующие процесс усталостного разрушения, эксплуатационного состояния холодного модифицированного асфальтобетона в дорожном покрытии, позволяющие определить его межремонтный срок службы;

- впервые получен прогноз срока службы холодного модифицированного асфальтобетона в покрытии, отличающийся тем, что оценка эксплуатационного состояния учитывает реологические свойства материала и неравномерность транспортной нагрузки;

- экспериментально-теоретически установлены закономерности, учитывающие режимы приложения транспортной нагрузки, изменения эксплуатационного состояния дорожного асфальтобетонного покрытия после проведения его ремонта холодными смесями и теоретически обоснована за счёт применения эффективного холодного модифицированного асфальтобетона возможность удлинения до 4-х лет межремонтного срока покрытия автомобильных дорог с интенсивными транспортными нагрузками;

экспериментально получены зависимости изменения физико-механических и технологических свойств холодных модифицированных асфальтобетонов от вида и содержания применяемого полимерного модификатора и поверхностно-активного вещества, а также состава минеральной части холодной асфальтобетонной смеси;

- экспериментально определен показатель усталостной долговечности хо-

лодного модифицированного асфальтобетона в процессе эксплуатации в покрытии автомобильных дорог с интенсивными транспортными нагрузками, что позволило установить повышение показателя при непрерывном действии транспортной нагрузки до разрушения в 1,3-1,4 раза в сравнении с традиционным холодным асфальтобетоном на жидком нефтяном битуме.

Практическое значение работы:

-определены рецептурно-технологические параметры приготовления жидкого битумно-полимерного вяжущего и полученных на его основе холодных модифицированных асфальтобетонных смесей;

-разработаны эффективные составы холодного модифицированного асфальтобетона, что позволило значительно улучшить его физико-механические и технологические показатели в сравнении с традиционным материалом на жидком битуме;

- обоснована экономическая эффективность применения холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий, что позволяет в сравнении с традиционными холодными технологиями повысить срок службы отремонтированного участка покрытия в 3-4 раза и получить экономический эффект в размере более 100 тысяч рублей на один приведённый километр автомобильной дороги.

Реализация работы:

Основные результаты проведенных исследований включены в отраслевой методический документ «Временные рекомендации по применению холодных асфальтобетонов с добавками полимеров», рекомендованных для опытного применения письмом Росавтодора № ОС - 28/49 - ИС от 05.01.2004 г.

Опытное применение разработанных составов холодного асфальтобетона, содержащего полимеры, было осуществлено при выполнении дорожно-ремонтных работ по устранению выбоин на км. 506 + 000 автомагистрали М 4 «Дон».

Результаты теоретических исследований в области модификации полимерами жидких битумов и холодных асфальтобетонных смесей включены в состав учебной дисциплины «Технология и организация строительства автомобильных дорог» для студентов Воронежского ГАСУ, обучающихся по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы».

Достоверность результатов исследований, научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается объёмом выполненных теоретических и экспериментальных исследований, использованием математических моделей, адекватность которых была подтверждена результатами экспериментальных исследований и данными, полученными в натурных условиях.

Научная значимость заключается в разработке теоретических и практических основ повышения межремонтного срока службы дорожных покрытий холодными модифицированными асфальтобетонами, обосновании технико-экономической эффективности применения холодных модифицированных асфальтобетонных смесей для ремонта дорожных покрытий, разработке составов эффективных холодных асфальтобетонов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- научное обоснование эффективности применения модифицированных холодных асфальтобетонных смесей для повышения межремонтного срока службы асфальтобетонных покрытий;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований по изучению усталостной долговечности холодного модифицированного асфальтобетона в режимах имитирующих процесс эксплуатации асфальтобетона в дорожном покрытии, выявленные закономерности изменения эксплуатационного состояния холодного асфальтобетона в покрытии с учётом неравномерности приложения транспортной нагрузки и реологических свойств материала;

- обоснование рациональных границ варьирования основных рецептурных и технологических факторов в составах жидкого полимерно-битумного вяжущего, холодных модифицированных асфальтобетонных смесей, позволяющих повысить эксплуатационные характеристики асфальтобетона и срок службы отремонтированных дорожных покрытий;

- обоснование применения вида и содержания полимерного модификатора, поверхностно-активного вещества, а также состава минеральной части смеси для повышения физико-механических, эксплуатационных и технологических свойств холодного асфальтобетона.

Апробация работы:

Основные положения диссертационной работы представлены на студенческой научно-технической конференции (Белгород, 2001 г.); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 40-летию строительного факультета Мордовского госуниверситета (Саранск, 2002 г.); научно-практическом семинаре «Новые технологии и материалы, применяемые при содержании автомобильных дорог» (РГСУ, Ростов-на-Дону, 2002 г.); специализированной конференции «Дороги Башкирии - 2003 г.» (Министерство строительства, архитектуры и транспорта республики Башкирии, ГУП «Институт нефтехимпереработки»); 2-й международной научно-технической конференции «Проблемы строительного и дорожного комплексов» (г. Брянск, 2003 г.); научно-практических конференциях Воронежского ГАСУ (2002-2012 г.г.), а также на заседаниях кафедры строительства и эксплуатации автомобильных дорог Воронежского ГАСУ (2002-2013 г.)

Публикации: по теме диссертации опубликовано 11 научных работ. Три работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК. В работе [1] рассмотрены вопросы обоснования вида и содержания полимерного модификатора, поверхностно-активного вещества, а также состава минеральной части смеси для повышения физико-механических, эксплуатационных и технологических свойств холодного асфальтобетона; в работе [2] представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований по изучению работоспособности холодного модифицированного асфальтобетона в режимах имитирующих процесс эксплуатации материала в дорожном покрытии и прогнозированию срока его службы; в работе [3] рассмотрены вопросы разработки составов холодных модифицированных асфальтобетонов, отличающихся незначительной

слеживаемостью и хорошей удобоукладываемостью, а также изучения их эксплуатационных показателей.

Новизна рецептурно-технологических разработок подтверждена Патентом РФ № 2270846, МПК7 С08Ь 95/00 С09И 195/00 С04В 26/26 «Способ приготовления битумно-каучукового вяжущего».

Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы из 176 наименований и изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок и 35 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе представлен обзор и результаты анализа научно-технической литературы и патентной информации по вопросу применения для ремонта дорожных покрытий жидких вяжущих материалов и холодных асфальтобетонов на их основе.

Показано, что холодный асфальтобетон относится к материалам с коагу-ляционной структурой и ярко выраженными вязкопластическими свойствами. Последнее обусловлено тем, что сцепление частиц в коагуляционных структурах осуществляется через тонкие прослойки жидкой среды, т. е. слабые межмолекулярные силы сцепления обуславливают прочность всего материала. Отмечено, что толщина структурированных битумных пленок и их свойства являются определяющими. Поэтому взаимодействие жидкого битума с поверхностью минеральной части выделено одним из главных факторов определяющих свойства холодного асфальтобетона.

С точки зрения прочности и теплоустойчивости холодного асфальтобетона сцепление его частиц между собой представляет больший интерес, чем угол внутреннего трения. Сцепление частиц асфальтобетона зависит от вязкости битума, его когезии и адгезии к минеральным материалам. Для приготовления традиционных холодных смесей применяют жидкие битумы по ГОСТ 11955-82, отличающиеся вследствие малой вязкости и наличия растворителя малой величиной когезии. Применяемые для приготовления жидкого битума вязкие окисленные битумы марок БН и БНД по ГОСТ 22245-90, как правило, характеризуются недостаточными адгезионными свойствами. Наличие разжижителя значительно снижает и без того недостаточное сцепление исходного битума с минеральной поверхностью. К тому же приготовление холодных смесей происходит при более низких температурах в сравнении с горячими асфальтобетонными смесями, что также отрицательно влияет на адгезию жидкого битума к минеральным материалам. Низкие адгезионные и когезионные свойства жидких битумов являются причиной недостаточной прочности и водостойкости холодного асфальтобетона.

Путем оптимизации гранулометрического состава заполнителей и повышения количественного содержания минерального порошка можно улучшать вышеуказанные свойства холодного асфальтобетона, но указанный путь является недостаточно эффективным, а в некоторых случаях может отрицательно влиять на долговечность материала. Задача повышения качества холодного асфальтобетона состоит в том, чтобы для приготовления холодного асфальтобетона применять жидкие органические вяжущие, которые позволили бы сохранить все признаки холодных асфальтобетонных смесей, но при этом обеспечили бы более стабильное сцепление частиц в холодном асфальтобетоне, а также более толстые и прочные пленки вяжущего на минеральных зернах.

Для направленного улучшения структуры и свойств холодного асфальтобетона необходимо применять жидкие вяжущие, содержащие модифицирующие добавки. Добавки полимеров, соединений имеющих очень высокий молекулярный вес, повышают вязкость среды и создают условия для получения более прочной битумной пленки.

Таким образом, получение холодной асфальтобетонной смеси, характеризующейся повышенной удобоукладываемостью и минимальной слеживаемостью, и после её укладки обеспечение формирования асфальтобетонного покрытия, обладающего повышенной усталостной долговечностью, может быть достигнуто путем применения жидких битумно-полимерных вяжущих.

Приведены методы испытания и характеристика применяемых материалов. Для проведения исследований в качестве основных модифицирующих добавок применялись: синтетический каучук общего назначения марки СКС 30 АРКМ 15 (ОАО «Воронежсинтезкаучук»); каучук синтетический дивиниловый СКД марка II (ОАО «Воронежсинтезкаучук»); каучук синтетический изопрено-вый марки СКИ-3 (ОАО «Нижнекамскнефтехим»); бутадиен-стирольный тер-моэластопласт ДСТ 30-01 (ОАО «Воронежсинтезкаучук»).

Во второй главе приведены результаты изучения закономерностей изменения эксплуатационного состояния покрытия, отремонтированного холодными модифицированными смесями, и получен прогноз срока службы холодного асфальтобетона в дорожном покрытии с учётом неравномерности приложения транспортной нагрузки и реологических свойств материала. Приведены результаты исследования реологических характеристик холодного модифицированного асфальтобетона.

Известные методики испытания холодного асфальтобетона на однократное приложение статических нагрузок не позволяют оценить его устойчивость к усталостным процессам, протекающим в результате действия многократных циклических нагрузок, действующих в течение длительного времени. Режимом испытания асфальтобетона, наиболее близко имитирующим реальные условия работы материала при воздействии на асфальтобетонное покрытие автотранспорта, является циклический динамический изгиб. Так как усталость характеризует постепенное снижение работоспособности материала в покрытии при

многократно прилагаемых нагрузках, то её определяли числом циклов, которые выдерживает асфальтобетонный образец до разрушения. Расчетная продолжительность одного цикла действия нагрузки составляла около 0,02 с, что соответствует режиму нагружения при проезде автомобиля со скоростью 60 км /час.

Исследованиями моделировались следующие характеристики деформирования асфальтобетона в покрытии:

- амплитуда прогиба покрытия дорожной одежды капитального типа (толщина асфальтобетонного покрытия 18-25 см) под нагрузкой 100-130 кН не превышает 0,1 - 0,15 мм;

- максимальная амплитуда прогиба покрытия составляет 0,35 мм при скорости автомобиля 60 км/ч, и соответственно, 0,1-0,15 мм при скорости 120 км/ч;

- при заполнении двух смежных полос покрытия автомобилями с расчетной нагрузкой 100 кН образуется чаша прогиба с амплитудой до 0,4 мм;

- частота нагружения покрытия при проезде двухосного грузового автомобиля составляет 20-35 Гц, пятиосного автопоезда 15-65 Гц.

В соответствии с вышеуказанными условиями были проведены испытания асфальтобетонных образцов - баночек размером 16x4x2,5 см воздействием циклически прилагаемой нагрузки. Для испытаний были приготовлены образцы холодного асфальтобетона типа Гх одинакового гранулометрического состава, но на основе различных вяжущих. Контрольный состав приготовлен на традиционном жидком битуме СГ 130/200, полученном путём разжижения керосином вязкого битума марки БНД 60/90. Остальные холодные асфальтобетонные смеси были на жидком модифицированном битуме СГ 130/200. Результаты испытаний холодных асфальтобетонов при циклическом нагружении до разрушения приведены в табл. 1.

Таблица 1

Усталостная долговечность холодного асфальтобетона_

№ п/п Применяемое вяжущее (наименование модификатора в жидком вяжущем) Число циклов нагружения до разрушения образца при амплитуде прогиба, мм

0,50 | 0,35 | 0,23

асфальтобетонные образцы, испытанные в сухом состоянии

1. Жидкий битум СГ 130/200 8034 21874 61510

2. Жидкий модифицированный битум СГ 130/200 (ДСТ 30-01) 10782 29078 81707

3. Жидкий модифицированный битум СГ 130/200 (СКС30 АРКМ15) 11312 32116 80695

ас( ¡альтобетонные образцы, испытанные в водонасыщенном состоянии

4. Жидкий битум СГ 130/200 4558 12567 35611

5. Жидкий модифицированный битум СГ 130/200 (ДСТ 30-01) 6180 16164 47502

6. Жидкий модифицированный битум СГ 130/200 (СКС30 АРКМ 15) 6086 17828 45883

Число циклов до разрушения модифицированных холодных асфальтобетонов превышает указанный показатель традиционного асфальтобетона в 1,351,40 в сухом состоянии и, соответственно, в 1,30-1,35 раз в водонасыщенном состоянии. Наличие воды в порах холодного асфальтобетона значительно снижает его усталостную долговечность. В целом, экспериментом был установлен двухнедельный непрерывный срок эксплуатации холодного асфальтобетона при циклическом нагружении.

На рис. 1 данные таблицы 1 приведены в форме графиков для всех трех материалов (в двух состояниях каждого из них).

Амплитуда прогиба, мм

Рисунок 1 - График зависимости числа нагружений (до разрушения образца) от амплитуды нагружения для трех исследованных составов асфальтобетона.

Графики расположены сверху вниз по номерам по данным таблицы 1. Примечание. 4-й и 5-й графики практически совпадают.

Вводя вместо числа нагружений N новую величину Л'* = 1п N. можно получить фактически линейную зависимость Л'+ от амплитуды нагружения для каждого из шести образцов. Это означает, что

К = Я-еаМ , (1)

где пара {Я,а ) определяется по стандартным формулам математической статистики. Например, для холодного асфальтобетона на модификаторе СКС в сухом состоянии (верхняя строка таблицы 1) получаем значения Л и 421.8 тысяч

условных единиц, «=-7.27. Параметр ^ = N-6 "Д/Из формулы (1) естественно трактовать как «усталостную долговечность» испытуемого материала, т.е. возможность выдержать определенное количество циклических нагружений

до разрушения материала.

При этом мы исходим из положения о накоплении испытуемым материалом необратимых (остаточных) деформаций. Энергия разового воздействия связывается с выражением е~аМ; в серии из N однотипных нагружений эта энергия в N раз больше аналогичной энергии, одиночного нагружения. В рамках такого положения разрушение образца происходит при превышении накопленными необратимыми деформациями некоторой критической величины, которую мы и называем усталостной долговечностью.

Значения усталостной долговечности образцов асфальтобетона для всех 6 серий (три первые - сухое состояние, три последние - водонасыщенное) приведены ниже:

Л1С = 421,848; Л2С = 432,411; Лзс = 329,686;Я1В =251,049; Д2в = 250,864;7?зг=194,188.

Проведенный эксперимент позволяет судить о прочности холодного асфальтобетона при циклическом действии транспортных нагрузок, но полученных результатов не достаточно для прогноза межремонтного срока службы отремонтированного покрытия.

Поэтому была рассмотрена модельная ситуация приложения интенсивной транспортной нагрузки с последующим накоплением в материале покрытия остаточной деформации на участке отремонтированного покрытия автомобильной дороги. На модельной полосе движения выделяется контрольный фрагмент отремонтированного покрытия, размеры которого (0,04 х 0,16) м совпадают с размерами лабораторных прямоугольных образцов.

Движение отдельного автомобиля по полосе приводит к нагружению (полному или частичному) контрольного фрагмента. Случаи частичного накрытия фрагмента колесом можно учесть, вводя переменную амплитуду нагружения т(хр прямоугольного фрагмента и рассматривая отклонение X оси движущегося автомобиля относительно оси дорожной полосы как случайную величину. В частности, рассматриваются нормальный и равномерный законы распределения и вводятся вероятности

Р(ХеАхк)*Дх„)Ахк

попадания оси автомобиля в интервал, связанный с расположением контрольного фрагмента на полосе (здесь /(х) - плотность распределения случайной величины X).

Рассмотрение потока автомобилей с заданной интенсивностью (п =30000 единиц транспорта в сутки) позволяет говорить о циклических нагружениях контрольного фрагмента дорожного полотна. При этом число нагружений приближенно равно

пк =п-Р(Хе Ах,)

Учитывая полученную выше экспоненциальную формулу, общую энергию, получаемую рассматриваемым участком покрытия за сутки, можно считать приблизительно равной

£ = X, л4 ехр(ат(дс4 )) = "£,■ р(х е Д*4) ■ ехр(ат(дг4)) _

= л • X* ехр(«'"(д:,)) • /и,) • &х„ Переходя от суммы к интегралу, получим формулу

Р

Е = п- / ехр(ат(х))-/(х)ск

« (2) Пределы интегрирования в этой формуле определяются габаритами автомобиля (в частности, шириной его колес), параметрами дорожной полосы, расположением на этой полосе и размерами контрольного фрагмента.

Пусть сначала X распределена по нормальному (Гауссовскому) закону с плотностью вероятности

'"-тЬ-Л'Щ ®

Среднее значение а такого отклонения примем равным нулю, а дисперсию а зададим, исходя из известного «правила 3-х сигма». Ширину полосы дороги за вычетом ширины автомобиля считаем в нашей модели равной равной 6 ст, что приводит к значению а = 0,18 м.

Полагая ширину колеса автомобиля, равной2(</-£) = 0.18, где 1(1 = 0.22м -ширина одного колеса автомобиля, 26 = 0.04 м, можно получить в качестве

оценки интеграла (2) величину ^ а ), где через Р обозначена функция

Лапласа. При наших значениях параметров Ь,а получаем

Учтем еще значениям = 0.15 мм и коэффициент а = 121 для одного из составов модифицированных холодных асфальтобетонов, рассмотренных выше. Тогда общая энергия разрушения, описываемая формулой (2), имеет величину порядка 34000 условных единиц. Так как усталостная долговечность образца составляет 421,8 тысяч этих же единиц, то формально мы получаем лишь (приблизительно) «двухнедельный срок» непрерывной эксплуатации (постоянного циклического нагружения до разрушения) отремонтированного участка покрытия.

В случае равномерного распределения СВ X по ширине дорожного полотна, вычисления показывают увеличение прогнозируемого срока службы контрольного образца покрытия приблизительно в 2,0-2,5 раза в сравнении традиционным методом.

Прогноз межремонтного срока службы покрытия будет неверен без учета известного свойства асфальтобетона восстанавливать свою структуру и прочностные показатели за счет релаксации напряжений за время «отдыха», т.е. за период между приложениями транспортной нагрузки.

Введем, например, функцию интенсивности восстановления прочностных показателей асфальтобетона в виде

/(0 = Лехр(-Л0, (4)

где ^ - некоторый числовой параметр («скорость» восстановления).

Это означает, что при разовом («мгновенном») нагружении материала с последующим промежутком отдыха в течение I секунд ущерб для долговечности составит не 17^ = , а меньшую величину

и;=и0-

1 - í Xe'^dt ] = (Уп • (l - (1 - е"^)) = U.

О J ' (5)

Будем называть периодом частичного восстановления отрезок времени Т, для которого ехр(-А7') =

Зная такой период, можно вычислить параметр Л по формуле Я = .

При прохождении по дороге за сутки транспортного потока из п = 30 тысяч автомобилей будем теперь суммировать не сами энергии , а их «ослабленные» варианты . Тогда за сутки суммарная (с учетом промежутков отдыха) энергия, принятая элементом отремонтированного полотна, будет равна не nU

а другой величине, а именно

T^l =TJJ0 ехр(-^) • i;., ехр(-Яг,) = («(/0).[i- ехр(-до]. ^

Здесь tk - время «отдыха» полотна после проезда k-ой машины.

Поправочный коэффициент

\П ) (7)

зависит от характеристик потока машин. Пусть, например, промежуток времени Т между двумя машинами в этом потоке распределен по показательному закону с параметром /í>®, где ^ - средняя интенсивность потока (>" = 01 для усредненного периода между машинами, равного 10 сек). В этом случае формула (7) представляет собой не что иное, как среднее значение функции Y = h(r) = ехр(-Яг) отСВ г. тогда

£ = = 4 = Де~ (Я + ^сИ; =

- ° ° ^ (8)

Например, при =07, А1-01 поправочный коэффициент с принимает значение 1/8 =0,125.

Для строго равномерного потока машин (1 машина за время т~'к) при г = 10 и скорости восстановления Л = 0-7 (соответствующей периоду частичного восстановления Т = 1 сек) поправочный множитель имеет значение ~ 0-001.

Ясно, что понижающий коэффициент 1000 не является абсолютно реальным, так как поток машин не является строго равномерным.

Тем не менее, учет неравномерности приложения нагрузки транспортного потока по полосе движения и процесса релаксации асфальтобетона между от-

13

дельными нагружеииями позволяет прогнозировать увеличение срока службы материала в дорожном покрытии в 10-50 раз (в идеальном случае до 1000 раз). Таким образом, экспериментально установленный «двухнедельный срок» непрерывной работы холодного модифицированного асфальтобетона может увеличиться в итоге до 3-4 лет.

В наибольшей степени реологические свойства асфальтобетона определяются процессами деформации, происходящими в структурированных битумных пленках на поверхности частиц минерального материала.

Реологические свойства холодного модифицированного асфальтобетона определяли по методике А.М.Богуславского (табл. 2).

Таблица 2

Влияние гранулометрического состава, содержания вяжущего и каучука типа

N п/п Количество вяжущего, % на 100% минеральной части Содержание каучука в вяжущем, % по массе Показатели структурно-реологических свойств Кинетическая характеристика Р./Рг

6,с т,с Чм, ТПа с У, МПа'с Е, МПа Ксж, МПа

гранитный шебень - 40 %, отсев дробления - 48 %, МП - 12 %

1 4,75 3,0 2860 36,4 106 0,86 71,9 1,85 0,0032

2 4,75 4,0 3797 25,2 149 0,46 67,0 1,80 0,0018

3 5,25 3,0 2244 30,0 91 0,93 73,6 2,30 0,0033

4 5,25 4,0 3218 23,8 144 0,66 72,0 2,15 0,0018

гранитный щебень - 50 %, отсев дробления- 42 %, МП - 8 %

5 4,75 3,0 2410 37,6 86,5 0,99 61,0 1,50 0,0039

6 4,75 4,0 2470 27,0 100 0,80 52,0 1,48 0,0027

7 5,25 3,0 2580 28,4 97 0,76 45,0 1,40 0,0028

8 5,25 4,0 2860 25,5 155 0,48 62,0 1,57 0,0022

Динамика изменения показателей структурно-реологических свойств показывает, что модифицирующие добавки значительно повышают время релаксации в и снижает время упругого последействия т. Это свидетельствует о возрастании упругих свойств холодного асфальтобетона, что является важным для повышения сдвигоустойчивости покрытия.

Оценивая влияния рассматриваемых факторов на величину коэффициента вязкой податливости у и вязкости практически не разрушенной структуры т]и было отмечено возрастание деформационной устойчивости холодного асфальтобетона, содержащего каучук и дивинилстирольный термоэластопласт. Наиболее интенсивно снижает у добавка каучука типа СКС в количестве 4 % по массе. Еще более заметное влияние оказывает полимеры на величину т]„ увеличивая показатель в 1,5-2,0 раза в сравнении с холодным асфальтобетоном на традиционном жидком битуме. Изменение отношения кинетических характеристик Р,/Р2 при введении полимерных добавок свидетельствует о росте упругих деформаций и значительном повышении сдвигоустойчивости холодного асфальтобетона.

Эксперименты показали, что в модифицированном холодном асфальтобетоне произошли значительные структурные изменениях в битумных пленках на минеральных зернах. Это подтверждает гипотезу, что добавки полимеров позволили получить более прочные битумные пленки. Количественное содержание щебня и минерального порошка в минеральном остове менее значительно сказывается на величине показателей в сравнении с влиянием добавок полимеров.

В третьей главе показано, что жидкие модифицированные битумы отличаются повышенной температурой размягчения остатка. В наибольшей степени это характерно для жидкого модифицированного битума на основе ДСТ 30-01, где температура размягчения возросла на 20,5 "С.

Установлено, что введение адгезионной добавки «Мобит» в исходный битум в 1,6 раза увеличивает его истинную вязкость и в 1,7 раза усталостную долговечность. Жидкое битумно-полимерное вяжущее марки СГ 130/200 имеет показатель усталостной долговечности - 5000 циклов, что в 5 раз больше, чем у исходного вязкого битума, т.е. жидкий модифицированный битум характеризуется повышенной усталостной долговечностью (табл.3).

Таблица 3

Влияние каучука типа СКС и ПАВ на реологические характеристики

и усталостные свойства жидкого битумно-полимерного вяжущего

№ т/г Вяжущее, содержание добавки Истинная вязкость при 50°С, Па сек Площадь гранитного щебня покрытого битумом после кипячения, % Число циклов знакопеременной нагрузки до разрушения битумной пленки

БНД 60/90 75 90 1000

БНД 60/90+ «Мобит» 125 95 1700

СГ 130/200 СКС + «Мобит» 18 95 Более 5000

Для оптимизации состава модифицированной холодной асфальтобетонной смеси было при помощи математического планирования эксперимента было исследовано влияние структурообразующих факторов: количества жидкого битумно-полимерного вяжущего, содержания полимера в вяжущем, гранулометрического состава смеси.

Для холодного асфальтобетона с высоким содержанием щебня (до 50 %) и пониженным содержанием минерального порошка высокие значения предела прочности на сжатие при 20 °С достигаются при содержании каучука в вяжущем в количестве 3 % по массе. Для составов холодного асфальтобетона с меньшим содержанием щебня только увеличение содержание каучука до 3,5 % по массе в вяжущем позволяет повысить прочность асфальтобетона.

Наилучшие показатели водостойкости вне зависимости от состава минеральной части установлены у смесей с более высоким содержанием каучука.

В четвертой главе приведены результаты исследований по разработке технологии получения жидкого вяжущего, оценке эффективности и опытному применению холодного модифицированного асфальтобетона. Расчет экономического эффекта позволил установить, что за счет применения холодного мо-

дифицированного асфальтобетона при ремонте асфальтобетонных покрытий можно получить ожидаемый экономический эффект в размере 101659,86 руб. руб. на один приведенный километр автомобильной дороги.

ВЫВОДЫ

1. Обоснована целесообразность применения холодных модифицированных асфальтобетонных смесей, а также модификаторов - полимеров типа СБС или синтетических каучуков, взамен традиционных холодных смесей на разжиженных битумах для повышения межремонтного срока службы асфальтобетонных покрытий.

2. Экспериментально-теоретически обоснована возможность удлинения срока службы холодного асфальтобетона в дорожном покрытии до 4-х лет с учётом неравномерности приложения транспортной нагрузки и реологических свойств материала.

3. Установлено, что применение полимерных модификаторов повышает усталостную долговечность холодного асфальтобетона при непрерывном действии транспортной нагрузки до разрушения в 1,3-1,4 раза в сравнении с традиционным материалом на жидком нефтяном битуме.

4. Установлено, что применение добавок полимеров для модификации жидких битумов позволяет повысить физико-механические свойства вяжущего и увеличить его усталостную долговечность в пять раз в сравнении с исходным вязким битумом.

5. Экспериментально установлено, что совместное применение полимерных модификаторов и адгезионных добавок позволяет повысить предел прочности на сжатие при 20 °С холодного асфальтобетона в 1,8 раза, а водостойкость в 1,4 раза в сравнении с традиционным материалом.

6. Определены рецегпурно-технологические параметры приготовления жидкого битумно-полимерного вяжущего и холодных модифицированных асфальтобетонных смесей. Подобраны составы холодных модифицированных асфальтобетонных смесей с минимальным значением слеживаемости, среди которых наилучшие значения у смесей с применением полимера типа СБС.

7,Определена технико-экономическая эффективность применения холодного модифицированного асфальтобетона, что позволит повысить срок службы отремонтированного участка покрытия в 4 раза и получить экономический эффект в размере более 100 тысяч рублей на один приведённый километр автомобильной дороги.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Михайлов, A.A. Холодный асфальтобетон на жидком битумно-каучуковом вяжущем. /А.А.Михайлов, Ю.И.Калгин //Строительные материа-ЛЫ.-2007.- №12. - С.38-40.

2. Михайлов, A.A. Усталостная долговечность модифицированного холодного асфальтобетона при воздействии интенсивных транспортных нагрузок

/А.А.Михайлов, Ю.И. Капгин, A.B. Лобода //Научный Вестник ВГАСУ «Строительство и архитектура». - 2012. № 4 (24). С. 85-95.

3. Михайлов, A.A. Эксплуатационные свойства и технологические показатели холодного полимерасфальтобетона для ремонта дорожных покрытий/

A.А.Михайлов, Ю.И. Калгин //Научный Вестник ВГАСУ «Строительство и архитектура» . - 2012. № 4 (24). С. 96-102.

Публикации в других изданиях

1. Патент РФ № 2270846, МПК7 C08L 95/00 C09D 195/00 С04В 26/26 «Способ приготовления битумно-каучукового вяжущего». Заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. арх.-строит. ун-т. Авторы: Калгин Ю.И., Алферов

B.И., Михайлов A.A., Строкин А.С.-№ 2004124336/04(026204); заявл. 09.08.04 г., опубл. 27.02.06, Бюл. № 6.

2. Михайлов, A.A. Исследование свойств полимерно-битумного вяжущего на основе модификатора ТС 1-32 и возможность его использования в асфальтобетоне /A.A. Михайлов// Материалы международной студенческой научно-технической конференции: Сборник тезисов докладов. - Белгород: изд-во БелГТАСМ, 2001 г.- 4.1, стр. 259.

3. Михайлов, A.A. Холодные асфальтобетонные смеси с повышенными физико-механическими свойствами на жидких битумно-каучуковых вяжущих /В.П. Лаврухин., Ю.И. Калгин, A.A. Михайлов // Новые технологии и материалы, применяемые при содержании автомобильных дорог: Материалы научно-практического семинара. - Ростов-на-Дону, РГСУ, 2002 г, с.54-59.

4. Михайлов, A.A. Современные технологии получения холодных асфальтобетонных смесей с повышенными физико-механическими свойствами /В.П. Лаврухин, Ю.И. Калгин, A.A. Михайлов//Актуальные вопросы строительства: Материалы Всероссийской научно-технической конференции,- Мордовский госуниверситет, г. Саранск, 2002 , с.398-401.

5. Михайлов, A.A. Холодные битумоминерапьные ремонтные материалы на битумно-каучуковом вяжущем /Ю.И. Калгин, A.A. Михайлов//Материалы научно-практической конференции «Дороги Башкирии-2003», Изд-во ГУП ИНХП, Уфа, 2003, с.40-46.

6. Михайлов, A.A. Физико-механические свойства холодных битумомине-ральных материалов на основе модифицированных жидких битумов /Ю.И. Калгин, A.A. Михайлов, Н.И.Свиридова// Проблемы строительного и дорожного комплексов: Материалы 2-й международной научно-технической конференции. (Брянск, 11-13 ноября 2003 г.).-БГИТА, 2004 г., с.85-89.

7. Михайлов, A.A. Физико-механические свойства и усталостная долговечность холодных битумоминеральных материалов на основе модифицированных жидких битумов /Ю.И. Калгин, A.A. Михайлов// Научный вестник ВГАСУ. Серия: дорожно-транспортное строительство. Воронеж, выпуск № 2, 2004 г., с. 146-149.

8. Михайлов, A.A. Реологические характеристики холодного асфальтобетона на основе модифицированных жидких битумов./А.А.Михайлов, Ю.И. Кал-

гин //Материалы научной конференции «33 Огаревские чтения», 4.2, Естественные и технические науки /Изд-во Мордовского госуниверситета, г. Саранск, 2005 г., с. 274-280.

МИХАЙЛОВ АЛЕКСЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ МЕЖРЕМОНТНОГО СРОКА СЛУЖБЫ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА НА МОДИФИЦИРОВАННОМ БИТУМЕ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

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

Подписано в печать 05.11.2013. Фомат 80x64 1/16. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №476..

Отпечатано: отделом оперативной полиграфии издательства учебной литературы и учебно-методических пособий Воронежского ГАСУ 394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

__X.

04201 4531 07 ТГ^^

На прс

правах рукописи

Михайлов Алексей Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ МЕЖРЕМОНТНОГО СРОКА СЛУЖБЫ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА НА МОДИФИЦИРОВАННОМ БИТУМЕ

специальность 05.23.11 - «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ю.И. Калгин

ВОРОНЕЖ-2013

Содержание

Введение. Состояние проблемы, цель и задачи исследований..........................5

Глава 1 Анализ эффективности применения холодного асфальтобетона для строительства и ремонта дорожных покрытий и предпосылки повышения его качества............................................................................................................12

1.1 Применение в отечественном и зарубежном дорожном строительстве жидких вяжущих материалов и холодных асфальтобетонов на их основе 12

1.2 Анализ технологий ремонта асфальтобетонных покрытий с применением асфальтобетонных смесей........................................................17

1.3 Структура и свойства традиционного холодного асфальтобетона на основе разжиженных вязких битумов и пути повышения его качества......22

1.4 Методы исследований и характеристика применяемых материалов.. 37

1.4.1 Битумы..............................................................................................40

1.4.2 Модифицирующие высокополимерные добавки.........................42

1.4.3 Адгезионные добавки.....................................................................44

1.4.4 Растворители и разжижители.........................................................45

1.4.5 Инертные материалы, применяемые при приготовлении холодных асфальтобетонных смесей..........................................................45

Выводы по главе 1.............................................................................................47

Глава 2 Прогнозирование срока службы холодного асфальтобетона на основе жидкого полимерно-битумного вяжущего в процессе эксплуатации в дорожных покрытиях............................................................................................48

2.1 Экспериментальная оценка усталостной долговечности холодного модифицированного и традиционного асфальтобетона...............................48

2.2 Закономерности изменения эксплуатационного состояния и прогноз срока службы холодного асфальтобетона в дорожном покрытии с учётом неравномерности приложения транспортной нагрузки и реологических свойств материала.............................................................................................55

2.3 Расчет срока службы холодного асфальтобетона в дорожном покрытии с учетом неравномерности приложения транспортной нагрузки по полосе движения...........................................................................................60

2.4 Учет процессов релаксации напряжений в холодном асфальтобетоне. .......................................................................................65

2.5 Экспериментальное исследование реологических характеристик холодного асфальтобетона...............................................................................69

Выводы по главе 2.............................................................................................76

Глава 3 Повышение качества жидкого битума и холодного асфальтобетона на его основе..........................................................................................................77

3.1 Исследование жидких битумно-полимерных вяжущих, полученных разжижением вязких нефтяных битумов растворами полимеров...............77

3.2 Подбор состава и исследование физико-механических свойств холодных асфальтобетонов, содержащих полимерные модификаторы.....90

3.2.1 Предел прочности при сжатии при температуре 20°С................96

3.2.2 Предел прочности при сжатии при температуре 50°С................97

3.2.3 Коэффициент длительной водостойкости....................................97

3.3 Определение рецептурно-технологических параметров приготовления холодной модифицированной асфальтобетонной смеси, приготовленной с использованием синтетического каучука типа СКС, термоэластопласта ДСТ 30-01 и поверхностно-активных веществ............................................103

Выводы по главе 3...........................................................................................108

Глава 4 Оценка эффективности применения холодного асфальтобетона на основе жидкого битумно-полимерного вяжущего для улучшения качества асфальтобетонных покрытий.............................................................................110

4.1 Принципиальная схема технологического процесса приготовления жидкого битумно-полимерного вяжущего...................................................110

4.2 Опытное применение холодного асфальтобетона на основе жидкого битумно-полимерного вяжущего для ремонта асфальтобетонных покрытий

......................................................................................115

4.3 Технико-экономическая эффективность внедрения технологии ремонта дорожных покрытий с применением холодного модифицированного асфальтобетона............................................................118

4.4 Выводы по главе 4..................................................................................125

Общие выводы............................................................................125

Список литературы..............................................................................................127

Введение. Состояние проблемы, цель и задачи исследований. Актуальность темы: Наиболее широко применяемым материалом для строительства покрытий автомобильных дорог в настоящее время и на ближайшую перспективу остаётся асфальтобетон. Рост интенсивности и грузонапряженности автомобильного движения приводит к ускоренному процессу разрушения асфальтобетонных покрытий, основным видом которого являются выбоины. Указанное разрушение покрытий возникает практически круглогодично, но особенно интенсивно в переходные периоды года. Однако устранение выбоин выполняют, как правило, в теплое время года. Несвоевременность проведения работ по ямочному ремонту асфальтобетонных покрытий приводит в дальнейшем к резкому усилению процесса разрушения не только покрытия, но и нижележащих конструктивных слоев дорожной одежды, что значительно снижает срок службы дорожной конструкции и безопасность дорожного движения. Несвоевременность в проведении работ по устранению выбоин в неблагоприятные периоды года объясняются погодными факторами. В условиях пониженных температур воздуха, высокой влажности затруднена «приживаемость» ремонтного материала к покрытию, в связи, с чем применение технологий ремонта асфальтобетонных покрытий традиционными холодными асфальтобетонными или эмульсионно-минеральными смесями не позволяет качественно отремонтировать покрытие в неблагоприятные периоды года. Анализ применения указанных технологий показывает, что через один год эксплуатации на отремонтированных покрытиях вновь требуется проведения ремонтных работ в виду разрушений в местах сопряжения покрытия и ремонтной карты или по причине накопления дефектов в ремонтном материале.

Повышение срока службы покрытий автомобильных дорог - задача актуальная и решить её можно, в частности, и за счет широкого применения новых технологий и нетрадиционных дорожно-строительных материалов, позволяющих повысить качество и темпы ремонта дорожных одежд.

Отличительной особенностью холодной асфальтобетонной смеси является возможность ее продолжительного хранения и неограниченная дальность транспортировки, а также возможность производить работы по устройству и ремонту асфальтобетонных покрытий при пониженных температурах воздуха. Именно эти обстоятельства позволяют отнести холодный асфальтобетон к перспективным материалам, улучшение качества которых позволит значительно повысить эффективность дорожно-ремонтных работ. Использование холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий является одной из реальных альтернатив применения горячего или литого асфальтобетона. Применение холодных асфальтобетонных смесей в нашей стране неоправданно ограниченно, в первую очередь по причине недостаточных физико-механических показателей применяемых при их изготовлении жидких битумов. Для того чтобы обеспечить оптимальные сроки службы дорожной одежды и качественный своевременный её ремонт, в первую очередь, необходимо применять дорожные жидкие битумы, отвечающие современным условиям работы дорожного покрытия, для чего следует использовать модификацию битумов специальными добавками, повышающими прочность и другие характеристики холодных асфальтобетонов.

Разработка технологии применения и составов модифицированных холодных асфальтобетонов, исследование эксплуатационных характеристик и долговечности асфальтобетонных покрытий, отремонтированных модифицированными холодными смесями, имеет большую актуальность, учитывая современные задачи дорожной отрасли повышения эффективности дорожно-ремонтных работ и сокращения финансовых затрат при содержании и ремонте дорожных покрытий.

Цель диссертационной работы - повышение эксплуатационных характеристик, долговечности и увеличение межремонтных сроков асфальтобетонных покрытий, разработка составов и исследование свойств эффективного холодного модифицированного асфальтобетона

для ремонта дорожных покрытий. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать усталостную долговечность холодного модифицированного асфальтобетона в режимах имитирующих процесс эксплуатации асфальтобетона в дорожном покрытии и определить срок его службы;

- обосновать целесообразность применения холодных модифицированных асфальтобетонных смесей на основе жидких битумно-полимерных вяжущих взамен традиционных холодных смесей на разжиженных битумах для повышения качества ремонта и срока службы асфальтобетонных покрытий, получения холодного асфальтобетона с повышенными физико-механическими свойствами;

- исследовать влияние полимерных модификаторов и поверхностно-активных веществ на свойства холодных асфальтобетонов и выявить основные рецептурно-технологические факторы, определяющие свойства холодного модифицированного асфальтобетона;

- разработать составы холодных модифицированных асфальтобетонов, отличающихся незначительной слёживаемостью для длительного хранения холодной смеси и хорошей удобоукладываемостью;

- определить технико-экономическую эффективность применения холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий.

Научная новизна.

- впервые разработаны физико-математические модели, имитирующие процесс усталостного разрушения, эксплуатационного состояния холодного модифицированного асфальтобетона в дорожном покрытии, позволяющие определить его межремонтный срок службы;

- впервые получен прогноз срока службы холодного модифицированного асфальтобетона в покрытии, отличающийся тем, что оценка эксплуатационного состояния учитывает реологические свойства материала и неравномерность транспортной нагрузки;

- экспериментально-теоретически установлены закономерности, учитывающие режимы приложения транспортной нагрузки, изменения эксплуатационного состояния дорожного асфальтобетонного покрытия после проведения его ремонта холодными смесями и теоретически обоснована за счёт применения эффективного холодного модифицированного асфальтобетона возможность удлинения до 4-х лет межремонтного срока покрытия автомобильных дорог с интенсивными транспортными нагрузками;

- экспериментально получены зависимости изменения физико-механических и технологических свойств холодных модифицированных асфальтобетонов от вида и содержания применяемого полимерного модификатора и поверхностно-активного вещества, а также состава минеральной части холодной асфальтобетонной смеси;

- экспериментально определен показатель усталостной долговечности холодного модифицированного асфальтобетона в процессе эксплуатации в покрытии автомобильных дорог с интенсивными транспортными нагрузками, что позволило установить повышение показателя при непрерывном действии транспортной нагрузки до разрушения в 1,3-1,4 раза в сравнении с традиционным холодным асфальтобетоном на жидком нефтяном битуме.

Практическое значение работы:

- определены рецептурно-технологические параметры приготовления жидкого битумно-полимерного вяжущего и полученных на его основе холодных модифицированных асфальтобетонных смесей;

- разработаны эффективные составы холодного модифицированного асфальтобетона, что позволило значительно улучшить его физико-механические и технологические показатели в сравнении с традиционным материалом на жидком битуме;

- обоснована экономическая эффективность применения холодного модифицированного асфальтобетона для ремонта дорожных покрытий,

что позволяет в сравнении с традиционными холодными технологиями повысить срок службы отремонтированного участка покрытия в 3-4 раза и получить экономический эффект в размере более 100 тысяч рублей на один приведённый километр автомобильной дороги. Реализация работы. Основные результаты проведенных исследований включены в отраслевой методический документ «Временные рекомендации по применению холодных асфальтобетонов с добавками полимеров», рекомендованных для опытного применения письмом Росавтодора № ОС - 28/49 -ИС от 05.01.2004 г.

Опытное применение разработанных составов холодного асфальтобетона, содержащего полимеры, было осуществлено при выполнении дорожно-ремонтных работ на км 506 + 000 автомагистрали М 4 «Дон».

Результаты теоретических исследований в области модификации полимерами жидких битумов и холодных асфальтобетонных смесей включены в состав учебной дисциплины «Технология и организация строительства автомобильных дорог» для студентов Воронежского ГАСУ, обучающихся по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы».

Достоверность результатов исследований, научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается объёмом выполненных теоретических и экспериментальных исследований, использованием математических моделей, адекватность которых была подтверждена результатами экспериментальных исследований и данными, полученными в натурных условиях.

Научная значимость заключается в разработке теоретических и практических основ повышения качества ремонта и срока службы дорожных покрытий холодными модифицированными асфальтобетонами.

Основные положения, выносимые на защиту. Научное обоснование эффективности применения модифицированных холодных асфальтобетонных смесей для повышения качества ремонта и срока службы асфальтобетонных покрытий;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований по изучению усталостной долговечности холодного модифицированного асфальтобетона в режимах имитирующих процесс эксплуатации асфальтобетона в дорожном покрытии, выявленные закономерности изменения эксплуатационного состояния холодного асфальтобетона в покрытии с учётом неравномерности приложения транспортной нагрузки и реологических свойств материала;

- обоснование рациональных границ варьирования основных рецептурных и технологических факторов в составах жидкого полимерно-битумного вяжущего, холодных модифицированных асфальтобетонных смесей, позволяющих повысить эксплуатационные характеристики асфальтобетона и срок службы отремонтированных дорожных покрытий;

- обоснование применения вида и содержания полимерного модификатора, поверхностно-активного вещества, а также состава минеральной части смеси для повышения физико-механических, эксплуатационных и технологических свойств холодного асфальтобетона.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на студенческой научно-технической конференции (Белгород,

2001 г.); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 40-летию строительного факультета Мордовского госуниверситета (Саранск,

2002 г.); научно-практическом семинаре «Новые технологии и материалы, применяемые при содержании автомобильных дорог» (РГСУ, Ростов-на-Дону, 2002 г.); специализированной конференции «Дороги Башкирии - 2003 г.» (Министерство строительства, архитектуры и транспорта республики Башкирии, ГУП «Институт нефтехимпереработки»); 2-й международной научно-технической конференции «Проблемы строительного и дорожного комплексов» (г. Брянск, 2003 г.); научно-практических конференциях Воронежского Г АСУ (2002-2012 г.г.), а также на заседаниях кафедры строительства и эксплуатации автомобильных дорог Воронежского ГАСУ (2002-2013

г.)

Публикации: по теме диссертации опубликовано 11 научных работ. Три работы опубликованы в изданиях, включённых в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные результаты диссертации. В работе [1] рассмотрены вопросы обоснования вида и содержания полимерного модификатора, поверхностно-активного вещества, а также состава минеральной части смеси для повышения физико-механических, эксплуатационных и технологических свойств холодного асфальтобетона; в работе [2] представлены результаты экспериментальны