автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Технология строительства лесовозных дорог из щебеночно-мастичных асфальтобетонов с отсевами дробления известняков

Вайнштейн Евгений Викторович

ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЛЕСОВОЗНЫХ ДОРОГ ИЗ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ С ОТСЕВАМИ ДРОБЛЕНИЯ ИЗВЕСТНЯКОВ

Специальность 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 з ЛЕК ?Щ

Йошкар-Ола 2010

004618811

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Марийский государственный технический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Салихов Мухаммет Габдулхаевич ГОУ ВПО «Марийский государственный технический университет»

доктор технических наук, профессор Савельев Валерий Владимирович Чебоксарский политехнический институт (филиал) ГОУ ВПО «Московский государственный открытый университет»

кандидат технических наук, доцент Ильина Ольга Николаевна ФГОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»

ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Защита диссертации состоится «28» декабря 2010 г. в 9 час. ЗОмин. на заседании диссертационного совета Д 212.115.02 при Марийском государственном техническом университете по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина 3, МарГТУ, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МарГТУ Автореферат разослан «Л £у> ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

П.Ф. Войтко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А1сгуальность темы. Транспортное освоение лесных массивов связано со строительством автомобильных дорог. В настоящее время особое внимание необходимо уделять современным материалам и технологиям с целью обеспечения круглогодичного безопасного движения лесовозных автопоездов на лесовозных автодорогах. Одним из наиболее перспективных материалов для строительства дорожных покрытий является щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА), который обеспечивает высокий коэффициент сцепления с колесом автомобиля, высокое сопротивление постоянной деформации, долговечность, и снижение расходов на обслуживание. Особенностью структуры ЩМА является наличие щебеночного каркаса, в котором все пустоты между щебнем заполнены смесью битума с дробленым песком, минеральным порошком и стабилизирующей добавкой. Большой интерес представляет исследование возможности использования в составе смеси добавки отсевов дробления известняковых (ОДИ) пород, которые в РМЭ имеются в большом количестве, взамен отсевов дробления изверженных пород, минерального порошка и стабилизирующей добавки. Применение ЩМА с ОДИ в покрытиях лесовозных дорог может обеспечить необходимое качество, долговечность дороги и снизить себестоимость строительства. Это может решить проблему утилизации отходов дробления известняков и улучшить экологическую обстановку в регионе.

Цель работы. Разработка составов, технологии приготовления и укладки щебеночно-мастичного асфальтобетона с отсевами дробления известняков в покрытиях лесовозных дорог.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является конструкция лесовозной автомобильной дороги. Предметами исследования являются щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси и отсевы дробления известняковых пород.

Методы исследования. Математическая статистика, теория планирования эксперимента, испытание строительных материалов, микрофотографирование структуры. Прикладные программные пакеты MS Exel, MS Word, Corel Draw 13, Photoshop CS3, Plaxis 3d tunnel.

Научная новизна заключается в разработке щебеночно-мастич-ных асфальтобетонов для покрытий лесовозных автомобильных дорог повышенной теплоустойчивости:

- методика определения структуры ЩМА с заменой компонентов (стабилизирующей добавки, дробленого песка изверженных пород и минерального порошка) отсевами дробления известняков;

- результаты испытаний физико-механических свойств с оценкой количественных и качественных показателей ЩМА с ОДИ в лабораторных и производственных условиях;

- методика и результаты экспериментов, отличающихся установлением температурной устойчивости ЩМА с ОДИ;

- особенности технологий производства и укладки ЩМА с ОДИ с обоснованием коэффициента запаса на уплотнение, продолжительности перемешивания и уплотнения и норм расхода материала.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Методика определения области рационального состава смеси и формирование структуры ЩМА с ОДИ.

2. Результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств ЩМА различных составов в виде регрессионных зависимостей, дающие возможность находить прочностные характеристики и показатель водонасыщения.

3. Методика и результаты экспериментов по установлению температурной устойчивости ЩМА, позволяющие прогнозировать долговечность покрытий лесовозных автомобильных дорог в наиболее жаркий период года.

4. Технологии производства ЩМА с ОДИ и строительства покрытия лесовозной дороги.

Научная и практическая значимость. Научная значимость заключается в разработке методики структурообразования с учетом физико-химических процессов на разделах фаз мелкодисперсной части ЩМА с ОДИ и полученных регрессионных зависимостей процентного содержания битума и удельного давления при уплотнении.

Практическая значимость состоит в разработке технологий производства и укладки ЩМА с ОДИ в покрытие лесовозной автодороги. При внедрении результатов исследований ЩМА с ОДИ для покрытий лесовозных дорог увеличивается срок службы, уменьшаются капитальные вложения на содержание, и снижается себестоимость строительства лесовозных дорог.

Достоверность результатов исследований. Достоверность исследований подтверждается современными методами планирования эксперимента, статистической обработкой полученных результатов с подтверждением ее достоверности и апробацией в производственных условиях.

Личное участие автора в получении результатов. Под его руководством проводились исследования: дорожно-строительных материалов, разработка составов ЩМА с ОДИ и предложены особенности тех-

нологии строительства покрытий. Автором произведены обработка данных, анализ и обобщение результатов исследований.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования внедрены при капитальном ремонте покрытия на автомобильной дороге Йошкар-Ола - Козьмодемьянск - Чебоксары. Экономический эффект составил, в ценах 2010 г., 335 р./т и 612 т. р./км. Результаты исследований внедрены в учебный процесс МарГТУ по специальности 270205 «Автомобильные дороги» при дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях Марийского государственного технического университета (Йошкар-Ола, 2006...2010), III всероссийской научной конференции «Современные проблемы науки и образования» (Москва, 2008), международной научно-практической конференции ассоциации исследователей асфальтобетона Московского автомобильно-дорожного института (ГТУ) (Москва, 2010), на всероссийских научно-практических конференциях «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплекса» (Йошкар-Ола, 2007, 2009), международной конференции «Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность, мониторинг и технологии по адаптации» (Йошкар-Ола, 2010), международной научно-практической конференции «Инновации в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды» (Пермь, 2010).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 работах общим объемом 1,87 п.л. (авторских - 0,9 п.л.), в т.ч. три статьи - в научных журналах из них две статьи - в гаданиях, рекомендуемых ВАК РФ (0,5 п.л.), авторский вклад - 41 %, шесть статей - в материалах международных и всероссийских конференций (1 п,л.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и 25 приложений. Основное содержание работы изложено на 185 стр., в том числе 84 рисунка и 34 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертации, сформулированы ее цели, научная новизна, выносимые на защиту положения, научная и практическая значимость, личный вклад автора.

В первой главе рассматриваются проблемы дорожно-транспортных условий перевозки лесоматериалов, зарубежный и российский опыт применения асфальтобетонных покрытий в конструкциях дорожных одежд.

Вопросами организации работ лесовозных автопоездов занимались многие ученые, такие как В.И. Алябьев, B.C. Гончаров, В.В. Савельев, М.Ю. Смирнов и др. Работы посвящены проблеме формирования автопоездов и определения их рейсовой нагрузки.

Проведенные исследовательские работы в области асфальтобетона и ЩМА занимались ученые И.В. Королев, Л.Б. Гезенцвей, М.Г. Сапихов, Г.Н. Кирюхин, Л.А. Горелышева и др., которые разработали способы проектирования состава, некоторые его закономерности на основных сырьевых материалах, таких как, дробленый песок, минеральный порошок, стабилизирующая добавка. Однако, наличие месторождений известняковых пород в РМЭ позволяет предполагать, что разработка щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей в покрытиях лесовозных дорог можно вести путем использования местных материалов. В практике исследования структурообразующих компонентов ЩМА недостаточно изучено использование отсевов дробления щебня известняковых пород, взамен отсевов дробления щебня прочных пород, минерального порошка и стабилизирующей добавки. В конце главы приведены задачи исследования.

Во второй главе разработаны составы щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей (таблица) и изучены микроструктуры ЩМА. Виды ЩМА приведены в таблице.

Таблица

Виды смесей

№ Вид смеси Заполнители, %

щебень Ml400, (Щ)из-верж. пород отсев дробления щебня (ОДЩ) М 1200 отсев дробления щебня (ОДИ) М 400 мин. порошок (МП) стабилизир. добавка Viatop-66

1 № 1 ЩМА = Щ+ОДЩ +МП+ Viatop 77,0 12,2 10,8 0,5

2 № 2 ЩМА = Щ+ОДИ + +Viatop 72,7 27,3 0,5

3 №ЗЩМА = Щ+ОДИ 72,7 - 27,3 - -

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что подбор зернового состава минеральной части смесей ЩМА-20 соответствует ГОСТ 31015-2002. Теоретическими предпосылками и обоснованием решаемой проблемы представляется поиск путей нахождения и объяснения механизмов обеспечения стабильности микроструктуры ЩМА с ОДИ взамен отсевов дробления щебня, минерального порошка и стабилизирующей добавки. Основанием для такой замены являются физико-

химические процессы на разделах фаз мелкодисперсной части. Для проверки теоретических предположений проведено изучение микроструктуры путем фотографирования шлифов образцов различных составов с 80-, 500- и 1000-кратным увеличением при помощи сканирующего зон-дового микроскопа «Ntegra Ргита». На рис. 1 приведена микроструктура шлифов ЩМА вида № 1 и № 3. Фотографии шлифов с 500 кратным увеличением показывают, что асфальтовое вяжущее в ЩМА с ОДИ представляет более однородную массу во всем межзерновом пространстве, чем у классического ЩМА (вид № 1). У последнего на границах разделов фаз «щебень - асфальтовое вяжущее» имеется зона более светлой окраски толщиной порядка 25 - 30 мкм. Предположительно, эта зона расположения пленки свободного (несвязанного) битума, удерживаемой стабилизирующей добавкой.

Щ+ОДЩ+ МП+Viatop + 6,0% Би тума;

500 Щ+ОДИ

+ 7,0%

Битума;

шкала

10 мкм

Рис. 1. Микроструктура шлифов ЩМА вида № I и № 3

Проведены расчеты значений площади поверхности разделов фаз между карбонатными частицами и битумом для двух составов из расчета объема ЩМА в 1 см3. Для ЩМА вида №1 в 1 см3 ЩМА площадь внешней поверхности минерального порошка Si = 1262,5 см2. При средней толщине ориентированной части пленки битума hop = 60...80 мкм объем ориентированной части битума Vop составит 0,0568...0,2146 см3. Масса ориентированной части битума при его плотности 5биг = 0,995 г/см3 составит 0,0565...0,2136 г или 37,4...100 % от всей массы битума. Это говорит об устойчивости ЩМА при высоких температурах не менее 37,4 % битума.

Для ЩМА вида №3: в 1 см3 ЩМА общая площадь поверхностей отсевов дробления известняка S2 =1136,49 см2. При средней толщине ориентированной части пленки битума hop = 60...80 мкм объем ориентированной части битума составит Vop = 0,0511. ..0,1932 см3. Тогда масса ориентированной части битума при его плотности 6бИТ — 0,995 г/см3 составит 0,0565...0,2136 г, что составляет 35,9...100 % от всей массы битума. Это говорит о том, что в ЩМА при высоких температурах удержится не менее 35,9 % битума.

Таким образом, можно заключить об удовлетворительной устойчивости при высоких температурах ЩМА с использованием отсевов дробления карбонатных известняковых пород.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств щебеночно-мастичных асфальтобетонов на отсевах дробления щебня М-1200 и М-400. Исследованы образцы, показанные в табл.1. Содержание битума в ЩМА составило: для вида № 1 - 5,5... 7,0 %; вида № 2 - 5,5... 7,5 %; вида № 3 - 5,5.. .9,0 %.

Результаты испытаний приведены на рис. 2...5.

в

§

с

со

16,9 п\4 8 1

4,4) 3 ?3,5

V 4° * '-- Г" 1

) 1 "в 1$Г? !з и

5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 Содержание битума, %

Рис. 2. График зависимости водопасыщения от содержания битума:

—ЩМА=Щ+0ДЩ+МП+У|зЮр —В— ЩМА=Щ+ОДИ+У1аЮр —6— ЩМА=Щ+ОДИ

2 1,5

I 1

О •Г)

х 0 &

5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 Содержание битума, %

Рис. 4. График зависимости предела прочности при сжатии образцов при 50 °С от содержания битума:

-»— ЩМЛ=Щ+ОДЩ+МЛ+УЫор

—»— ЩМА - Щ+ОДИ + УЫор —й— ЩМА =Щ+ОДИ

а я

5 ° о

а я

5 &

4

3,23 3

2

1

0

1 Т,§г! ¿51 з в Чм

»3,41 рбЪ^27. ,3,3

.п : 22Т

! 1

| |

3

а С

1, 1 291 8 1, (2 з 1,е 1,48 5 1,52 1,1

1,5

°1 >0,75

5,5 6, 6,5 7 7,5 8 8,5 Содержание битума, %

Рис. 3. График зависимости предела прочности при сжатии образцов при 20 °С от содержания битума:

-О-ЩМА=Щ'ОД1Ц+МП+У1аЮр

—И— ЩМА=Щ+ОДИ+У1аюр —А— ЩМА-Щ+ОДИ

0,350 0,300 0,250 0,200' 0,150 0,100 0,050 0,000

3 ,344- 0,2^ |30,28

4ЕДО

^П Г 6

[......... Г..Г1

5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 Содержание битума, %

Рис. 5. График зависимости изменения сцепления от содержания битума:

■ О ЩМА=1Ц+ОДЩ+МП+УЫор —•— ЩМА-ЩЮДИ+УЫор —Л— ЩМА=Щ+ОДИ

Метод определения температурной устойчивости образцов ЩМА при длительном действии нагрузки и высокой температуры заключается в определении деформации образцов под нагрузкой, равной удельному давлению от колеса автомобиля р = 0,6 МПа при температуре + 50 °С. Результаты испытаний образцов ЩМА с определением скорости деформирования представлены на рис. 6.. .9.

О 10 20 30 40 50 60 70

Время, мин Рис. 6. Сводный график зависимости деформации образцов ЩМА вида №1 от времени действия нагрузки:

И Деформация образца с 6,5% битума -А—* Деформация образца с 7%битума * Деформация образца с 5,5% битума

о

о

0,5

|Л.5

В

2 2 я

[В 2,5

I 1 3 ^3,5

4

1 : :;

ж Т 'Жт •Им |

> : <а а НИ ПН

1 ! V г > ч V 11 п

; \ ? ■ Г;1 • ! ;

5 'к! | : : : И! П м

Щ;

и | ; 1: И Мг ' ] ' 1 У | «

0 50 100 150200250300350400450500550600

0 0,5

1

,5

2 2,5

3

V

¡71 ——

Л ч

V ^

\

100 200 300 400 500 600

Время, мин Рис. 8. Сводный график зависимости деформации образцов ЩМА вида №3 от времени действия нагрузки:

---— Деформация ОДИ+5.5%

-------Деформация ОДИ+6,5% битума

--- - Деформация ОДИ+7% битума

..............Деформация ОДИ +7,5 битума

-Деформация ОДЙ+9% битума

Время, мм Рис. 7. Сводный график зависимости деформации образцов ЩМА вида №2 от времени действия нагрузки:

----- ОДИ +5,5%бятума+У|аюр

.............. ОДИ+6%6итума+Уга1ор

----ОДИ+6,5%битума+УЫор

-------ОД0+7%битума+УЫор

-ОДИ+7,5%битума+У1а*ор

"1

|0,б85

. М8

г б.об

§0.б55

«.5.05 ?

ЙО.(535

5 Ьлз

9 Ь,02 ° Ь.01

0.Й05 0

5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 Количество битума,%

Рис. 9. График зависимости скорости деформации образцов ЩМА трех видов от содержания битума: Вид №1 ЩМА=Щ+ОДЩ+МП+У" Вид Лй ЩМА=Щ+ОДИ+У" Вид №3 ЩМА=Щ+ОДИ"

Результаты экспериментальных исследований показывают, что при постоянном удельном давлении при уплотнении ЩМА с ОДИ (вид № 3) имеют определенные преимущества перед ЩМА (вид № 1). Так, при содержании битума марки БНД 90/130 в пределах 6. ..7,5 % , значения прочности при сжатии образцов при температуре г = +20 °С больше на

13...37 % и при I — +50 °С - на 20...51 %, сцепления - на 21...53 %, во-донасыщения меньше на 44...30 % и скорости деформации при высокой температуре уменьшается в пределах 2,76...20 раз. Корреляционная зависимость деформации образца от времени действия нагрузки при температуре +50 °С ЩМА с ОДИ вида № 3 для 7,5 % битума имеет вид

8 = 0,84556(1 - ехр( -0,04033? °-68289)). (1)

На основании проведенных исследований для дальнейших экспериментов выбран ЩМА вида № 3.

Далее проведены исследования влияние содержания битума и изменения величины удельного давления при уплотнении на физико-механические характеристики ЩМА с ОДИ. Графики зависимости водона-сыщения и прочности при сжатии при +20 °С от содержания битума при изменении удельного давления при уплотнении показаны на рис. 10,11:

7

Удельное давление, МПа

Рис. 10. График зависимости водонасыщения от удельного давления при уплотнении:

—•-Содержание битума - 5,5%

—В— Содержание битума - 6% —й— Содержание битума - 6,5% —*— Содержание битума - 7% —И— Содержание битума - 7,5%

-О-Содержание битума - 8%

-»— Содержание битума - 8,5%

10 20 30

Удельное давление, МПа Рис. 11. График зависимости прочности при сжатии при 1 = 20 "С от давления при уплотнении: о Содержание битума - 5,5% В ■ Содержание битума - 6,5% —А Содержание битума - 7,5%

Для образцов, уплотненных при удельном давлении 10...20 МПа, значения сдвигоустойчивости и долговечности оказались недостаточными. Области наибольшей прочности и наименьших значений водонасыщения ЩМА с ОДИ оказались при содержании битума 6,5 - 7,5 % и удельном давлении уплотнения 30...40 МПа. Для рационально подобранного состава получены регрессионные полиномиальные модели зависимости прочности при сжатии при температурах +20 и +50 °С и водонасыщения от исследуемых факторов X] и Х2. Модель подобрана при доверительной вероятности 0,95.

1. Значение прочности при сжатии при I = + 20 °С в нормализованном виде:

У^Дг+О^Х^О.КЩ-О.ЗЗХ^-О.ОЗХ^ + ОДХЛ, (2) где Х| и Х2 - нормализованное значение факторов: Х1=(Б-6,5)/1 - содержание битума в смеси, %; Х2=(Р-30)/10 - удельное давление при уплотнении, МПа. Б и Р - натуральное значение факторов.

Регрессионная модель с натуральными значениями факторов

= -О.ЗЗБ2 - 0,0008Р2 + 4,53Б - 0.005Р + 0,01БР - 12,56. (3)

2. Значения прочности при сжатии при I = + 50 °С в нормализованном виде:

У2 = 1,09 + 0,13Х, + 0,ЗЗХ2+ О,03Х12 - 0,02Х22 + 0,02Х,Х2. (4)

Регрессионная модель с натуральными значениями факторов

Ясж = 0.03Б2 - 0,0002Р2 - 0,32Б + 0,032Р + 0.002БР + 0,733. (5)

3. Водонасыщение в нормализованном виде:

Уз =3,21 - 1,15X1 - 0,97Х2 + 0.55Х,2 + 0,36Х22- 0,49Х,Х2. (6)

Регрессионная модель с натуральными значениями факторов

\ЛГ = 0,55Б2 + 0,0036Р2 - 6,83Б + 0,0055Р - 0.049БР + 30,52. (7)

Анализ уравнений (3; 5; 7) показывают, что область стабильного увеличения прочности образцов для получения сдвигоустойчивого и долговечного покрытия находится в пределах содержания битума 6,5 -7,5 % и удельном давлении 30...40 МПа, водонасыщение в пределах 1,5...4,0 % может быть получено при удельном давлении 30...40 МПа.

Для обеспечения долговечности покрытия по критерию температурной устойчивости содержание битума в ЩМА с ОДИ необходимо принять 7,0.. .7,5 % и значение удельного давления при уплотнении 40 МПа.

Для расчета конструкции дорожной одежды экспериментально установлено значение модуля упругости ЩМА с ОДЙ, которое составило при I = +20 °С Е = 1477 МПа.

Проведено экспериментальное исследование деформируемости образцов под расчетными нагрузками при высоких температурах, которые позволили предложить формулу для прогнозирования долговечности покрытия в жаркий период года.

Ь = 1/Тжар, лет, (8)

где I - время деформирования образца под нагрузкой при температуре +50 °С, мин, Тжар - общее время действия подвижной нагрузки в зависимости от интенсивности движения, мин.

В результате расчета (8) установлено, что наибольшей долговечностью, из рассмотренных 3-х видов ЩМА, обладают ЩМА с ОДИ. Срок службы покрытия при высоких температурах воздуха увеличивается.

В четвертой главе разработана конструкция дорожной одежды для лесовозной автодорога с покрытием из ЩМА с ОДИ и установлены пара-

6см

38см

34см

. Р=43см ,

ЩТТЛП р=<)-6МПа 207МПа

Еа/бя2950МПа

Еа/б=1400МПа

ШМПа || _

135МПа

метры прочности дорожной одежды от действующей нагрузки лесовозных автопоездов. За расчетный автомобиль принят лесовозный автопоезд МАЗ 509А+ГКБ-9383-011. Значение коэффициента перегруза в среднем принят: для тягача автопоезда 1,4; для прицепа - 1,3. При проектировании дорожной одежды расчетная нагрузка принята с учетом коэффициента динамичности и коэффициента перегрузки на заднюю ось тягача - 178 кН, расчетный диаметр следа колеса движущегося автомобиля - 43 см.

Конструкция дорожной одежды приведена на рис. 12. Выбранная конструкция (рис. 12) удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу, сдвигу в грунте земляного полотна и песчаном подстилающем слое, а также сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе. Коэффициент прочности конструкции дорожной одежды выше требуемого в 1,3 раза за счет применения в верхнем слое покрытия лесовозной автодороги ЩМА.

Влияние параметров лесовозных автопоездов и их расстановку на автодороге при определении максимальных касательных напряжений и вертикальных перемещений в покрытии, основании автодороги, рабочем слое земляного полотна и в теле насыпи на глубине 84-200 см от поверхности покрытия, рассчитанные методом конечных элементов по программному комплексу «РЬАХК», представлены на рис. 13,14:

£щеб=26СМПа

Епесиа-ЮОМПа -

бемаа

43МПа

,Сутинок тяжелый

Егруита=43МПа

Рис. 12. Конструкция дорожной одежды

45 45,5 46 46,5 47 47,5 48 48,5 49 49,5 50 50,5 51 51,5 52 52,5 53 53,5 54 54,5 55 Координаты точек поверхности дорожного полотнам, м

Рис. 13. График вертикальных перемещений точки от нагрузки на вторую ось лесовозного автопоезда (вариант 1):

1—С—- Вертикальные перемещения на покрытии автодорогой, мм —О— Вертикальные перемещения в основании автодороги, мм -А1" Вертикальные перемещения в рабочем слое грунта земполотна, мм

Рис. 14. График максимальных касательных напряжений от нагрузки на вторую ось лесовозных автопоездов (вариант 1):

• асфальтобетонное покрытие —щебеночное осноаанне

—6—рабочий слой грунта земполотна —И— грунт земляного полотна

Значение расчетного активного напряжения сдвига в грунте земляного полотна по ОДН 218.046 - 2001 составило тфрасч = 0,0123 МПа, а фактическое значение касательных напряжений от расстановки двух лесовозных автопоездов (рис. 14) ТфЭКСП = 0,008 МПа. Коэффициент прочности по сдвигу в грунте земляного полотна составил Кпр = 1,53.

В пятой главе рассмотрены особенности технологии приготовления и укладки ЩМА с ОДИ. Технологические параметры приготовления ЩМА с ОДИ отличаются от общепринятых: 1) выбором гранулометрического состава отсевов дробления известняков с содержанием фракций менее 0,071 мм - 29 %; 2) время «сухого» перемешивания замеса увеличивается до 40 с; 3) увеличение времени «мокрого» перемешивания - до 45 с; 4) температура выпуска смеси составляет 155 °С; 5) область рационально подобранного состава по технологическим соображениям (показатель долговечности и теплоустойчивости покрытия) следует принять по содержанию битума в пределах 7,0...7,5 % и удельное давление при уплотнении 40 МПа.

Технологические параметры устройства ЩМА с ОДИ характеризуются:

1) коэффициентом запаса на уплотнение, равным 1,60...1,73;

2) в лабораторных условиях доказано увеличение осадки ЩМА с ОДИ при изменении времени действия нагрузки: зависимость изменения осадки от времени уплотнения при постоянном давлении 40 МПа определяется по формуле

8 = 0,075t2 - 0,115t + 1,16, (9)

где t - время уплотнения, мин;

3) уменьшение интенсивности изменения значений осадки: время уплотнения происходит на 5 минуте. Дальнейшее уплотнение асфальтобетонной смеси не столь эффективно; ,

4) снижение себестоимости производства 1 т щебеночно-мастич-ной асфальтобетонной смеси первого и второго видов составляет -120,44 р./т (в ценах 2010 г.), первого и третьего - 335,71 р./т. Экономическая эффективность строительства 1 км покрытия из ЩМА с ОДИ со-

ставляет 612 т. р., при общей потребности в асфальтобетоне 1822 т. Годовой экономический эффект при производстве 10 тыс. т. ЩМА с ОДИ составляет 3357 т. р.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выполненные экспериментальные и теоретические исследования по рассмотренной теме представляются научно-квалификационной работой, в которой содержится научно обоснованные технические и технологические решения, имеющие существенные значения для экономики страны и лесопромышленного комплекса, и позволяют сделать следующие выводы:

1. Выполнено обоснование и объяснение механизмов обеспечения стабильности микроструктуры ЩМА с использованием отсевов дробления местных малопрочных известняков (ОДИ) взамен дорогостоящих отсевов дробления прочных изверженных пород, минерального порошка и стабилизирующей добавки. Установлено, что основанием для такой замены являются физико-химические процессы на разделах фаз, такие как активационные, адсорбционные и адгезионные.

2. Установлено влияние содержания битума в смеси, удельного давления и времени уплотнения на показатели долговечности асфальтобетонов, характеризуемые средней плотностью, прочностью при сжатии образцов, водонасыщением, а также сдвигоустойчивостью и теплоустойчивостью, характеризуемые сцеплением, углом внутреннего трения и деформационной устойчивостью асфальтобетонов при высоких температурах. Показано, что наилучшими свойствами обладают ЩМА с ОДИ, содержащие 7,5 % битума и уплотненные в течение 3-5 мин при удельном давлении 40 МПа.

3. Экспериментальные исследования, проведенные методами длительного прогрева смеси и длительного водонасыщения позволили установить высокую коррозионную устойчивость ЩМА с ОДИ при соответствии их свойств действующего ГОСТ 31015-2002.

4. Получены регрессионные модели, позволяющие установить пределы прочности при сжатии при температурах + 20 °С, + 50 °С и водонасыщения в зависимости от расхода битума и удельного давления при уплотнении смеси. Это также позволяет назначить области рационального подбора их состава с учетом технологических параметров, в частности с учетом долговечности и теплоустойчивости покрытия при содержании битума в смеси в пределах 7,0-7,5 % и удельного давления при уплотнении 30-40 МПа.

5. Получена математическая модель для прогнозирования времени работы покрытий в жаркий период из ЩМА для трех видов. Выполненные эксперименты показали, что наибольшей работоспособностью в

жаркий период года обладают покрытия из ЩМА с отсевами дробления известняков.

6. Проведено строительство опытного участка на автомобильной дороге Йошкар-Ола - Козьмодемьянск - Чебоксары км 23+700 - км 23+800 в 2010 г. и установлено наблюдение за ним.

7. Экономическая эффективность от внедрения ЩМА с ОДИ при строительстве 1 км лесовозной автодороги составила 612 т. р., снижение себестоимости по сравнению с ЩМА вид №1 в ценах 2010 г. - 335,71 р./т.

Рекомендации:

8. Разработанная конструкция дорожной одежды лесовозных дорог с устройством верхнего слоя покрытия из ЩМА с ОДИ, рекомендована для внедрения в производство.

9. Разработанная, с использованием программного комплекса «РЬАХК» и методом конечных элементов, программа на ПЭВМ рекомендуется для расчета значений касательных напряжений и вертикальных перемещений от нагрузки применительно к лесовозному автопоезду.

10. Рекомендованные конструкции дорожных одежд с использованием ЩМА с ОДИ требуют введения дополнительных технологических приемов при производстве смеси и строительстве покрытий. Для получения однородной смеси при перемешивании в смесителе предложено увеличить время «сухого» перемешивания до 40 с и «мокрого» до 45 с за 1 замес. При строительстве покрытий необходимо учитывать температуру укладки и насыпную плотность смеси. Учет этих факторов позволяет управлять толщиной уложенной смеси в рыхлом и плотном теле.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Вайнштейн, Е. В. Экспериментальные исследования возможности регулирования свойств асфальте- и цементобетонов с использованием малопрочного карбонатного щебня / Е. В. Вайнштейн // Творчество студентов - экономике России: сб. ст. региональной науч. студ. конф. по естественнонауч. и техн. дисциплинам, 18-22 апреля 2006. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - С. 166.

2. Вайнштейн, Е. В. Проектирование состава минеральной части ще-беночно-мастичной асфальтобетонной смеси с заполнителем из отсевов дробления известняков без стабилизирующей добавки У1АТОР-66 / Е. В. Вайнштейн // Творчество студентов - экономике России: сб. статей всерос. науч. студ. конф. по естеств. и техн. дисциплинам, посвящ. 75 летаю МарГТУ 20-21 апреля 2007. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007. - С. 275.

3. О нетрадиционных технологиях производства и укладки дорожно-строительных материалов в лесной зоне / М. Г. Салихов, С. Я. Алибе-ков, В. П. Сапцин, Е. В. Вайнштейн, Ю. Е. Щербаков // Вестник МарГТУ. Серия: Лес. Экология. Природопользование. - 2007. - № 1. - С. 76-81.

4. Вайнштейн, В. М. Проектирование состава минеральной части щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси на прочных каменных материалах с Viatop-66 для Республики Марий Эл / В. М. Вайнштейн, Е. В. Вайнштейн, С. Я. Алибеков // Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов - 2007: межвуз. сб. науч. ст. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008. - С. 213-216.

5. Вайнштейн, В. М. Метод определения деформации асфальтобетонных образцов при повышенных температурах покрытия и установления времени прогноза образования колеи / В. М. Вайнштейн, Е. В. Вайнштейн // Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов - 2007: межвуз. сб. науч. ст. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008. - С. 209-212.

6. Салихов, М. Г. Обоснование применения в щебеночно-мастичных асфальтобетонах отсевов дробления малопрочных известняков / М. Г. Салихов, В. М. Вайнштейн, Е. В. Вайнштейн // Современные наукоемкие технологии. - 2008. - № 4. - С. 88-90. (из перечня ВАК).

7. Салихов, М. Г. Щебеночно-мастичные асфальтобетоны пониженной стоимости для покрытий дорог / М. Г. Салихов, В. М. Вайнштейн, Е. В. Вайнштейн // Ассоциация исследователей асфальтобетона: сб. докладов. Ежегодная научная сессия 4 февраля 2010. - М.: Изд-во МАДИ (ГТУ), 2010. - С. 154-158.

8. Вайнштейн, Е. В. Влияние длительного нагревания на процессы старения и физико-механические свойства щебеночно-мастичного асфальтобетона с добавками отсевов дробления известняков / Е. В. Вайнштейн, М. Г. Салихов // Вестник МарГТУ. Серия: Лес. Экология. Природопользование. - 2010. - № 2 (9). - С. 82-86. (из перечня ВАК).

9. Вайнштейн, Е. В. Экономическая эффективность от внедрения ще-беночно-мастичных асфальтобетонов с добавками отсевов дробления известняков / Е. В. Вайнштейн // Инновации, в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды: материалы междунар. науч.-техн. конф. - Пермь: Изд-во ПГТУ, 2010. - Т. 3. - С. 243-245.

• Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными гербовой печатью подписями по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина 3, МарГТУ, ученому секретарю. Тел/факс (8-8362) 68-68-05/41-08-72.

Подписано в печать 24.11.2010. Формат 60x84 '/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 4482.

Отпечатано с готового оригинал-макета в редакционно-издательском центре ГОУ ВПО «Марийский государственный технический университет». . 424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Дорожно-транспортные условия перевозки лесоматериалов в РМЭ.

1.2. Обоснование расчетной нагрузки на покрытие лесовозной автомобильной дороги.

1.3. Опыт применения щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов в России и зарубежом.

1.4. Задачи исследования.

2. Теоретические представления о проектировании составов и структурообразовании щебеночно -мастичных асфальтобетонных смесей с добавками отсевов дробления-известняков.

2.1. Подбор составов щебеночно-мастичных асфальтобетонов.

2.2. Проектирование состава минеральной части щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси различных видов.

2.3. Исследование структурообразования щебеночно-мастичных асфальтобетонов для покрытий лесовозных автодорог при помощи сканирующего зондового микроскопа.

2.4. Методы исследования.

2.4.1. Метод определения сдвигоустойчивости асфальтобетона.

2.4.2. Метод определения температурной устойчивости образцов ЩМА при длительном действии нагрузки и высокой температуры.

2.4.3. Метод определения модуля упругости ЩМА с отсевами дробления известняков.

2.4.4. Метод определения коррозионной устойчивости ЩМА при длительном нагревании смеси.

2.4.5. Метод экспериментального изучения уплотнения ЩМА с ОДИ.

2.5. Выводы по второй главе.

3. Экспериментальные исследования физико-механических свойств щебеночно-мастичного асфальтобетона на отсевах дробления щебня

М-1200 и М-400.

3.1. Цель и условия экспериментов.

3.2. Экспериментальные исследования физико-механических свойств 67 ЩМА трех видов.

3.2.1. Влияние содержания битума и вида ЩМА на физико-технические показатели асфальтобетонной смеси.

3.2.2. Изучение влияния содержания битума и вида ЩМА на показатель сдвигоустойчивости (сцепления и угла внутреннего трения) асфальтобетона.

3.3. Влияние содержания битума и вида ЩМА на показатель температурной устойчивости асфальтобетона при длительном действии нагрузки.

3.3.1. Результаты испытаний образцов ЩМА вида № 1.

3.3.2. Результаты испытаний образцов ЩМА вида № 2.

3.3.3. Результаты испытаний образцов ЩМА вида № 3.

3.3.4. Изучение процессов скорости деформирования образцов.

3.4. Исследование влияния содержания битума и изменение удельного давления при уплотнении образцов на физико-механические характеристики ЩМА с добавками из отсевов дробления известняков.

3.5. Исследование влияния времени на качество уплотнения ЩМА с

ОДИ при постоянном давлении.

3.6. Обобщенные многофакторные модели прочности и водонасыщения щебеночно-мастичных асфальтобетонов с заполнителем из отсевов дробления известняков для покрытий лесовозных автодорог.

3.6.1. Установление области рационально подобранного состава 95 материала по прочности на сжатие при t = + 20° С.

3.6.2. Установление области рационально подобранного состава материала по прочности на сжатие при t = + 50° С.

3.6.3. Установление области рационально подобранного состава материала по водонасыщению.

3.7. Исследование влияния, деформации образцов ЩМА с ОДИ при температуре 50° С в зависимости от величины давления на его поверхность.'.

3.8. Установление модуля упругости ЩМА с добавками отсевов 104 дробления известняков.

3.9. Коррозионная устойчивость асфальтобетонов из ЩМА с ОДИ.

3.9.1". Исследования физико-механических свойств ЩМА при длительном прогреве смеси.•.

3.9.2. Исследования свойств ЩМА с ОДИ при длительном во донасыщении.

3.10. Исследования свойств ЩМА с ОДИ на трещиностойкость.

3.11. Разработка метода прогноза времени работы покрытий из ЩМА с

ОДИ в жаркий период года с учетом интенсивности движения.

3.12. Исследование влияния фракционного состава отсевов дробления 116 известняков на физико-механические свойства ЩМА с ОДИ.

3.13. Выводы по третьей главе.

4. Разработка конструкции дорожных одежд из ЩМА с ОДИ в покрытиях лесовозных дорог.

4.1. Обоснование расчётной нагрузки и расчет конструкции дорожной 122 одежды с использованием щебеночно-мастичного асфальтобетона в покрытиях лесовозных дорог.

4.2. Конструирование дорожных одежд лесовозной автодороги с покрытием из различных асфальтобетонов.

4.2.1. Покрытие дорожной одежды из ЩМА с добавками ОДИ.

4.2.2. Обоснование расчётной нагрузки и расчет конструкции дорожной одежды с использованием классического асфальтобетона типа А в покрытиях лесовозных дорог (вариант сравнения № 2).

4.3. Компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния конструкции дорожной одежды лесовозной автомобильной дороги методом конечных элементов по программному комплексу «PLAXIS» и анализ результатов машинного эксперимента.

4.3.1. Определение параметров напряженно-деформированного состояния конструкции дорожной одежды при размещении двух лесовозных автопоездов по полосам движения.

4.3.2. Определение вертикальных перемещений и касательных напряжений при совместном размещении лесовозных автопоездов.

4.3.3. Определение параметров напряженно-деформированного состояния конструкции дорожной одежды при размещении одного лесовозного автопоезда на полосе движения.

4.4. Выводы по четвертой главе.

5. Технологии приготовления и укладки ЩМА с ОДИ в покрытии лесовозных автодорог и экономическая эффективность их использования.

5.1. Технологическое оборудование для приготовления ЩМАС.

5.2. Разработанные составы для приготовления смеси и расхода материалов.

5.3. Технологическая схема производства щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси с ОДИ.

5.4. Организация работ и технология устройства верхнего слоя асфальтобетонного покрытия из ЩМА с ОДИ.

5.4.1. Установление скорости потока и ведущей машины по устройству асфальтобетонного покрытия толщиной 6 см.

5.4.2. Технологическая схема по устройству верхнего слоя асфальтобетонного покрытия.

5.5. Особенности технологических параметров в процессе укладки и уплотнения смеси ЩМА с ОДИ.

5.5.1. Влияние температуры ЩМА смеси на изменение насыпной плотности.

5.5.2. Определение коэффициента запаса на уплотнение.

5.5.3. Определение норм расхода щебеночно-мастичного асфальтобетона при укладке.

5.6. Экономическая эффективность производства щебеночно-мастичного 168 асфальтобетона с добавками отсевов дробления известняков в покрытиях лесовозных автодорог.

5.7. Выводы по пятой главе.

Актуальность темы. Транспортное освоение лесных массивов связано со строительством автомобильных дорог. В стратегии развития лесопромышленного комплекса России на период до 2015 года, рассмотренной И' одобренной на VI Международном, лесном форуме, обозначены основные направления^ - реализация проектов по комплексной переработке* древесины, развитию ^инфраструктуры, лесного дорожного строительства. Для сохранения конкурентоспособности предприятий необходимо сокращать время от заготовки леса до его обработки. В этих условиях важно переходить к интенсивному ведению лесного хозяйства. Для этого необходимо создание густой сети лесных дорог.

Актуальность работы определяется' ее направленностью на решение научной проблемы, которая связана с разработкой системы обеспечения долговечности дорожного асфальтобетонного покрытия на лесовозных автомобильных дорогах и дорогах общей сети.

В соответствии с действующим законодательством Российской Федерации (Федеральный закон Российской Федерации от 8.11.2007 г. №257-ФЗ «Об автомобильных дорогах и о дорожной' деятельности в Российской Федерации» и подпрограмма «Автомобильные дороги» федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)») главный ресурс обеспечения долговечности дорожных асфальтобетонных покрытий - это осуществление своевременных мероприятий по их строительству, ремонту и содержанию.

В настоящее время необходимо уделять особое внимание современным материалам и технологиям, значительно повышающим качество дорожного покрытия, для создания условий проезда лесовозных автопоездов и обеспечению круглогодовой работы лесозаготовительных предприятий. Одним из наиболее перспективных материалов для строительства дорожных покрытий является щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА), который обеспечивает высокий коэффициент сцепления с колесом автомобиля, высокое сопротивление постоянной деформации, наивысшую долговечность, низкий уровень шума, и снижение расходов на обслуживание.

Особенностью структуры ЩМА является наличие щебеночного каркаса в котором все пустоты между щебнем заполнены смесью битума дробленым песком, минеральным порошком и стабилизирующей добавки. В этой связи большой интерес представляет исследование возможности использования в качестве материала заполнителя отсевов дробления малопрочных известняковых пород (ОДИ), которые в Республике Марий Эл имеются в большом количестве, взамен дробленого песка из изверженных пород, минерального порошка и стабилизирующей добавки. Применение ЩМА с ОДИ в покрытиях лесовозных дорог обеспечит необходимое качество, долговечность дороги, снизит себестоимость строительства дорожных одежд, решит проблему утилизации отходов дробления известняков, что улучшит экологическую обстановку регионе.

Цель работы.

Цель работы - разработка составов, технологии приготовления и укладки щебеночно-мастичного асфальтобетона с отсевами дробления известняков в покрытиях лесовозных дорог.

Объект и предмет исследования.

Объектом исследования является конструкция лесовозной автомобильной дороги. Предметами исследования являются щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси и отсевы дробления известняковых пород.

Методы исследования.

Математическая статистика, теория планирования эксперимента, испытание строительных материалов, микрофотографирование структуры. Прикладные программные пакеты MS Exel, MS Word, Corel Draw 13, Photoshop CS3, Plaxis 3d tunnel.

Научная новизна заключается в разработке щебеночно-мастичных асфальтобетонов для покрытий лесовозных автомобильных дорог повышенной теплоустойчивости:

- методика определения структуры ЩМА с заменой компонентов (стабилизирующей добавки, дробленого песка изверженных пород и минерального порошка) отсевами дробления известняков;

- результаты испытаний физико-механических свойств с оценкой количественных и качественных показателей ЩМА с ОДИ в лабораторных и производственных условиях;

- методика и результаты экспериментов, отличающихся установлением температурной устойчивости ЩМА с ОДИ;

- особенности технологий производства и укладки ЩМА с ОДИ с обоснованием коэффициента запаса на уплотнение, продолжительности перемешивания и уплотнения и норм расхода материала.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Методика определения области рационального состава смеси и формирование структуры ЩМА с ОДИ.

2. Результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств ЩМА различных составов в виде регрессионных зависимостей, дающие возможность находить прочностные характеристики и показатель водонасыщения.

3. Методика и результаты экспериментов по установлению температурной устойчивости ЩМА, позволяющие прогнозировать долговечность покрытий лесовозных автомобильных дорог в наиболее жаркий период года.

4. Технологии производства ЩМА с ОДИ и строительства покрытия лесовозной дороги.

Научная и практическая значимость.

Научная значимость заключается в разработке методики структурообразования с учетом физико-химических процессов на разделах фаз мелкодисперсной части ЩМА с ОДИ и полученных регрессионных зависимостей процентного содержания битума и удельного давления при уплотнении.

Практическая значимость состоит в разработке технологий производства и укладки ЩМА с ОДИ в покрытие лесовозной автодороги. При внедрении результатов исследований ЩМА с ОДИ для покрытий лесовозных дорог увеличивается срок службы, уменьшаются капитальные вложения на содержание, и снижается себестоимость строительства лесовозных дорог.

Достоверность результатов исследований.

Достоверность исследований подтверждается современными методами планирования эксперимента, статистической обработкой полученных результатов с подтверждением ее достоверности и апробацией в производственных условиях.

Личное участие автора в получении результатов.

Под его руководством проводились исследования: дорожно-строительных материалов, разработка составов ЩМА с "ОДИ и предложены особенности технологии строительства покрытий. Автором произведены обработка данных, анализ и обобщение результатов исследований.

Реализация результатов исследования.

Результаты исследования внедрены при капитальном ремонте покрытия на автомобильной дороге Йошкар-Ола - Козьмодемьянск - Чебоксары. Экономический эффект составил, в ценах 2010 г., 335 руб/т и 612 т. руб/км. Результаты исследований внедрены в учебный процесс МарГТУ по специальности 270205 «Автомобильные дороги» при дипломном проектировании.

Апробация работы.

Основные результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях Марийского государственного технического университета (Йошкар-Ола, 2006.2010), III всероссийской научной конференции «Современные проблемы науки и образования» (Москва, 2008), международной научно-практической конференции ассоциации исследователей асфальтобетона Московского автомобильно-дорожного института (ГТУ) (Москва, 2010), на всероссийских научно-практических конференциях «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплекса» (Йошкар-Ола, 2007, 2009), международной конференции «Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность, мониторинг и

VJ> 1 технологии по адаптации» (Йошкар-Ола, 2010), международной научно-практической конференции «Инновации в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды» (Пермь, 2010).

Публикации.

Основное содержание диссертации опубликовано в 9 работах общим объемом 1,87 п.л. (авторских - 0,9 п.л.), в т.ч. три статьи - в научных журналах из них две статьи - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ (0,5 п.л.), авторский вклад - 41 %, шесть статей - в материалах международных и всероссийских конференций (1 п.л.).

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и 25 приложений. Основное содержание работы изложено на 185 стр., в том числе 84 рисунка и 34 таблицы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выполненные экспериментальные и теоретические исследования по рассмотренной- теме представляются научно-квалификационной работой, в которой содержится научно обоснованные технические и технологические решения, имеющие существенные значения^ для экономики страны и лесопромышленного комплекса, и позволяют сделать следующие выводы:

1. Выполнено, обоснование и объяснение механизмов» обеспечения стабильности1 микроструктуры ЩМА с использованием отсевов дробления местных малопрочных известняков (ОДИ) взамен дорогостоящих отсевов дробления- прочных изверженных^ пород, минерального1 порошка и стабилизирующей добавки. Установлено, что основанием для такой» заменьг-являются физико-химические процессы- на разделах фаз, такие как активационные, адсорбционные и адгезионные.

2. Установлено влияние содержания битума в смеси, удельного давления и времени уплотнения на показатели долговечности асфальтобетонов, характеризуемые средней плотностью, прочностью при сжатии образцов, водонасыщением, а также сдвигоустойчивостью и теплоустойчивостью,4 характеризуемые сцеплением, углом внутреннего трения и деформационной устойчивостью асфальтобетонов при высоких температурах. Показано, что наилучшими' свойствами обладают ЩМА с ОДИ, содержащие 7,5 % битума и уплотненные в течение 3 -5 мин при удельном давлении 40 МПа.

3. Экспериментальные исследования, проведенные методами длительного прогрева смеси и длительного водонасыщения позволили установить высокую коррозионную устойчивость ЩМА с ОДИ при соответствии их свойств действующего ГОСТ 31015-2002.

4. Получены регрессионные модели, позволяющие установить пределы прочности при сжатии при; температурах + 20 °С, + 50 °С и водонасыщения в зависимости от расхода-битума- и удельного давления при уплотнении смеси. Это также позволяет назначить области рационального! подбора: их состава с учетом; технологических параметров; в» частности с учетом долговечности и теплоустойчивости? покрытия при содержании- битума в смеси в пределах 7,0 - 7,5 %? и удельногоздавления'пршуплотнении 30^-40^МИа:, ,

5. Получена математическая модель для? прогнозирования? ¡времени работы покрытий в жаркий: период, из 1ЦМА для. трех видов; Выполненные эксперименты показали; что наибольшешработоспособностью в жаркий период года обладают покрытия из ГЦМА-с отсевами дробления известняков.

6. Проведено строительство опытного участка на автомобильной дороге Йошкар-Ола - Козьмодемьянск - Чебоксары км 23+700 - км 23+800 в 2010 г. и установлено наблюдение за ним.

7. Экономическая эффективность от. внедрения? ЩМА. с ОДИ при: строительстве Г км лесовозной? автодороги; составила 612 т. руб, снижение себестоимости ПО'сравнению с ЩМА вид №1 в ценах 2010 г - 335,71 руб/т.

РЕКОМЕНДАЦИИ:

8: Разработанная конструкция« дорожной одежды лесовозных дорог с устройством верхнего слоя покрытия из ЩМА с ОДИ, рекомендована для внедрения в производство.

9. Разработанная, с использованием программного комплекса «РЬАХ18» и методом конечных элементов, программа на ПЭВМ рекомендуется для? расчета значений касательных напряжений и вертикальных перемещений от нагрузки применительно к лесовозному автопоезду.

10. Рекомендованные конструкции? дорожных одежд с. использованием: ЩМА с ОДИ требуют введения: дополнительных технологических приемов при производстве смеси и строительстве покрытий-; Для- получения , однородной смеси при перемешивании в смесителе предложено увеличить время «сухого» перемешивания до 40 с и «мокрого» до 45 с за 1 замес. При строительстве покрытий необходимо учитывать температуру укладки и насыпную плотность смеси. Учет этих факторов позволяет управлять толщиной уложенной смеси в рыхлом и плотном теле.

1. Андрианов, Ю.С. Вывозка лесоматериалов самозагружающимися« автопоездамш /Ю.С.Андрианов; под; ред. М.Ю.Смирнова. — ИошкарЮла: МарГТУ, 2001.-231с. . . .

2. Бируля, А.К. Исседование методов расчета и конструирования нежестких дорожных одежд /А.К.Бируля// Тр: /ХАДИ!- М;, 1961.- Вып.251- С. 19-28.4. • Бируля, А.Кл Работоспособность, дорожных одежд / А.К.Бируля; С:№Михович.- М^: Транспорт, 19681-172 с.

3. Великанов, Д.П. Автомобильные транспортные средства / Д.ПШеликанов, В.И.Бернацкий, Б.Н.Бифонтов. -М.: Транспорт, 1977. 326 с.

4. Виногоров, Г.К. Технология лесозаготовок / Г.К.Виногоров. М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 294 с.

5. Вознесенский, В. А. Методические указания по построению математических моделей в курсовом и; дипломном проектировании /В.А.Вознесенский. Одесса: Изд-во ОИСИ, 1982. - 94 с.

6. Вознесенский, В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях/ В.А. Вознесенский 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 1981. - 263 с.

7. Гончаров, B.C. Исследование эксплуатационных режимов работы лесовозных автомобилей МАЗ в условиях Северо-Западной зоны: Автореф. дис. канд.техн. наук / В.С.Гончаров JL, 1970.-е. 20.

8. ГОСТ 12801-98. Смеси асфальтобетонные дорожные и аэродромные. Дегтебетоны дорожные, асфальтобетон и дегтебетон. Методы испытаний/ Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 1999. - 41 с.

9. ГОСТ 9128-97. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия/ /Минземстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 1998.-23 с.

10. ГОСТ 31015-02. Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия /Госстрой России,- М.: ГУП ЦПП, 2003.-21с.

11. ГОСТ 11501-78. Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы. Методы испытаний/ М.: ИПК Издательство стандартов, 1996.-9 с.

12. ГОСТ 22245-901 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия / Госстандарт СССР. Mi: ИПК Изд-во стандартов, 1998. - 9 с.

13. ГОСТ 11506-73. Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару. Методы испытаний/ М.: Изд-во стандартов, 1993. - 8 с.

14. ГОСТ 11507-78. Битумы нефтяные. Метод определения температуры хрупкости по Фраасу. Методы испытаний / Госстандарт СССР. -М.: ИПК Изд-во стандартов, 1998. 9 с.

15. ГОСТ 11505-75. Битумы нефтяные/ Метод определения растяжимости. Методы испытаний/ Госстандарт СССР. М.: Изд-во стандартов, 1993.-5 с.

16. ГОСТ Р 52129-2003. Минеральный порошок для асфальтобетонных смесей. Методы испытаний/ Госстрой России. М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 50с.

17. ГОСТ 16557-78. Порошок минеральный для асфальтобетонных смесей. Технические условия/ Введ. с 01.01.79. - М.: Изд-во стандартов, 1978.

18. ГОСТ 26873-86. Материалы из отсевов дробления осадочных горных пород для строительных работ/ Технические условия. — Введ. с 26.03.86. М.: Изд-во стандартов, 1986. - 6 с.

19. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород иtотходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний/ Госстрой России:- М.: ГУЛ ЦПП, 1998.-67 с.

20. ГОСТ 8267-93. Щебень из природного камня для строительных работ. Технические условия/ Госстрой России.- М.: ИПК Изд-во- стандартов, 1996. 19 с.

21. ГОСТ 8269-93. Щебень из естественного камня, гравия и щебня из гравия для строительных работ. Методы испытаний/ Введ; с 12.07.9 . - М.г Изд-во стандартов, 1993. - 19 с.

22. Горелышева, JI.A. Новые эффективные методы ремонта; содержания и совершенствования асфальтобетонных покрытий/ JI.A. Горелышева // Автомобильные дороги и мосты: обзор, информ./ ФГУП «Информавтодор»: М., 2006. - Вып. 5. 104 с.

23. Грязин, А.Д. Дороги и транспорт в лесу / А.Д. Грязин, М.Ю. Смирнов // Лесн.пром-сть, 1990. N 7. - С.23-24.

24. Грязин, А.Д. Лесовозные автопоезда, их комплектование и условия применения / А.Д. Грязин, М.Ю. Смирнов // Изв. вузов. Лесн.журн. 1985. -N4. - С.46-50.

25. Гун, Р.Б. Нефтяные битумы. М.: Изд-во. «Химия», 1973.- 430 с.

26. ГЭСН 81-02-27-2001. Сборник 27. Автомобильные дороги / Госстрой России. -М., 2001. 148 с.

27. Дарков, A.B. Сопротивление материалов / A.B. Дарков, A.B. Шпиро -М.: Высш.шк., 1965.- 762 с.

28. Дорожный асфальтобетон /Н.В. Горелышев, A.M. Богуславский, И.В., Л.Б. Гезенцвей, И.В. Королев. 2-е изд., перераб и доп. - М.: Транспорт, 1985.350 с.

29. Ерохов, В.И. Экономическая эксплуатация автомобиля / В.И. Ерохов. М.: ДОСААФ, 1986.- 128 с.

30. Зейгер, Е.М. Экономические методы повышения эффективности дорожно-строительного производства / Е.М. Зейгер. М.: Транспорт, 1989. -18Фс.

31. Золотарь, И.А. Экономике математические методы в дорожном строительстве / И.А. Золотарь. - М.: Транспорт, 1974. - 248 с.

32. Ильин, Б.А. Проектирование, строительство и эксплуатация лесовозных дорог / Б.А. Ильин, Б.И. Кувалдин. М.: Лесн.пром-сть, 1982.-384с.

33. Инструкция* по определению экономической эффективности' использования- в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. СН 509-78. М.: Стройиздат, 1979. -Ч.1.-280 е.; 4.2.-175 с.

34. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа ВСН 46-83. М.: Транспорт, 1985. - 157 с.

35. Инструкция по проектированию жестких дорожных одежд. ВСН 197-93/Минтрансстрой СССР. М:: Союздорнии, 1994. - 129 с.

36. Инструкция по проектированию нежестких дорожных одежд ОДН 218.046-01 М.: Гос. служба дор. хоз-ва м-ва транспорта РФ, 2001.-145 с.

37. Кирюхин Г.Н. Проектирование состава асфальтобетона и методы его испытаний / Г.Н. Кирюхин //Автомобильные дороги и мосты: обзорн. информ./ ФГУП «Информавтодор»;. М., 2005. - Вып. 6. - 96 с.

38. Кирюхин, Г.Н.,. Строительство дорожных и аэродромных покрытий из щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей/ Г.Н. Кирюхин, Е.А. Смирнов. //Автомобильные дороги и мосты: обзорн. информ./ ФГУП «Информавтодор»;. М,, 2003. - вып. 2.

39. Кирюхин, Т.Н. Первый опыт строительства покрытий изsщебеночно-мастичного асфальтобетона;; в Россию / F.H. Кирюхин, В.М.

40. Арутюнов, В.А. Юмашев // Дороги России XXI века. 2002. .- №3. - С.58-61,

41. Кирюхин, F.H. Расчетные характеристикиi сдвигоустойчивости-асфальтобетонов / F.H. Кирюхин // G6. статей- и докладов ежегод. Научной сессии- Ассоциации исследователей асфальтобётона; М.: МАДИ, 2009. - С. 7884. • ^ " , ' ' '

42. Коган, Б-Й! Напряжения и деформации многослойных; покрытий; / Б:И; Коган«// ТрлХАДШ -Харьков, 1953;- Вып. 14l. C.Î25-30:.

43. Коган, Б.И. Напряженное состояние неоднородного слоя, покоящегося: на? упругом? полупространстве / Б.И.Коган, В .Д. Зинченко// Изв. вузов; Строительство игархитектура; 19601- №31-: €125-301

44. Когаизон, М.С. Предложения по* уточнению средней влажности?; связных грунтов при проектировании дорожных одежд нежёсткого типа / М.С. Коганзон, lOlM. Яковлев, М.Г. Горячев // Наука и техника дорожной, отрасли; -2000.-№2.-С. 16-17. ^ '

45. Колышев, В.И / Асфальтобетонные и цементобетонные заводы: Справочник / В1И1 Колышев В1Ш, П;Й1 Костин., В.В. Силкин, Б;Н; Соловьев. -М.: Транспорт, 1982. 207 с.

46. Кривисский, А.М1 Новые схемы расчета нежестких дорожных одежд / А.М!Кривисский1- М;::Автотрансиздат, 1961.- 76 с.

47. Леонович, И.И. Напряжения и деформации в асфальтобетонном покрытии при; движении многоосных сверхтяжелых автомобилей / И1И. Леонович // Экспериментальные исследования- инженерных сооружений? и конструкций: /БИИ. 1974.-С.111-119.

48. Методические рекомендации« по оценке эффективности инвестиционных: проектов и их отбору для финансирования:, М.: Ин формэ лектро, 1994.-78с.

49. Методические рекомендации по устройству верхних слоев дорожных, покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА)/ Союздорнии. М., 2002.- 36с. . ,

50. Методические рекомендации по применению, и обогащению отсевов дробления и разнопрочных* каменных материалов' для дорожного« строительства / Гос. Всесоюз. Дорнии М.: Союздорнии. — М., 1987.- 76с.

51. Мюллера И!;, Таблицы» по математической-статистике: иер. с нем. / П.Мюллер, П.Нойман,Р.Шторм- Mi: Финансы;и статистика,ч 1982.-271 с.

52. Найденов, А.П. Минеральная смесь из известняков для-дорожных одежд / А.П. Найденов // Автомоб; дороги. 1987. - № 6;- С.14:.

53. Немчинов, М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля/ М.В. Немчинов. М. Транспорт, 1985. -231 с. . '

54. Производство щебня из карбонатных пород / И.Б.Шлаин, Р.А.Родин, М.М.Нисневич и др. М.: Стройиздат, 1971. - 400 с.

55. Обзорная информация о передовых отечественных и зарубежных технологиях и?дорожно строительных материалах/ Фед. дорож. агентство M -ва транспорта РФ. - М.: Росавтодор, 2005. - 95 с.

56. Оценка прочности нежестких дорожных одежд. Отраслевые дорожные нормы. ОДН 218.1.052 2002. M -во транспорта РФ; Гос. службадорожного хоз-ва (Росавтодор). Изд. офиц. М.: ГП «Информавтодор», 2003. -80с.

57. Оценка свойств асфальтобетона при динамическом нагружении. Методы испытаний: утв. Росавтодором ОС-464-Р от 20.05.02. — Изд. Офиц. -М.: Росавтодор, 2002. 12 с.

58. Радовский, Б.С. Проектирование дорожных одежд для движения большегрузных' автомобилей / Б.С.Радовский, А.С. Супрун, И.И. Козаков. -Киев.: Будивэльнык, 1989. 168 с.

59. Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах: утв. Росавтодором* ОС-556-Р от 24.06.02. Изд. Офиц. - -М.: Росавтодор, 2002. - 179 с.

60. Руководство по сооружению- земляного полотна автомобильных дорог/. Минтрансстрой СССР,- М.: Транспорт, 1982. 160 с.

61. Савельев, В.В. Обоснование типа и конструкций одежд лесовозных автомобильных дорог: Дис. докт. техн. наук. / МарГТУ, науч. консультант Ю.А. Ширнин. Йошкар-Ола, 2006.- 516 е.: ил. - библиограф С.296 -319.

62. Савельев, В:В. Совершенствование конструкций железобетонных плит из мелкозернистых бетонов для колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог : Дис. канд.техн. наук. / В.В. Савельев. — Йошкар-Ола, 1997,-271 с.

63. Салихов, М.Г. Регулирование свойств щебня малопрочных известняков методами глубинной пропитки жидкими вяжущими веществами и его использование в дорожном строительстве: дис. докт. техн. наук / М.Г. Салихов. М., 1999. - 479 с.

64. Салихов М.Г. Физико-химическая механика черного карбонатного щебня: учеб. пособие. / М.Г. Салихов. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001.-108 с.

65. Салихов М.Г. О нетрадиционных технологиях производства и укладки дорожно-строительных материалов в лесной* зоне / М.Г. Салихов, С .Я. Алибеков, В.П. Сапцин, Е.В. Вайнштейн, Ю.Е. Щербаков // Лес. Экология.

66. Природопользование: Вестник МарГТУ. Йошкар-Ола: Изд-во МарГТУ 2007. -№ 1.-С. 76-81.

67. Салихов М.Г. Обоснование применения в щебеночно-мастичных асфальтобетонах отсевов дробления малопрочных известняков / М.Г. Салихов,

68. B.М. Вайнштейн, Е.В. Вайнштейн // Современные наукоемкие технологии. Журнал, № 4. 2008. - М.: Изд-во Академия естествознания, 2008. - С. 88-90.

69. Сборные покрытия автомобильных^ дорог/ В.М. Могилевич, Е.Н.Дубровин, С.В.Коновалов и др.; под.ред. В.М.Могилевича. М.: Высш. шк., 1972.-384 с.

70. Сиденко, В.М. Основы научных исследований/ В.М. Сиденко, И.М. Грушко. Харьков: Вища школа, 1977.- 200 с.

71. Смирнов, A.B. Прикладная механика дорожных и аэродромных конструкций: учеб. Пособие /A.B. Смирнов. Омск: ОмГТУ, 1993.-128 с.

72. Смирнов, A.B. Механика устойчивости и разрушений дорожных конструкций/ A.B. Смирнов, A.A. Малышев, Ю.А. Агалаков; Сиб. автомоб. дорож. ин-т. Омск: СибАДИ, 1977.- 91 с.

73. Смирнов М.Ю. Вывозка древесины с максимальным использованием грузоподъемности автопоездов по дорогам общего пользования: Автореф. дис. .канд.техн. наук./ М.Ю.Смирнов.- М., 1989. 22 с.

74. Смирнов, М.Ю. Новые способы заготовки и вывозки древесины: учеб. пособие/ М.Ю.Смирнов, А.Д. Грязин, Ю.А.Ширнин. Йошкар-Ола: МарПИ, 1993.-104 с.

75. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги/ Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 56 с.

76. СНиП 2.05.07-91. Промышленный транспорт/ Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1992. - 56 с.

77. СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 112 с.

78. Соломащев, А.Б. Применение в бетоне отсевов дробления Михайловского ГОКА / А.Б.Соломащев, Л.А. Лаптева// Автомоб. дороги. -1991.-№8.-С. 16-17.

79. Соколов, Г.М. Движение лесовозного автопоезда на кривых. Теория. Расчет. Эксперимент / Г.М.Соколов; МарГТУ. Йошкар-Ола, 1998. -274 с. - Дёп. в ВИНИТИ 04.08:98; №2507-В98.

80. Строительство автомобильных дорог: учебник для студентов / сост. H.H. Иванов, В.К. Некрасов, C.Mf. Полосин Никитин и др. -2-е изд. - М.: Транспорт, 1980. - Т 2. - 416 с.

81. Сухоруков, Ю.М. Применение в дорожном строительстве малопрочных известняков без укрепления / Ю.М. Сухоруков, А.Н.Найденов // Обзор.инф./ЦБНТИ. Серия «Автомобильные дороги».- 1989. №5. - С. 2-18.

82. Сухопутный транспорт леса / В.И.Алябьев, Б.А.Ильин, Б.И.Кувалдин, Г.Ф.Грехов. М.: Лесн.пром-сть, 1990.-416 с.

83. Тихомиров, H.H. Автомобильные поезда. Технико-экономические основы организации работы грузовых автомобильных поездов / Н.Н.Тихомиров. М.: Автотрансиздат, 1956. - 204 с.

84. ТУ 218 РСФСР 550-87. Смеси минеральные из известняков Поволжья для устройства оснований автомобильных дорог. Введ. 01.07.87.

85. ТУ 218 РСФСР 607-88.Материал из малопрочных известняков юга РСФСР для оснований автомобильных дорог.

86. ТУ 46-5-67 Химический анализ известняковой муки.

87. Транспорт в лесном комплексе: Сб. науч. трудов, посвященных 70 летаю кафедры сухопутного транспорта леса МарГТУ. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. 127 с.

88. Усиление нежестких дорожных одежд / О.Т. Батраков, H.A. Медведкова, В.П. Плевако, В.Н.Ряпухин. М.: Транспорт, 1985. - 144 с.

89. Хомяков, Е.М. Энергетический метод оценки прочности каменных дорожно-строительных материалов /Е.М.Хомяков // Тр./ КАДИ- Киев.: Гостехиздат УССР, 1955.

90. Цыбаев, Н.М. Наращивать летние лесозаготовки / Н.М.Цыбаев // Лесн. пром-сть. 1985. - №5. - С. 13-14.

91. Шестоперов, С.В. Дорожно-строительные материалы / С.В. Шестоперов. М.: Высш. шк., 1969 - 672 с.

92. Яковлев, Ю.М. Организация и технология строительства дорожных одежд/ МАДИ (ТУ); Ю.М. Яковлев, М.С. Коганзон, М.Г. Горячев. М., 2001.41 с.

93. Splittmastixasphalt / Dr. Ing. К.Н. Kolb, die Herren H. Erhard, F. Hoggenmuller, O. Kast und andere; LEITFADEN. Deutscher Asphaltverband (DAV). 27 c.

94. Финские нормы на асфальт 2000: Совещательная комиссия по покрытиям PANK гу. Хельсинки.

95. Wolterek G. Erfahrungen mit Splittmastixasphalt auf Bayerishen Autobahnen // Bitumen. 1997. - №2. - S. 50-53.

96. Heavy Duty Surfaces: The arguments for SMA. EAPA, 1998.

97. Государственное учреждение Республики Марий Эл «Марнйскавтодор»

98. УТВЕРЖДАЮ «Марийскавтодор» Сальников А.А. Ъ* 2010 г.1. АКТ

99. Председатель —Тяпугин С.Н., главный инженер.1. Члены комиссии:

100. Черкасов Ю.В. начальник отдела эксплуатации автодорог

101. Казанкин B.C. начальник отдела ценообразования и обеспечения ПСД

102. Михайлов Н.Г. начальник лаборатории

103. Внедрение в конструкции дорожной одежды асфальтобетонного покрытия из ЩМА с ОДИ позволило обеспечить круглогодичную эксплуатацию автомобильной дороги.

104. Экономический эффект на приготовление щебсночио-мастично! о асфальтобетона с отсевами дробления известняк:: ~ " ~ ) года.

105. Личные подписи членом Ведущий специалист по1. Члены комиссии1. Председатель комиссии

106. Черкасов Ю.В. Казанкин B.C. Михайлов Н.Г. . Товашов C.B.

107. Марийский государственный технический университет

108. УТВЕРЖДАЮ: Первый проректор, проректорw 'М^-' Д *рт/фл, :•• • -3; v ■1."iWi ■ — 1. VPftt *вательной деятельности МарГТУ ^^^^ÖJeÖaiuee В.Е. .октября2010 г.iÄM?11. АКТ

109. Основные разработки и научные результаты внедрены в курс лекций и практических занятий по дисциплине «Технология и организация строительства автомобильных дорог», курсовое и дипломное проектирование по специальности 270205 и НИРС.

110. Проректор по учебно-методической работе,

111. Начальник учебно-методического управления, Д.П.Н., проф. ^ -^у^ Старыгина H.H.

112. Декан строительного факультета, •к.т.н., доцент Котлов В.Г.

113. Зав. кафедрой автомобильных дорог,д.т.н., проф. Салихов М.Г.