Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: XLVI Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 07 июня 2018 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Материаловедение

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Сафин Д.Ф., Захарова А.М. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО КОЛЕЕОБРАЗОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. XLVI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 11(46). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/11(46).pdf (дата обращения: 02.04.2020)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
Диплом Выбор редакционной коллегии

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО КОЛЕЕОБРАЗОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН

Сафин Динар Фанисович

студент, кафедры АДМиТ КГАСУ,

РФ, г. Казань

Захарова Аделина Маратовна

студент, кафедры АДМиТ КГАСУ,

РФ, г. Казань

Научный руководитель Смирнов Денис Сергеевич

канд. техн. наук, доцент кафедры строительных материалов

РФ, г. Казань

Введение

Пластические деформации покрытия являются причиной 30-40% случаев образования колеи на асфальтобетонных покрытиях, которые состоят в накоплении вертикальных остаточных деформаций вследствие повышения пластичности, то есть  снижения структурной вязкости асфальтобетона при высоких температурах, которое, в свою очередь, происходит из-за снижения вязкости битума или вязкого сопротивления битума сдвигу. [1]

Учитывая рост интенсивности движения на автомобильных дорогах, целесообразно было бы предотвращать вероятность образования колеи на этапе проектирования. К сожалению, в данный момент единственный способ устранить колею на дороге,  является очень затратным. Процесс колееобразования уже давно стал основным фактором, вызывающим преждевременное ухудшение транспортно-эксплуатационного состояния ниже предельно-допустимых значений на большинстве автомобильных и городских дорог с высоким уровнем загрузки.  Негативная тенденция состоит не только в том, что процесс образования колеи на проезжей части дорог общего пользования прогрессирует соразмерно увеличению интенсивности движения и увеличение осевых нагрузок, но и в том, что многие работники дорожной отрасли, считают данный процесс непредотвратимым. Другими словами, зачастую полагается, что колееобразование абсолютно неизбежно, и «победить» его можно только путем более частых ремонтных мероприятий, в том числе и внеплановых, проводимых ранее окончания нормативных сроков службы дорожных одежд и покрытий.

Объект исследования: пластическое колееобразование щебеночно-мастичного асфальтобетона в Республике Татарстан.

Предмет исследования: метод прогнозирования колеи пластичности.

Цели:

  1. Изучение метода прогнозирования колееобразования в покрытии.
  2. Соответствие методики прогнозирования к фактическим значениям образования колеи на дорогах в Республике Татарстан.

 Для решения поставленной цели требуется решение следующих задач:

  1. Проведение лабораторных испытаний, анализ полученных результатов.

Научная новизна работы заключается в выявлении наиболее сдвигоустойчивого образца щебеночно-мастичного асфальтобетона согласно методу прогнозирования колеи пластичности.

Определение характеристик сдвигоустойчивости асфальтобетона в лаборатории.

Испытания образцов проводились согласно нормативным документам [2].

Для проведения испытаний были выбраны образцы  щебеночно-мастичного асфальтобетона с номинальным максимальным размером зерен каменного материала в диапазоне от 5 до 20 мм. Вяжущим материалом являлись ПБВ 60 и БНД 60/90. В ходе испытаний при одноосном сжатии и при сжатии по методу Маршалла были получены следующие результаты:

Таблица 1.

 

ЩМА-15 БНД 60/90

ЩМА-20 БНД 60/90

ЩМА-15 на ПБВ 60

ЩМА-20 на ПБВ 60

Среднее значение работы  разрушения, Дж Aс

 

 

6,46 Дж

5,9 Дж

7,3 Дж

7,15 Дж

Среднее значение работы  разрушения, Дж Am, По схеме Маршалла.

122 Дж

65,9 Дж

139,7 Дж

116 Дж

 

Таблица 2.

 

 

Формулы для расчета  показателей из таблицы 2, на примере  ЩМА-15 на БНД 60/90.

тgφ= =0,98                                                           (1)

Сл =  = 0.24 МПа.                                         (2)

                                     (3)

                   (4)

 

Климатические параметры в расчетах сдвигоустойчивости дорожных покрытий.

Для Республики Татарстан (Казань) абсолютный максимум и минимум температуры воздуха Тmax  Тmin  и составляет:

Тmax = + 38°С   Тmin = – 33°С

Находим максимальную и минимальную расчетную температуру асфальтобетонного покрытия:

Tn+ = – 0,0306·Tmax2 + 3,8701·Tmax – 39 = – 0,0306·382 + 3,8701·38 – 39 = 61,5°С (5)

Т n = 0,859 Т min + 1,7 = – 26,7°С                                        (6)

Вычисляем вероятности работы покрытия при конкретных температурах:

              (7)

 

                (8)

 

 (9)

 

Расчет критерия сдвигоустойчивости дорожных покрытий.

В соответствии с ОДМ « Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах», утвержденным распоряжением Росавтодора № ОС-440-Р от 17.05.2002 г., суммарная остаточная деформация асфальтобетона, накапливаемая за расчетный период эксплуатации покрытия определяется по следующей зависимости:

https://znaytovar.ru/images/gost/text/52719.files/image006.gif                 (10)

где γп - остаточная относительная деформация асфальтобетона, накопленная в слое покрытия за срок эксплуатации;

Ккол - коэффициент, учитывающий вероятность прохождения колес автомобилей по одному следу;

tp - расчетный срок службы асфальтобетонного покрытия, в ч;

N - интенсивность движения расчетных автомобилей по одной полосе, авт/ч;

t 1 - среднее время действия колесной нагрузки на асфальтобетонное покрытие при проходе одного расчетного автомобиля, с;

https://znaytovar.ru/images/gost/text/52719.files/image008.gif  - градиент скорости необратимого сдвига при испытании асфальтобетонных образцов в лаборатории, с-1;

t max - максимальное касательное напряжение, МПа;

р - удельное давление от расчетной нагрузки, МПа;

tg j - коэффициент внутреннего трения асфальтобетона;

Сл - показатель сцепления асфальтобетона по ГОСТ 12801-98, МПа;

т - коэффициент пластичности;

Тп-Тп+ - соответственно минимальная и максимальная расчетная температура покрытия, °С;

Р(Т) - частотное распределение или вероятность температуры покрытия в течение эксплуатации;

U - энергия активации вязкопластичного деформирования и разрушения асфальтобетона, кДж/моль;

R - газовая постоянная, 0,008314 кДж/°К моль;

ТdT - переменная температура и приращение температуры покрытия, °С.

Тл - абсолютная температура испытания образцов асфальтобетона в лаборатории, 323,15 °К = 50 °С.

р = 0,7 МПа. τmax = 0,75 МПа. t1 = 0,1 с. Приняты в соответствии с ОДМ [2]

Интенсивность движения расчетного автомобиля по одной полосе N назначают исходя из перспективной интенсивности движения по СП 34.13330.2012 N=150.

Градиент скорости необратимого сдвига γл* при испытании цилиндрических асфальтобетонных образцов высотой 71,4 мм на сжатие при скорости 50 мм/мин принимается равным:

                                  (11)

Расчетный срок службы покрытия tр определяется по формуле:

tр = 4года·8760часов в году = 35040 часов

Коэффициент, учитывающий вероятность прохождения колес автомобилей по одному следу :Ккол = 0,2.

Для каждого вида асфальтобетона приведем расчеты пластической деформации для температур покрытия: 60°С, 10°С и -20°С.

         Рассмотрим пример для ЩМА-15 БНД:

(12)

 

(13)

 

(14)

 

 Находим сумму пластических деформаций:

=          (15)

 

Исходя из условия, что допустимая пластическая деформация определяется по формуле :

https://znaytovar.ru/images/gost/text/52719.files/image010.gif                                                          (16)

 

Ожидаемая глубина колеи пластичности к расчетному сроку службы для  ЩМА -15 БНД 60/90 составит :

для  ЩМА -20 БНД 60/90 составит :

 

для  ЩМА -15 ПБВ 60 составит :

для  ЩМА -20 ПБВ 60 составит :

Вывод: было выяснено, что на образование колеи очень сильно влияет коэффициент, учитывающий вероятность прохождения колес по одному следу и среднее время действия колесной нагрузки при проходе одного автомобиля. Эти величины могут сильно меняться при различных непредусмотренных факторах, которые, к сожалению, спрогнозировать не удается, например дорожно-транспортное происшествие или сильный затор. Методы одноосного сжатия и  Маршалла рассматривают накопление остаточных деформаций как следствие только свойств асфальтобетона, остальные используемые величины, имеющие сильноизменчивый характер должны быть приведены с большей точностью.

Применение битума, модифицированного полимером, способствует повышению устойчивости к образованию колеи. Однако при использовании метода Маршалла положительный эффект от введения полимера просматривается далеко не однозначно. В итоге, если ориентироваться только на результаты испытаний по Маршаллу, то применение полимерной добавки в данном случае нецелесообразно, что противоречит многочисленным испытаниям.

 

Список литературы:

1. ОДМ «Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах».

2. СТО-ГК Трансстрой-007-2007 «Асфальтобетон. Метод оценки и устойчивости к образованию колеи пластичности».

Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
Диплом Выбор редакционной коллегии

Оставить комментарий

Уважаемые коллеги, издательство СибАК с 30 марта по 5 апреля работает в обычном режиме