Аналіз сучасного стану застосування конструктивних шарів нежорсткого дорожнього одягу з асфальтобетону модифікованого для підвищення його довговічності. Встановлення термореологічних характеристик асфальтобетону модифікованого полімерними латексами.
Аннотация к работе
Наукові результати роботи одержані в процесі виконання плану науково-дослідних робіт Національного транспортного університету: „Теоретичні основи забезпечення довговічності дорожнього полімерасфальтобетонного покриття транспортних споруд" (д/б № 23 РК 01031U03173); з тематичним планом науково-дослідних робіт Державної служби автомобільних доріг України „Розробити рекомендації з контролю якості щебенево-мастикової асфальтобетонної суміші і асфальтобетону та прилад для виготовлення зразків із щебенево-мастикового асфальтобетону” (д/б № 72-05РК0105U001108); “Розробити метод розрахунку асфальтобетонного покриття залізобетонних мостів та шляхопроводів на температурну тріщиностійкість” (д/б № 166/119 РК 010ЗU008562). Для досягнення мети були поставлені такі задачі: провести аналіз сучасного стану застосування конструктивних шарів нежорсткого дорожнього одягу з асфальтобетону модифікованого полімерами для підвищення його довговічності; встановити термореологічні характеристики асфальтобетону модифікованого полімерними латексами (фізико-механічні властивості, показники довговічності, функцію релаксації, функцію температурно-часового зсуву та ін.) для оцінки напруженого та граничного станів асфальтобетонних шарів нежорсткого дорожнього одягу; виконати аналіз впливу полімерних латексів на підвищення довговічності конструктивних шарів нежорсткого дорожнього одягу з асфальтобетону модифікованого полімерними латексами з урахуванням транспортних, кліматичних та матеріалознавчих факторів; розробити методику розрахунку на довговічність за тріщиностійкістю конструктивних шарів нежорсткого дорожнього одягу асфальтобетону модифікованого полімерними латексами для підвищення його довговічності;У першому розділі наведено існуючий досвід застосування полімерів для підвищення довговічності бітуму та асфальтобетону, основні теорії міцності, що використовуються для оцінки довговічності асфальтобетону, критичний аналіз існуючих підходів застосування полімерів. В цілому досвід застосування полімерів в США показав, що збільшення довговічності асфальтобетону тільки на 1 рік дозволить щорічно економити - 500 млн. дол. на будівництві асфальтобетонних покриттів. Детальні дослідження та узагальнення 13-річного досвіду роботи робочої групи в Європейському Комітеті із Стандартизації в області методів випробування і специфікації модифікованих бітумів дозволив в 2003 році видати стандарт на 9 методів випробувань, до кінця 2003 р. опубліковано близько 40 стандартів в Європейському Союзі. Тобто, для забезпечення суцільності асфальтобетону, що має вязко-пружні властивості, недостатньо вимог - напруження в будь-який момент повинні бути менші межі міцності матеріалу. Оскільки характеристики міцності асфальтобетону залежать, як від температури, так і від часу дії навантаження та проявляючи кінетичний характер руйнувань, то граничне прикладання навантажень до асфальтобетонних шарів нежорсткого дорожнього одягу визначали з використанням феноменологічного підходу, у вигляді сумарної міри тріщиноутворення М за час t зміни напруження, що відповідають певному рівню напружень для розрахункової схеми (рис.Проведений аналіз сучасного стану застосування асфальтобетону модифікованого полімерами для підвищення довговічності дорожнього одягу нежорсткого типу виявив недостатність в існуючих підходах оцінки довговічності не врахуванням реальних термо-реологічних властивостей асфальтобетону модифікованими полімерами разом з погодно-кліматичними умовами та умовами навантаження. Відсутність методики розрахунку конструктивних шарів з асфальтобетону модифікованого полімерами не дозволяє на єдиній методологічній основі застосовувати полімери для підвищення довговічності дорожнього одягу. Враховуючи термо-вязкопружні властивості асфальтобетону модифікованого полімером передбачено визначати напруження на основі відомих точних рішень теорії термо-вязко-пружності або застосовуючи методи квазіпружної апроксимації на основі наближених рішень теорії пружності з урахуванням кількості полімеру. Експериментально встановлено термо-реологічний паспорт асфальтобетону модифікованого полімерними латексами (фізико-механічні характеристики, показники довговічності, функцію релаксацію, функцію температурно-часового зсуву, функцію полімерно-часового зсуву та ін.) для оцінки напруженого та граничного станів нежорсткого дорожнього одягу. Показано, що використання в покритті нових видів асфальтобетонів значно покращує довговічність дорожнього одягу (застосування ЩМА модифікованого полімерами в середньому збільшує довговічність в 2-6 разів у порівнянні з традиційними складами асфальтобетонів).
План
2. Основний зміст роботи
Вывод
1. Проведений аналіз сучасного стану застосування асфальтобетону модифікованого полімерами для підвищення довговічності дорожнього одягу нежорсткого типу виявив недостатність в існуючих підходах оцінки довговічності не врахуванням реальних термо-реологічних властивостей асфальтобетону модифікованими полімерами разом з погодно-кліматичними умовами та умовами навантаження. Відсутність методики розрахунку конструктивних шарів з асфальтобетону модифікованого полімерами не дозволяє на єдиній методологічній основі застосовувати полімери для підвищення довговічності дорожнього одягу.
2. Обґрунтовано вибір та удосконалено умови тривалої міцності та умови граничного стану за тріщиностійкістю асфальтобетонних шарів нежорсткого дорожнього одягу при використанні полімерів, а також аналітичних залежностей для визначення напруженого стану. Враховуючи термо-вязкопружні властивості асфальтобетону модифікованого полімером передбачено визначати напруження на основі відомих точних рішень теорії термо-вязко-пружності або застосовуючи методи квазіпружної апроксимації на основі наближених рішень теорії пружності з урахуванням кількості полімеру. Для визначення напруженого стану використовувалась функція релаксації у вигляді модифікованого степеневого закону та суми експонент, функція температурно-часової аналогії та функція полімерно-часового зсуву у вигляді експоненційної залежності. Удосконалена умова граничного стану за тріщиностійкістю базувалася на використанні функцій тривалої міцності у вигляді модифікованої степеневої залежності Бартенєва та Журкова та умова граничного стану у вигляді критерію Бейлі, що відображають термореологічну поведінку асфальтобетону при його руйнуванні.
3. Експериментально встановлено термо-реологічний паспорт асфальтобетону модифікованого полімерними латексами (фізико-механічні характеристики, показники довговічності, функцію релаксацію, функцію температурно-часового зсуву, функцію полімерно-часового зсуву та ін.) для оцінки напруженого та граничного станів нежорсткого дорожнього одягу. На основі проведених лабораторних досліджень була показана можливість підвищення тріщиностійкості асфальтобетонних шарів за рахунок застосування полімерних латексів та нових видів асфальтобетону (щебенево-мастикового асфальтобетону (ЩМА). Зміна фізико-механічних властивостей асфальтобетону модифікованого полімерами в досить широких межах (в 2-3 рази) в залежності від кількості полімеру говорить про можливість активного регулювання його властивостей для досягнення необхідного ефекту. Підвищена водостійкість та збільшена довговічність параметрів довговічності у порівнянні із традиційними асфальтовими бетонами дає передумови для їх використання з метою підвищення загальної довговічності дорожнього одягу.
4. На основі теоретичних аспектів та експериментальних результатів виконано аналіз впливу полімерних латексів на підвищення тріщиностійкості асфальтобетонних шарів модифікованих полімерними латексами з урахуванням транспортних, кліматичних та матеріалознавчих факторів. Аналіз результатів розрахунків підтвердив попередні дослідження стосовно збільшення довговічності асфальтобетонних шарів модифікованих полімерами. В середньому для дорожніх одягів нежорсткого типу при навантаженні на вісь 60 КН довговічність дорожнього одягу при використанні полімерних латексів в 3-5 разів більша ніж при використанні традиційного асфальтобетону, при навантаженні 100 КН в 3-4 рази, при навантаженні 115 КН в 2-3 рази.
Показано, що використання в покритті нових видів асфальтобетонів значно покращує довговічність дорожнього одягу (застосування ЩМА модифікованого полімерами в середньому збільшує довговічність в 2-6 разів у порівнянні з традиційними складами асфальтобетонів).
5. Результати теоретичних та експериментальних досліджень дозволили розробити методику розрахунку на довговічнісь конструктивних шарів з асфальтобетону модифікованого полімерними латексами для підвищення довговічності дорожнього одягу нежорсткого типу від дії транспортних навантажень. Були розроблені і впроваджені рекомендації для підвищення довговічності асфальтобетонних шарів.
Результати дисертаційних досліджень реалізовані при проектуванні, будівницві та реконструкції автомобільних доріг.
Основні положення дисертації опубліковані в роботах
1. Бесараб О.М., Смолянець В.В., Онищенко А. М. Розробка раціональної технології застосування катіонного латексу Бутонал NS 198 для модифікації бітуму // Вісник ОДАБА.- 2006.- № 21.-С. 23-31.
2. Макарчев О.О., Мозговий В.В., Бесараб О.М., Онищенко А. М. Дослідження впливу полімерного латексу Бутонал NS 104 на властивості асфальтового бетону // Автошляховик України. - 2006. - № 4. - С. 36-39.
3. Макарчев О.О., Мозговий В.В., Бесараб О.М., Онищенко А. М. Оцінка впливу модифікатора бітуму Бутонал NS 198 на підвищення довговічності асфальтобетонного покриття // Дороги і мости. Збірник наукових статей. ДЕРЖДОРНДІ. Київ.- 2006.- № 5. - C. 275-288.
4. Мозговий В.В., Бесараб О.М., Жуков О.О., Онищенко А. М. Підвищення тріщиностійкості асфальтобетонних шарів міських дорожніх одягів // Сучасне промислове та цивільне будівництво. том 3 , Макіївка. - 2006. - №2. - C. 82-88.
5. Онищенко А. М. Досвід застосування полімерів в дорожньому будівництві // Управління проектами, системний аналіз і логістика. Науковий журнал. - 2007. № 4. - С. 146-153.
6. Бесараб А.Н., Жуков А.А., Онищенко А. Н. Повышение долговечности асфальтобетонных покрытий городских дорожных одежд // Автомобильные дороги и мосты. Научно-технический журнал. - 2007. - № 1. - С. 18-23.
7. Бесараб О.М., Онищенко А.М., Смолянець В.В., Макарчев О.О. Сучасні технології і матеріали в транспортному будівництві. // Вісник ОДАБА. - 2007. - № 25. - С. 27-36.
8. Бесараб О.М., Смолянець В.В., Онищенко А. М. Підвищення довговічності асфальтобетонного покриття за рахунок використання полімерів в місцях підвищених експлуатаційних навантажень. // Вісник ОДАБА. - 2007. - № 26. - С. 54-65.
9. Бесараб О.М., Онищенко А.М., Макарчев О.О. Вплив бітуму, модифікованого полімерними латексами бутонал фірми БАСФ (США), на фізико - механічні властивості асфальтобетону. «Композиционные материалы в промышленности» // 27-мой международной конференции и выставки. г. Ялта - 2007.- С. 173-176.
10. Бесараб О.М., Онищенко А.М., Смолянець В.В., Макарчев О.О. Теоретичні основи термо - реологічної поведінки полімерасфальтобетонів на основі латексів Butonal // Автошляховик України. - 2007. - №6. - С. 37-40.
11. Бесараб О.М., Онищенко А.М., Смолянець В.В., Макарчев О.О. Експериментальні дослідження термо-реологічної поведінки полімерасфальтобетонів на основі латексів Butonal // Автошляховик України. - 2008. - № 1. - С. 36-39.
Патенти
12. Макарчев О.О., Онищенко А.М., Бесараб О.М. Щебенево-мастиковий полімерасфальтобетон. Патент № 25693. Зареєстровано в Державному реєстрі патентів України на корисні моделі 10 серпня 2007 р.