Повышение долговечности покрытий автомобильных дорог за счет оптимизации структуры асфальтобетонов

Автомобильные дороги играют важную роль в развитии народного хозяйства и решении основных социальных вопросов во всех странах мира.

Дальнейшее развитие Российской Федерации на современном этапе тормозится в связи с отсутствием развитой сети автомобильных дорог с надежными конструкциями дорожных одежд с использованием высококачественных долговечных материалов.

Федеральная целевая программа «Развитие транспортной системы России на 2010;2015 г. г. (Подпрограмма «Автомобильные дороги») ставит задачи по повышению транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог, что стимулируется высокими темпами роста автомобильного парка России.

Развитие и совершенствование дорожной сети — стратегическая задача Российской Федерации. По протяженности автомобильных дорог Россия заметно отстает от развитых стран мира. Для освоения малонаселенных территорий Урала, Сибири и Дальнего Востока необходимо построить десятки тысяч километров автомобильных дорог. Одним из основных дорожно-строительных материалов для реализации этой задачи является асфальтобетон.

Накопленный опыт эксплуатации асфальтобетонных покрытий свидетельствует, что они часто выходят из строя значительно раньше срока, определяемого износом от воздействия колес транспортных средств, в связи с увеличением интенсивности дорожного движения, усилением осевых нагрузок, изменением условий эксплуатации и дорожно-эксплуатационных воздействий, в результате чего возникают различные деформации и разрушения, что отражается на транспортно-эксплуатационном состоянии автомобильных дорог и приводит к увеличению затрат на работы по их восстановлению и ремонту.

Повысить долговечность и надежность работы дорожных покрытий можно за счет оптимизации структуры асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов (рис. 1.1). При этом необходимо учитывать постоянно возрастающую интенсивность дорожного движения, увеличивающиеся нагрузки на ось транспортных средств.

Интенсивность дорожного движения.

Нагрузки на ось транспортных средств.

Дорожно-строительные машины и механизмы нового поколения.

Современная технология производства дорожно-строительных работ.

Использование техногенного сырья.

Применение более эффективных противогололедных реагентов.

Использование многокомпонентных асфальтобетонных смесей.

Рисунок 1 Факторы долговечности дорожных асфальтобетонных покрытий.

Возрастает капитальность конструкций дорожных одежд. В силу более глубокой переработки нефти изменяется в состав и структура дорожных битумов, что ухудшило их деформативные и адгезионные свойства Более широко применяется разнообразное техногенное сырье. Не менее важным является более полноценный учет влияния на асфальтобетонные покрытия климатических факторов, эксплуатационных воздействий, обусловленных использованием более эффективных противогололедных реагентов.

Принципиально изменяются конструктивные особенности, энерговооруженность и технологические возможности дорожно-строительных машин и механизмов нового поколения, что отражается на современных технологических приемах производства дорожно-строительных работ. С этими обстоятельствами связана необходимость использования более эффективных многокомпонентных асфальтобетонных смесей.

Со второй половины XX века наибольшее распространение в про-мышленно развитых странах, в том числе и Российской Федерации, получили асфальтобетонные покрытия. Они применяются на автомобильных дорогах любой грузонапряженности. Это объясняется рядом положительных качеств асфальтобетона, а именно:

— он обладает достаточной механической прочностью;

— способностью воспринимать упругие и пластические деформации;

— хорошее сцеплением асфальтобетонного покрытия с шинами транспортных средств, обеспечивает условия для безопасного дорожного движения;

— ровность покрытия, обеспечивает комфортность и бесшумность скоростного движения транспортных средств, и удобство пассажирам;

— гигиеничность асфальтобетона, позволяет легко промывать и очищать покрытия;

— демпфирующая способность асфальтобетона позволяет гасить колебания и вибрацию, возникающую при движении автотранспорта;

— технологичность и ремонтопригодность асфальтобетона, обеспечивающая простоту выполнения ремонтных работ и устранения дефектов, возникающих при эксплуатации;

— возможность полной механизации работ при приготовлении асфальтобетона, строительстве и ремонте покрытий.

Нельзя не учитывать то обстоятельство, что Россия имеет практически неограниченные сырьевые ресурсы для производства основного компонента для приготовления асфальтобетонных смесей — нефтяных битумов, других органических вяжущих на их основе и минеральных заполнителей.

Развитие дорожной отрасли на рубеже XX — XXI веков стимулируется высокими темпами роста автомобильного парка России.

Накопленный опыт эксплуатации асфальтобетонных покрытий свидетельствует, что наряду с достаточно высокой долговечностью они часто выходят из строя значительно раньше срока, вызванного износом в результате возникновения различных деформаций и разрушений — наплывов, волн, колеи, трещин, выбоин — что отражается на транспортно-эксплуатационном состоянии автомобильных дорог и приводит к увеличению затрат на работы по их восстановлению и ремонту.

Увеличение скорости движения и плотности транспортных потоков влечет за собой увеличение аварийности на автомобильных дорогах, приводит к росту числа погибших и пострадавших в дорожно-транспортных происшествиях. Если в 1990 году среди всех причин, по которым люди болели и умирали, ДТП занимало шестое место, то по прогнозу ООН в 2020 году по этой причине они займут третье место среди причин заболеваний и смерти после болезней системы кровообращения и депрессии. По данным социологов аварийность на автомобильном транспорте связана с большими отрицательными экономическими последствиями. По некоторым оценкам на национальном уровне ДТП приводит к невосполнимым (от 1 до 3%) экономическим потерям. Анализ, проведенный Всемирным Банком Реконструкции и Развития, свидетельствует, что глобальные экономические потери в результате ДТП в мире составляют 500 миллиардов долларов США в год [303].

На рубеже XX и XXI века эта проблема особенно остро встала перед Российской Федерацией. Количество автомобилей на дорогах страны за период с 1990 по 2010 годы увеличилось в более чем в 5 раз, в то время как протяженность сети дорог возросла лишь вдвое. Недофинансирование дорожной отрасли в 90-х годах привела к сильному износу существующих дорог, что негативно отразилось на их транспортно-эксплуатационном состоянии. Это в свою очередь привело к росту ДТП по дорожным условиям. В настоящее время количество погибших в результате ДТП (в расчете на 100 происшествий) в России в 6 — 7 раз больше, чем в развитых европейских странах. На 2000 год оно составило 29 594 чел. [294], в 2002 — 42 563 чел, в 2005 около 50 000 чел, в 2010 — около 52 000.

С целью предупреждения дорожно-транспортных происшествий Правительством России была реализована «Федеральная Программа повышения безопасности движения на дорогах России на период 1996;1998 годы», которая была выполнена к 2000 году. Разработана Концепция и Программа обеспечения безопасности на дорогах России на период 2002;2010 годы.

В последние года после широкого общественного обсуждения эта проблема прибрела общенациональный характер. Ей заинтересовались правительственные органы, Государственная Дума, муниципальные и местные органы управления академические и отраслевые институты и научная общественность. Стабилизируется целевое финансирование дорожной отрасли и транспортного строительства.

Их усилия направлены на разработку стандартов и юридических нормативов, совершенствование конструкции автотранспортных средств и приближение конструктивных требований к безопасности движения к международным стандартам, вопросов социальной защиты пострадавших в ДТП, повышению транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог, усилению материально-технической базы дорожного хозяйства России. Принципиально пересматриваются проектные решения, связанные с геометрическими элементами строящихся и реконструируемых автомобильных дорог, меняется технология строительства, особое внимание уделяется качеству и надежности работы верхнего слоя покрытия, устраиваемому преимущественно из асфальтового бетона и в первую очередь таким эксплуатационным свойствам как шероховатость, ровность, шум, светотехнические свойства.

Для существенного повышения качества и долговечности автомобильных дорог на основе битумоминеральных композитов в современных условиях необходимы новые принципы проектирования, строительства и эксплуатации асфальтобетонных покрытий (рис. 1.2). Этому препятствует отсутствие научно обоснованной методики количественной оценки структурно-механических показателей, строгой классификации основных структурообразующих применительно к асфальтовому бетону факторов, их взаимосвязи с характером и динамикой разрушений и деформаций. Проектирование конструктивных монолитных асфальтобетонных слоев не связано с экспериментальным определением строительно-технических свойств материалов, в том числе асфальтобетона. Практически не учитывается неоднородность и технологическая сегрегация материалов и смесей. Все эти вопросы напрямую связаны с физико-химической природой структурообразования и разрушения асфальтобетона и необходимостью разработки теоретических основ структурообразования асфальтобетона (рис. 1.2).

Методика количественной оценки структурно-механических показателей ния сти.

Пути повышения долговечности асфальтобе.

ТПННМУ ППКГ1К1.

Классификация основных структурообразующих факторов.

Рисунок 2 Этапы разработки теории основ структурообразования асфальтобетона.

Первые научные основы теории асфальтобетона в нашей стране были разработаны П. В. Сахаровым, H.H. Ивановым. В 50-х — 70-х годах большой вклад в развитие науки об асфальтобетоне внесли JI. Б. Гезенцвей, М. И. Волков, И. А. Рыбьев, Н. В. Горелышев, А. И. Лысихина, И. В. Королев и др. ученые. В последующие годы их многочисленными учениками и последователями были уточнены и исследованы различные элементы этой теории и получены новые количественные результаты.

Современная технология позволяет использовать машины, оборудование, различные добавки с новыми принципиально другими технологическими возможностями, что позволяет, направлено управлять строительно-техническими свойствами асфальтобетона.

Под эксплуатационной надежностью асфальтобетона необходимо понимать его прочность, сдвигоустойчивость при высоких летних температурах, требуемую трещиностойкость и деформативность в зимний период, коррозийную стойкость, в том числе при интенсивном воздействии материалов, применяемых при зимнем содержании дорог. Не менее важным является способность материала сохранять проектные показатели в течение всего периода эксплуатации (межремонтного срока).

Необходимо отметить, что последний раз основные технические требования к асфальтобетону были сформулированы и обоснованы в докторской диссертации профессора Н. В. Горелышева в 1968 году [49], основные положения которой нашли отражения в ГОСТ 9128 [65]. За прошедший период эти требования не претерпели принципиальных изменений. Условия движения на автомобильных дорогах России с тех пор принципиально изменились по всем параметрам. Они предъявляют новые эксплуатационные требования к материалу. Для того чтобы получить асфальтобетон с требуемыми свойствами необходимо теоретически обосновать и экспериментально исследовать процессы формирования и разрушения структуры асфальтового бетона. В последние годы за рубежом и в нашей стране появились новые нетрадиционные материалы на основе органических вяжущих, обладающие более высокими эксплуатационными свойствами. Это асфальтобетонные смеси на полимерно-битумных и резинобитумных вяжущих, щебеночно-мастичные асфальтобетоны, холодные технологии с применением битумных эмульсий. Теория структурообразования этих материалов в настоящее время в достаточной степени в теоретическом аспекте не изучена.

Одной из причин недостаточных темпов дорожного строительства является низкое качество используемых материалов и несоблюдение технологии устройства монолитных конструктивных слоев дорожной одежды, в том числе и асфальтобетонных, что отражается на сроках их службы. Это приводит к необходимости проведения большого объема работ по текущему и среднему ремонту асфальтобетонных покрытий и отвлечению на эти цели значительных сил и средств дорожно-строительных организаций.

Технологические факторы имеют самое непосредственное отношение к формированию структуры асфальтобетона. Однородность перемешивания, расслоение и сегрегация при перевозке смесей, укладке, сегодня требует высокой точности и культуры выполнения дорожно-строительных работ, что в свою очередь предъявляет повышенные требования к технологическому оборудованию, системам дозирования и контроля. Уплотнение асфальтобетонных смесей является одной из наиболее важных технологических операций, которая завершает весь технологический цикл получения асфальтобетона в покрытии с заданными свойствами. Некачественное уплотнение при неоптимальных режимах способствует снижению долговечности асфальтобетонных покрытий и к значительным нерациональным материальным и финансовым затратам на их восстановление и поддержание в должном эксплуатационном состоянии.

Нормативные документы и рекомендации, регламентирующие в настоящее время методику проектирования составов смесей, технологические приемы и принципы структурообразования асфальтобетона на всех технологических этапах, не достаточно полно учитывают особенности и многообразие существующих типов и видов асфальтобетонных смесей, эксплуатационное назначения конструктивных асфальтобетонных слоев дорожной одежды нежесткого типа. В нормах не учитывается специфика реализации в необходимом объеме всего комплекса технологических операций, характерных для строительства новых покрытий, ремонта и восстановления эксплуатируемых. Не учтены особенности применения различного технологического оборудования для приготовления, перевозки, укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей.

Технологические возможности машин и оборудования, в том числе ведущих зарубежных производителей не всегда сочетаются со свойствами уплотняемых асфальтобетонных смесей, что проявляется в неоднородности уплотненных конструктивных слоев дорожной одежды и отражается на их эксплуатационной надежности.

Современная технология позволяет использовать машины, оборудование, поверхностно-активные добавки с принципиально новыми технологическими возможностями, что позволяет направленно регулировать строительно-техническими, технологическими и эксплуатационными свойствами асфальтобетона. Этому препятствует отсутствие надежной теории, объясняющей структурообразование асфальтобетона и деструктивные процессы, происходящие при его эксплуатации в современных условиях.

Цель работы — Разработка теоретических основ повышение долговечности покрытий автомобильных дорог за счет оптимизации структуры асфальтобетонных конструктивных слоев с учетом технологических возможностей современных машин, оборудования и условий эксплуатации.

Это позволит обосновать возможность направленного регулирования структурно-механическими и строительно-техническими свойствами материала, как в процессе структурообразования, так и при эксплуатации в конструктивных слоях дорожной одежды.

Поставленная цель достигается теоретическим обоснованием этапов структурообразования асфальтобетона, анализом влияния основных факторов, вызывающих разрушение структуры асфальтобетона при его работе.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— предложить механизм процессов структурообразования и разрушения асфальтобетона с использованием положений физико-химической механики и специфики контактных взаимодействий, а также явлений на границе раздела «битум — каменный материал» с учетом современной транспортно-эксплуатационной ситуации;

— разработать и научно обосновать методику количественной оценки структурно-механических показателей и методов определения строительно-технических свойств асфальтобетонных смесей для устройства долговечных слоев покрытий и оснований автомобильных дорог;

— определить и классифицировать основные структурообразующие факторы, влияющие на формирование структуры асфальтобетонов, на технологические и строительно-технические свойства, от которых зависят транс-портно-эксплуатационные показатели асфальтобетонных дорожных покрытий;

— установить качественно-количественные взаимосвязи между структурообразующими факторами, строительно-техническими и структурно-механическими свойствами асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог для достижения показателей, отвечающих технологическим и эксплуатационным требованиям;

— оценить характер и динамику разрушения структуры асфальтобетонов при воздействии транспортных нагрузок, погодно-климатических и агрессивных факторов и определить их долговечность;

— предложить принципы проектирования асфальтовяжущих и асфальтобетонов с учетом использования современного оборудования, нагрузок на ость и условий эксплуатации;

— разработка составов асфальтовяжущих и асфальтобетонов и технологии строительства;

— разработка нормативных документов, опытно-промышленная апробация и внедрение результатов диссертационной работы.

На основании этого необходимо сформулировать количественные критерии и принципы оптимизации структуры и свойств асфальтобетона для различных технологических и эксплуатационных ситуаций.

При выборе области исследования необходимо учесть, что в нормативно-технической литературе недостаточно четко сформулированы требования к уплотненному асфальтобетону, не в полной мере изучен физико-химический механизм процесса структурообразования асфальтобетонных смесей. Не систематизированы полученные в разные годы различными авторами многочисленные результаты, характеризующие процессы формирования структуры асфальтобетона и ее разрушения и связанные с этим изменения его свойств при испытании в лабораторных и в полевых условиях.

Область настоящего исследования ограничена испытаниями 20 модельных и шести производственных составов асфальтобетонных смесей. При выборе составов учтены основные классификационные признаки материала, для того чтобы как можно шире охватить диапазон традиционных асфальтобетонных смесей [65]. При опытно-промышленных испытаниях использованы основные типы уплотняющих средств, реализующих традиционные принципы уплотнения, используемых в дорожном строительстве для уплотнения конструктивных асфальтобетонных слоев в дорожных одеждах.

Не достаточно полно изучены условия работы конструктивных слоев битумоминеральных оснований. При эксплуатации в них возникают не такие высокие напряжения от транспортных нагрузок. Летом основания работают при более низких температурах, зимой — охлаждаются не до таких низких отрицательных значений. Слои основания подвергаются меньшему числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, так как они защищены верхними слоями покрытия от воздействия атмосферных осадков.

Исходя из технологических, эксплуатационных, и технико-экономических соображений, большой практический интерес для устройства верхних слоев дорожных оснований представляют разработанные в МАДИ с участием автора составы высокопористого песчаного асфальтобетона (биту-мопесчаных смесей). Битумопесчаные смеси для оснований дорожных одежд имеют ряд явных преимуществ по сравнению с несвязными основаниями, а именно, гораздо более высокие показатели физико-механических свойств (модули упругости, прочности при изгибе). Они значительно превосходят традиционные основания по теплофизическим характеристикам, что снижает или устраняет скорость замерзания и оттаивания воды во влажных грунтовых основаниях защищая тем самым от возрастания напряжение в дорожной одежде при морозном пучении в грунтовом основания.

На долговечность асфальтобетонных покрытий влияют вся совокупность транспортно-эксплуатационных факторов, среди которых наименее изучено воздействие химически агрессивных сред и в первую очередь противогололедных реагентов.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

Разработаны теоретические основы структурообразования асфальтобетона с учетом технологических возможностей современных машин, оборудования, компонентов и условий эксплуатации, заключающиеся в учете основных закономерностей синтеза высококонцентрированных полиминеральных полидисперсных систем. Установлен характер взаимосвязи между удельной поверхностью минеральной части асфальтобетонной смеси, числом контактов в единице объема силой сцепления в контакте между частицами, структурой и свойствами органических вяжущих, прочностью, площадью и размерами единичного (коагуляционного) контакта со свойствами асфальтобетонов.

С привлечением теории контактных взаимодействий обоснован физико-химический механизм формирования структуры асфальтобетона, заключающийся в учете основных закономерностей образования и разрушения структуры высококонцентрированных полиминеральных и полидисперсных систем. Выявлены основные параметры характеризующие структуру асфальтобетона, что дало возможность произвести количественную оценку структурно-механических свойств асфальтобетонных смесей как на технологической стадии, так и асфальтобетона в процессе эксплуатации. Установлен характер взаимосвязи между удельной поверхностью минеральной части асфальтобетонной смеси, средним числом контактов между частицами в единице объема материала, средней силой сцепления в контакте между частицами, средней прочностью, площадью и размерами единичного (коагуляцион-ного) контакта и свойствами асфальтобетонов.

— Подбор составов и режимов уплотнения, процесс структурообразова-ния предопределяет принципы направленного комплексного регулированием структурно-механических свойств асфальтобетонных смесей, что позволяет получать асфальтобетон с заранее заданными свойствами. Показана принципиальная возможность получения асфальтобетонных покрытий повышенной долговечности и надежности с требуемыми эксплуатационными показателями с использованием различных видов сырья и нового парка машин и механизмов, что позволило сформулировать алгоритм дорожно-строительной техники нового поколения.

— Обоснованы методологические принципы проектирования асфальтобетона по требуемому комплексу показателей структурно-механических свойств, учитывающие качественные характеристики и количественное соотношение исходных компонентов, технологические воздействия в процессе формирования смесей, которые впервые реализованы в расчетно-экспериментальных методиках проектирования составов асфальтобетонов и рекомендациях по их эффективному уплотнению. Разработаны алгоритмы и программы, методика проектирования материала с заданным комплексом технологических и эксплуатационных свойств.

Разработаны методические принципы оценки строительно-технических и структурно-механических свойств асфальтобетонных смесей и асфальтового бетона возможности нового технологического оборудования и специфику условий эксплуатации.

— Установлены количественные соотношения показателей структурно-реологических и механических свойств уплотняемых асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов с реальными производственными технологическими параметрами процесса уплотнения, составом смеси и свойствами составляющих компонентов. Установлена взаимосвязь факторов и их корреляционные зависимости с оцениваемыми свойствами. Полученные регрессионные зависимости положены в основу номограмм, необходимых для назначения эффективного уплотнения асфальтобетонных смесей различных составов и получения асфальтобетонов с требуемыми свойствами.

— Выявлены основные закономерности изменения свойств асфальтобетонов при комплексном совокупном воздействии эксплуатационных факторов: транспортных нагрузок, погодно-климатических факторов, противогололедных реагентов и установлена динамика деструктивных процессов, протекающих в асфальтовом бетоне в дорожных покрытиях в процессе эксплуатации. Определены составляющие компоненты и составы асфальтобетонов наиболее устойчивых к действию эксплуатационных факторов.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов.

Обоснованность и достоверность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, определяется корректным использованием современных теоретических представлений о структурообразовании высококонцентрированных полидисперсных структур, полученными в диссертации с использованием физико-химических методов исследований, электронной микроскопии, лабораторными и производственными экспериментальными результатами и обработкой полученных количественных значений показателей методами многофакторного регрессионного и корреляционного анализа.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Теоретические основы структурообразования асфальтобетона с учетом технологических возможностей современных машин, оборудования, свойств, состава, режимов и условий эксплуатации.

2. Теоретическое обоснование этапов структурообразования асфальтобетонных смесей и асфальтобетона при устройстве конструктивных слоев дорожной одежды: оснований из высокопористых песчаных асфальтобетонов и верхних слоев из плотных асфальтобетонов.

3. Влияние основных технологических факторов на процессы структу-рообразование асфальтобетонных слоев из высокопористых песчаных и плотных асфальтобетонов в конструктивных слоях покрытий автомобильных дорог.

4. Расчетно-экспериментальная методика проектирования асфальтобетона с требуемыми структурно-механическими свойствами для работы в покрытиях автомобильных дорог.

5. Методические принципы проектирования технологии эффективного уплотнения асфальтобетонных смесей различных составов с учетом их технологических свойств и технологических возможностей уплотняющих машин.

6. Конструкции дорожных одежд с использованием песчаных высокопористых асфальтобетонов в верхних слоях оснований меньшей материалоемкости, большей несущей способности и долговечности.

7. Количественная оценка влияния эксплуатационных факторов на разрушение структуры асфальтобетона при его работе в конструктивных слоях дорожной одежды.

8. Разработка составов и технологий производства асфальтобетонных смесей и строительства асфальтобетонных покрытий.

Практическая ценность результатов работы.

Научные результаты, полученные в диссертационной работе, позволили решить ряд прикладных задач по созданию долговечных покрытий автомобильных дорого за счет оптимизации структуры асфальтобетонных конструктивных слоев, а именно:

— Предложена система оценки строительно-технических и структурно-механических свойств асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов, учитывающая свойства и содержание составляющих компонентов, технологические режимы в процессе формирования смесей, позволяющая обоснованно выбирать оптимальные технологии получения асфальтобетонных смесей в зависимости от состава и качества составляющих компонентов;

— Разработаны составы и технология устройства оснований дорожных одежд из высокопористых песчаных асфальтобетонов, обеспечивающих снижение материалоемкости конструкции и повышение несущей способности и долговечности, что подтверждено многолетним применением этих материалов в дорожном строительстве. Предложены новые конструкции дорожных одежд меньшей материалоемкости, большей несущей способности и долговечности с использованием высокопористых песчаных асфальтобетонов;

— Предложены оптимальные режимы уплотнения асфальтобетонных конструктивных слоев дорожных покрытий в зависимости от конструктивных и весовых параметров, числа проходов и рабочих скоростей уплотняющей техники, толщины уплотняемого слоя, особенностей состава асфальтобетонных смесей. Предложены номограммы, позволяющие выбирать оптимальные температуры уплотнения асфальтобетонных смесей различных типов, в зависимости от содержания щебня, длины уплотняемой полосы покрытия, времени с момента укладки смеси, температуры смеси, температуры воздуха, скорости ветра и др.

— Классифицированы основные виды эксплуатационных воздействий, способствующие преждевременному разрушению асфальтобетонных покрытий. Предложены рекомендации по выбору противогололедных реагентов для асфальтобетонных покрытий в зависимости от состава, природы минерального заполнителя, содержания и типа минерального порошка в асфальтобетонных смесях, обеспечивающих повышенную долговечность покрытий.

Практические результаты работы защищены 5 патентами и авторскими свидетельствами на изобретения.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены на 17 всесоюзных, всероссийских, республиканских и международных конференциях и симпозиумах в том числе:

Республиканской конференции «Ресурсосберегающие технологии, структура и свойства дорожных бетонов» (Харьков. 1989), на заседаниях Расширенного Президиума Международной Ассоциации исследователей асфальтобетона (Москва, 1993, 1999), на пленарных заседаниях межгосударственной Ассоциации исследователей асфальтобетона" (Москва, 2000, 2004), на Международной научно-технической конференции «Экология автотранспортного комплекса» (Москва, 1996 г.), на пленарном заседании Региональной общественной организации «Исследователи асфальтобетона», на ежегодных научных сессиях Ассоциации Исследователей Асфальтобетона (Москва, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012), на расширенном заседании «Повышение качества битумов в странах СНГ», посвященном Юбилею экспертного совета при Межправительственном совета дорожников (Москва, МСД, 2007), на Международной научно-практической конференции «Научные исследования, на-носистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (БГТУ им. В. Г. Шухова, Белгород, 2007), на заседании Первого Всероссийского дорожного конгресса (Москва, 2009), на ВДНХ СССР (2 серебряные и 2 бронзовые медали), на IV, V, VI Московских международных выставках «Доркомэкс-по».

Под руководством автора защищена 1 диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Реализация работы. Результаты проведенных исследований позволили апробировать и внедрить в производство эффективные технологии уплотнения асфальтобетонных смесей, методику проектирования составов асфальтобетонных смесей по требуемому комплексу структурно-механических показателей, методику проектирования технологических режимов уплотнения асфальтобетонных смесей.

Для внедрения результатов работы и ее отдельных аспектов при строительстве и ремонте автомобильных дорог в разные годы разработаны нормативные документы и методические рекомендации:

— Смеси битумопесчаные. Технические условия. ТУ 218 РСФСР 395. М., Минавтодор РСФСР;

— Руководство по применению битумопесчаных смесей для устройства оснований дорожных одежд.;

— Стандарт организации СТО 94 444 005−001−2011 «Рекомендации по эффективному уплотнению асфальтобетонных покрытий и оснований». Технические условия. М., НИИ МК МАДИ, 2011.

— ГОСТ 9128–84. Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. Госстрой СССР. М., Из-во стандартов. 1985, 25 стр.

— ГОСТ 9128–97. Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. М., 1998, 23 стр.

— ГОСТ 9128–2009. Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. М., 2010, 18 стр.

— Смеси асфальтобетонные щебнемастичные и асфальтобетон. Технические условия. ТУ 5718−001−11 168−00, НИИ МК МАДИ (ТУ), Финский концерн «Лименкяйнен», М., 2001 г;

— Московский территориальный строительный каталог. МТСК — 5.5. «Машины и оборудование для транспортирования строительных материалов, конструкций, изделий и для погрузочно-разгрузочных работ. Правительство Москвы. Комплекс архитектуры, строительств, реконструкции и развития города. Департамент градостроительной политики, развития и реконструкции города Москвы;

— Стандарты организации. Автомобильные дороги. «Устройство асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог:

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. С позиций теории структурообразования высококонцентрированных дисперсных систем и специфики контактных взаимодействий за счет изменения соотношения количества и свойств элементарных контактов сформулированы основные принципы направленного регулирования процессами формирования структуры асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов в конструктивных слоях дорожных покрытий.

2. Разработана методология оценки строительно-технических и структурно-механических свойств асфальтобетонных смесей и асфальтовых бетонов, учитывающая свойства и количественное соотношение исходных компонентов, технологические воздействия в процессе формирования смесей, что подтверждено результатами лабораторных экспериментов, электронно-микроскопических исследований и опытно-производственных работ.

3. На примере высокопористых песчаных асфальтобетонной, как наиболее простых битумоминеральных композиций, выявлены особенности структурообразования в процессе уплотнения. На основе положений физико-химической механики рассмотрены три этапа структурообразования и особенности контактных взаимодействий, происходящие при формировании структуры асфальтобетонных смесей в процессе уплотнения.

Получены количественные соотношения показателей физико-механических и структурно-реологических свойств формирующихся при уплотнении высокопористых битумопесчаных смесей и плотных асфальтобетонов различного состава на различных вяжущих материалах с технологическими параметрами процесса уплотнения.

4. На основании разработанной классификации основных структурообразующих факторов установлено, что результаты структурообразования и структурные изменения в дорожном асфальтобетоне на технологическом этапе и в процессе эксплуатации представляют собой сложную многофакторную задачу, которая носит статистический характер. Это связано с неоднородностью свойств исходных материалов и не стационарностью технологических процессов. С определенной степенью надежности эта задача решена в виде статистического прогноза, требующего анализа взаимосвязи и вероятностной оценки весомости технологических факторов-аргументов на достигаемые результаты, а также учета характера и динамики изменения эксплуатационных факторов с оценкой изменения строительно-технических и структурно-механических свойств материалов в реальных условиях работы в конструкции дорожной одежды, что позволяет производить вероятностный прогноз долговечности асфальтобетонных конструктивных слоев.

5. В результате лабораторных и опытно-производственных работ получены количественные взаимосвязи между структурообразующими и деструктивными факторами со структурно-механическими и строительно-техническими свойствами асфальтобетона в покрытиях автомобильных дорог. Впервые установлено, что при уплотнении асфальтобетонных смесей достижение нормативной плотности асфальтобетона в конструктивных слоях дорожной одежды не гарантирует получения всего требуемого комплекса физико-механических свойств и структуры материала, отвечающих эксплуатационным условиям.

6. Классифицированы основные виды эксплуатационных воздействий, способствующие преждевременному разрушению асфальтобетонных покрытий. Для надежной работы в течение требуемого срока службы структура и комплекс показателей свойств асфальтового бетона должны соответствовать условиям его эксплуатации в конструктивных слоях дорожных одежд.

Установлено, что, происходящие в структуре асфальтобетона под действием эксплуатационных факторов процессы при работе в дорожных покрытиях, имеют физико-химическую природу и количественно описываются с учетом основных положений физико-химической механики и теории контактных взаимодействий.

7. Установлен механизм взаимодействия агрессивных сред в составе противогололедных реагентов на процессы разрушения асфальтобетонов и составляющих их компонентов. Воздействие хлористых солей приводит к старению битума. Агрессивная среда способно вымывать частицы минерального наполнителя из микроструктуры асфальтобетона (асфальтовяжущего вещества), разрушая микроконтактную структуру материала. По сравнению с кислыми компонентами асфальтобетоны из основных горных пород более чувствительных действию агрессивных водных сред. Процессы разрушения структуры асфальтобетона протекают наиболее быстро в нитратных средах, медленнее в растворах сульфата магния и натрия и в растворах хлористых солей.

8. Предложены оптимальные режимы уплотнения асфальтобетонных конструктивных слоев дорожных покрытий, учитывающие конструктивные и весовые параметры, количество проходов и рабочие скорости уплотняющей техники, толщину уплотняемого слоя, а так же впервые учитывающие особенности состава асфальтобетонных смесей: соотношение расхода битума к расходу минерального порошка, расхода асфальтовяжущего вещества к песку, расхода асфальтового раствора к расходу щебня.

Представлены номограммы, позволяющие определять оптимальные температуры уплотнения асфальтобетонных смесей в зависимости от их типа, содержания щебня, длины уплотняемой полосы, времени, прошедшего с момента укладки, начальной температуры смеси, температуры воздуха, скорости ветра.

9. На основании проведенных исследований разработана нормативная документация, позволившая внедрить полученные результаты работы в практику дорожного строительства:

— Смеси битумопесчаные. Технические условия. ТУ 218РСФСР 365.

— Руководство по применению битумопесчаных смесей для устройства оснований дорожных одежд;

— ГОСТ 9128–84, ГОСТ 9128–97, ГОСТ 9128–2009, позволившие получить подтвержденные актами и справками ФКУ «Дороги России», Федеральной дирекции автомобильных дорог «Центральная Россия» и Росавтодора Минтранса РФ.

— Разработан стандарт организации СТО 9 444 405−2011 «Рекомендации по эффективному уплотнению асфальтобетонных смесей при устройстве покрытий и оснований автомобильных дорог», использование которого позволяет на 30% увеличить сроки службы дорожных асфальтобетонных покрытий.

— Результаты исследований использованы при разработке Стандартов организации. Автомобильные дороги. «Устройство асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог Часть 1. Общие положения. Издание офио циальное. СТО НОСТРОИ 2.25.36−2011, Часть 2. «Устройство асфальтобетонных покрытий из горячего асфальтобетона». Издание официальное. СТО НОСТРОЙ 2.25.37−2011, Часть 3. «Устройство асфальтобетонных покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона». Издание официальное. СТО НОСТРОЙ 2.25.38−2011, Часть 4. «Устройство асфальтобетонных покрытий из литого асфальтобетона». Издание официальное. СТО НОСТРОЙ 2.25.39−2011, Часть 5. «Устройство асфальтобетонных покрытий из холодного асфальтобетона». Издание официальное. СТО НОСТРОЙ 2.25.36−2011, Стандартов организации. Автомобильные дороги. «Ремонт асфальтобетонных покрытий» Часть 1. Общие положения. Издание официальное. СТО НОСТРОЙ 2.25.47−2012 и Часть 4. Ликвидация колеи. Издание официальное. СТО НОСТРОЙ 2.25.50−2012.

10. Полученные в диссертационной работе результаты исследований внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов для дорожной отрасли.

11. Общий экономический эффект от внедрения результатов работы составляет около 30 млрд руб.