, Россия
сотрудник
Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
УДК 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
ГРНТИ 67.09 Строительные материалы и изделия
ОКСО 22.06.01 Технологии материалов
ББК 38 Строительство
BISAC TEC009160 Civil / Transportation
BISAC TEC021000 Materials Science / General
С появлением новых национальных стандартов по проектированию асфальтобетона по технологии Superpave пришла необходимость рассчитывать температуру смешивания и уплотнения асфальтобетонной смеси. Методика определения этих показателей описана в ГОСТ Р 58401.13-2019 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Метод приготовления образцов вращательным уплотнителем» и предусматривает определение двух и более значений динамической вязкости при различных температурах вяжущего. Представленный способ определения необходимых параметров зависит от изобретательности специалиста, так как получить более точные значения не представляется возможным. Решить данную проблему можно за счет использования математически обоснованной функции получения требуемых температурных показателей на основании двух замеров вязкости в соответствии с ГОСТ Р 58401.13-2019 при различной температуре. Для обеспечения работы полученного математического инструмента разработан программный продукт (приложение для Windows) «Вязкость» (свидетельство о депонировании №219.017.52AE). Для получения диапазонов температуры смешения и уплотнения смеси достаточно ввести измеренные величины вязкости в двух точках при известных температурах, и программа выдаёт температурный диапазон для смешивания и уплотнения асфальтобетонной смеси. При этом `нет необходимости заниматься графическими построениями для получения лишь приблизительных результатов.
асфальтобетонная смесь, проектирование, температура смешивания и уплотнения, предварительные национальные стандарты, технология Superpave
Введение. В настоящее время Российская Федерация начала активный обмен знаниями и разработками с зарубежными странами. В связи с чем встает вопрос о переходе к единым нормативным документам. Сейчас возможно использование действующих на данный момент нормативов, таких как ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов», ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные». Начинают активно использовать такие стандарты, как ПНСТ 184-2016 «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Технические условия», ПНСТ 183-2016. «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия». Кроме того, впервые РФ начинает использование стандарта по методологии Superpave ПНСТ 114-2016 «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Технические требования для метода объемного проектирования по методологии Superpave», ПНСТ 127-2016 «Смеси асфальтобетонные щебеночно-мастичные. Технические требования для метода объемного проектирования». Технология проектирования асфальтобетонных смесей по методу Superpave существенно отличается от традиционно используемой дорожными организациями и имеет ряд особенностей [1-6].
Методология. Проектирование асфальтобетона по технологии Superpave предполагает использование основных предварительных национальных стандартов: ПНСТ 114-2016 [7], ПНСТ 115-2016 [8], ПНСТ 127-2016 [9], ПНСТ 129-2016 [10], ПНСТ 112-2016 [11].
Основная часть. С появлением предварительных национальных стандартов (ПНСТ) по проектированию асфальтобетона по технологии Superpave пришла необходимость рассчитывать температуру смешивания и уплотнения асфальтобетонной смеси. Методика определения этих показателей описана в ПНСТ 112-2016 «Метод приготовления образцов вращательным уплотнителем (Гиратором)» и предусматривает определение двух и более значений динамической вязкости при различных температурах вяжущего. Полученные значения точек необходимо отметить на шаблоне, представленном в нормативном документе ПНСТ 112-2016, и провести через них прямую (рис. 1). В местах пересечения полученной прямой с горизонтальными линиями требуемой вязкости, расположенных на логарифмической шкале определяется необходимая для смешения и уплотнения температура.
Требуемая температура смешения вяжущего, соответствует диапазону значений при динамической вязкости системы от 0,15 до 0,19 Па*с, температура уплотнения - от 0,25 до 0,31 Па*с (рис. 1).
Рис. 1. Шаблон ПНСТ 112 -2016
Представленный способ определения необходимых параметров зависит от изобретательности специалиста, так как получить более точные значения не представляется возможным.
Данные, полученные на основании графика, построенного в табличном редакторе с применением линий экспоненциальной линии тренда, являются наиболее верными (рис.2).
Рис. 2. Шаблон, построенный в табличном редакторе
Пожалуй, с момента появления такого инструмента, как логарифмическая линейка, стандартный (графический) метод определения необходимых температур можно считать устаревшим. Решение данной задачи предложенным в ПНСТ 112-2016 способом можно сравнить с определением гипотенузы в прямоугольном треугольнике с помощью угольника и линейки, без использования существующей теоремы Пифагора.
Высокая точность результатов может быть достигнута при использовании вискозиметров, обеспечивающих получение большого массива данных с широким диапазоном температуры испытаний. Но подобное оборудование могут позволить себе очень узкий круг дорожных организаций в виду дороговизны. Большая же часть лабораторий будет использовать бюджетные варианты вискозиметров, обеспечивающие минимально требуемый набор функций.
Современный подход проектирования асфальтобетонных смесей и устройства покрытий автомобильных дорог, разработанный с учётом опыта зарубежных стран, не предусматривает использование математического инструмента расчета температуры смешивания и уплотнения асфальтобетонной смеси. Это вносит дополнительные сложности в алгоритм подбора состава смеси, который и так является сложным и имеет множество тонкостей. При этом, полученный диапазон температур влияет на основные показатели образцов асфальтобетона, исследуемые при подборе состава асфальтобетонных смесей. В случае возникновения спорных моментов отсутствует точный математический инструмент для установления истины.
Решить данную проблему можно за счет использования математически обоснованной функции получения требуемых температурных показателей на основании двух замеров вязкости в соответствии с ПНСТ 112-2016 при различной температуре.
Для доказательства математической зависимости был использован следующий метод.
Создадим произвольный график линейной функции (рис.3), проходящий через точки А и Б. Ось абсцисс линейная шкала и ось ординат логарифмическая с основанием 10. В соответствии с уже принятым правилом по оси абсцисс будет регистрироваться температура, а по оси ординат - вязкость. В связи с тем, что ось ординат логарифмическая, то функцию прямой АБ не корректно считать линейной. В связи с чем дополнительно постоим шкалу ординат, значения на которой будут представлять собой величину десятичного логарифма, зависящей от значений вязкости. Данная шкала является линейной. Таким образом, функция прямой АБ относительно дополнительной шкалы справедливо считается линейной.
Рис. 3. График зависимости вязкости от температуры
Предположим, что точки А и Б – это результат определения вязкости вяжущего в зависимости от температуры. Условно обозначим координаты точки А (T1, V1), точки Б - (T2, V2). Величину требуемой вязкости назовем V, а искомую температуру T. Для того, чтобы вывести уравнение прямой необходимо значения линейной шкалы ординат, соответствующие точкам А и Б, выразить через значения V1 и V2. Так как по условию построения дополнительной оси ординат значения (назовём их условно В) являются десятичным логарифмом вязкости, то В = LgV. При этом, координаты точек А и Б по дополнительной оси ординат будут соответственно равны B1 = LgV1, B2 = LgV2, требуемая величина вязкости - В= LgV соответственно.
Строим уравнение линейной функции:
(1)
где В – переменная величина вязкости десятичного логарифма вязкости
Т – переменная величина температуры
Теперь заменим значения В, В1 и В2 ранее полученными выражениями:
(2)
В итоге после пары преобразований получим следующее:
(3)
где V – требуемая величина вязкости;
V1 и V2 – вязкость при температурах T1 и T2 соответственно.
С учётом того, что в конечной формуле в числителе и знаменателе фигурирует логарифм с одинаковым основанием, то данная формула справедлива при использовании логарифма с любым положительным основанием.
Таким образом, получена математическая функция обеспечивающая точное математическое определения температуры (Т) для требуемой вязкости (V) по двум известным величинам, установленным в лаборатории по методу ПНСТ 112-2016.
Для обеспечения работы полученного математического инструмента разработан программный продукт (приложение для Windows) «Вязкость» (свидетельство о депонировании №219.017.52AE).
Для получения диапазонов температуры смешения и уплотнения смеси достаточно ввести измеренные величины вязкости в двух точках при известных температурах, и программа выдаёт температурный диапазон для смешивания и уплотнения асфальтобетонной смеси (рис. 4).
При этом `нет необходимости заниматься графическими построениями для получения лишь приблизительных результатов
Рис. 4. Результаты расчета, полученные с помощью программного продукта «Вязкость»
Выводы. С позиции обеспечения наибольшей точности определения температуры смешения и уплотнения асфальтобетонных смесей по технологии Superpave в соответствии с нормативными документами предложена возможность использования математического инструмента, разработанного на кафедре «Автомобильные и железные дороги» БГТУ им. В.Г. Шухова.
1. Кирюхин Г.Н. Проектирование состава асфальтобетона и методы его испытаний //Автомоб. дороги и мосты: Обзорн. информ. ФГУП «Информавтодор, 2005. №. 6. С. 96.
2. Радовский Б.С. Современное состояние разработки американского метода проектирования асфальтобетонных смесей Суперпейв //Дорожная техника: каталог-справочник. СПб.: Славутич, 2008. С. 42–52.
3. Руденски А.В. Современный метод проектирования состава асфальтобетона по асфальтовому вяжущему //Дороги и мосты. 2009. №. 21. С. 201–207.
4. Радовский Б.С. Проектирование состава асфальтобетонных смесей в США по методу Суперпейв // Дорожная техника. 2007. №. 1. С. 86–99.
5. ОДМ 218.4.036-2017. Методические рекомендации по приготовлению асфальтобетонных смесей, их укладке, а также приемке выполненных работ, основанные на методологии "Superpave". Введ. 2017-05-15. М.: Росстандарт, 2017. 36 с.
6. Траутваин А.И., Акимов А.Е., Денисов В.П., Лашин М.В. Особенности метода объемного проектирования асфальтобетона по технологии SUPERPAVE // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2019. № 3. С. 8–14.
7. ГОСТ Р 58401.1-2019. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Система объемно-функционального проектирования. Технические требования. Введ. 2019-06-01. М.: Росстандарт, 2019. 20 с.
8. ГОСТ Р 58401.3-2019. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Система объемно-функционального проектирования. Правила проектирования. Введ. 2019-06-01. М.: Росстандарт, 2019. 16 с.
9. ГОСТ Р 58401.2-2019. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Система объемно-функционального проектирования. Технические требования. Введ. 2019-06-01. М.: Росстандарт, 2019. 16 с.
10. ГОСТ Р 58401.4-2019. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Система объемно-функционального проектирования. Правила проектирования. Введ. 2016-06-01. М.: Росстандарт, 2019. 16 с.
11. ГОСТ Р 58401.13-2019. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Метод приготовления образцов вращательным уплотнителем. Введ. 2019-06-07. М.: Росстандарт, 2019. 16 с.
