CC BY
41УДК 625.861
В.И. КОЧНЕВ, инженер (eco46@mail.ru), Э.В. КОТЛЯРСКИЙ, канд. техн. наук, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)
Автоматизированная программа проектирования состава асфальтобетонных смесей с требуемыми структурно-механическими свойствами Часть 1. Блок исходных данных
Асфальтобетон — искусственный строительный материал, полученный в результате уплотнения специально приготовленной и рационально подобранной смеси щебня, песка, минерального порошка, битума и других компонентов.
Строительно-технические свойства асфальтобетона первоначально определяются технологическими параметрами асфальтобетонной смеси, что предопределяет его дальнейшую способность надежно противостоять эксплуатационным воздействиям.
Выбор составляющих материалов и технические требования к ним обусловлены ролью компонентов в формировании структуры и свойств асфальтобетона и его назначением в дорожной конструкции.
Существуют автоматизированные программы, способные производить на ЭВМ проектирование составов асфальтобетонной смеси. Анализ показал, что они, как правило, имеют общую структуру, показанную на рис. 1.
Ниже рассмотрен первый блок программы автоматизированного проектирования состава асфальтобетонной смеси с требуемыми структурно-механическими свойствами (ASBET-6) — «Блок исходных данных».
На первом этапе необходимо задать требуемые параметры проектируемой асфальтобетонной смеси. Это вид, тип и марка смеси, назначение конструктивного
слоя дорожной одежды, тип гранулометрии (непрерывная либо прерывистая), наибольший размер крупного заполнителя и др. Эти данные можно вводить в память ЭВМ вручную или извлекать из электронных проектов в автоматизированном режиме.
С учетом этой информации предлагаемый алгоритм автоматически определяет предельные значения гранулометрии, например по ГОСТ 9128—2009, для проектируемых составов. С этой целью в зависимости от типа и вида смеси, рекомендованных стандартом, алгоритмам присвоено свое оригинальное значение. Алгоритм проектирования состава асфальтобетонной смеси анализирует всю совокупность исходных данных и из базы данных (ГОСТ) автоматически определяет необходимые массивы исходной информации для дальнейшего проектирования в автоматизированном режиме (рис. 2).
Для проектирования состава асфальтобетонной смеси в качестве исходной информации необходимо учитывать свойства входящих в нее компонентов. Они могут быть определены в дорожной лаборатории асфальтобетонного завода или на предварительном этапе можно воспользоваться данными сертификатов и паспортов поставщиков. К ним относятся песок, щебень, минеральный порошок, битум и другие компоненты. Данные могут попадать в расчетный блок двумя путями: либо
Рис. 1. Общая структура алгоритма автоматизированного проектиро- Рис. 3. Способ ввода данных в блок исходных данных вания состава асфальтобетонной смеси
научно-технический и производственный журнал
□ М|(1ИУ| Ь лг.1-1 АМН 1Л].*И
Ёгт^-л Фчна- Срач:
ив И! 1 им* - ■
¡.ш - Ж X ч гвиы . Л- д-1
Х1Т * £
А В С 0 1 Е е 1 в 1 К м I н I о I е
ь 1.1. Щебень № \
10 Месторождение ОАО "Прионвжсшй юпбро-дилби"
11 п№с«в(о
и Форма частиц «V«
13 и 15 Зс|"<0|№Й состзо
16 Осплн Размер цаешц мм
и 15 нэ СИНЬ мас 4® 20 15 10 5 2,5 1.26 < 1.26
19 :о Ч1С1ЧЫ» ГЬпине М »4 36.3 Э5.Т 0.4 89.5 9.1 100 0 НО 0 'ЮН с 180
И 22 23 24 ъ 26 V Дсоблмость в цилиндре мас % ИС1ЧМЧ*А ГЛЛнМТЬ , 1 Цв1 Средняя лпотносгь. г/ш' в&. % Коэффициент фериы 7.71 2.64 143 4б.вЗ 6.4653
Рис. 4. Пример введенных исходных характеристик щебня
С ШсгомХГ Енве! [Л1ИМ 6].хК
¡Щ О)»*» Ь'1 Еав^а ваадт сеж ИА^*
лт1
А в С О 1 Е Р 1 С Н 1 Л К 1 М 11 О Р 1 О
и
68 1Д Песс*
67 Месторождение Сяэгмсвда карьесоупсавпенге 1
Н8 Нил
68 Ферма чйслрц ЦЩ)
ПО
71 Остатки Размер частц мм
72 73 н» сигл\ мас. % 10 5 2.6 1.25 0.61 1.315 С 16 <( 18
74 Частныв 8 49 9 1 И 2 27.6 24 122 2
75 Потные 0 4.9 14 2Л2 51 8 85 5 89 1И
78
Л
■8
79
Уад>-яь крутоет 2 49
Гравелистасть мас.% 1.54
Гр1А 0
Гр5 4.9
Исгннтч шипнветь г .'см1 г.я
Ср^ДнЯЛ ПА»1н(*1». 1.43
«в- *
Сидяртаини ныш к гпнкы нас. % 11
Смерж*м1» (*Г»мнч«шн финеСн!
Я И
о н в. М.
07
Рис. 5. Пример введенных исходных характеристик песка
вручную из лабораторных журналов на бумажном носителе, либо в автоматизированном режиме при использовании электронных лабораторных журналов (рис. 3).
Выбор составляющих материалов и технические требования к ним обусловлены ролью компонентов в формировании структуры и свойств асфальтобетона и его назначением в дорожной конструкции.
Известно, что щебень в асфальтобетоне является мак-роструктурной составляющей, формирующей каркас.
В соответствии с нормативными требованиями содержание пылеватых и глинистых частиц в щебне не должно превышать 3 мас. %. Для каркасных смесей форма щебня должна приближаться к кубовидной. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) формы в щебне (или гравии) не должно превышать для асфальтобетона типа А — 15%; типов Б и Бх — 25% и типов В и Вх — 35%. Шероховатая поверхность частиц щебня обусловливает повышение угла
внутреннего трения материала и способствует лучшему прилипанию органического вяжущего.
Программа автоматически формирует отчет, который при необходимости может быть выведен на бумажном носителе. Пример введенных исходных характеристик щебня представлен на рис. 4.
Песок заполняет пустоты между зернами крупного заполнителя, повышая плотность асфальтобетона. Для приготовления асфальтобетонных смесей рекомендовано применять как природные (кварцевые, полевошпатовые и др.), так и пески из отсевов дробления горных пород (высевки).
Стандартные требования допускают предельное содержание в песке пылеватых и глинистых частиц в количестве не более 1 мас. %. Автоматически сформированный и выведенный для печати на бумажном носителе отчет представлен на рис. 5.
научно-технический и производственный журнал ф'ГРОМТ^ Ш£1гШ@
октябрь 2011 ы ®
Рис. 6. Пример введенных исходных характеристик минерального порошка
й^.- Зр^ы ^т йг«*^
ч а л - il.il - « А
к ^су - ю -. ж г у Е щл л ¡э ил ^ ¡¡л I. А ■ Я
VШ - Л
д е 1 с о е г \ а и 1 .1 к ■ \ М N 1 0 р 0 1 к
139
131 1.5. Бипн
ш 3»80Л-пр«1МСДИТ9Ль 1 1 Рчвк«|1 ИТЗ
133 Марка: 1 ЕЬД 6С-ЕЙ
134
1Д 136 иг 138 ■зэ 140 Пд.тртия гда К! С. в 1 Рим 73 Тп > й при 0 _С С 1 им 21 Твигедвгура рвгмпгчан!* . ¿5 Твигчра-цра ^уиввсри. :С Ив Рас1ии!нсси См аТ Сцвлпанва пь^пр^на
Рис. 7. Пример введенных исходных характеристик используемого битума
№ Входные параметры Выходные параметры Формула
1 Отношение песок/минеральный порошок Пористость смеси, % у = 1,0357х2 - 7,5357х + 37,5, х - доля песка, %
2 Отношение щебень/песок Прочность при сдвиге, МПа у = -0,0141х2 + 0,157х + 0,231, х - доля песка, %
3 Доля битума Прочность при сжатии R20, МПа у = -0,307х2 + 1,9529х - 0,64, х - доля битума, %
4 Доля битума Прочность при сжатии R50, МПа у = -0,1571х2 + 0,9729х - 0,31, х - доля битума, %
5 Температура при испытании, оС Прочность при сжатии R50, МПа у = 4,6667х2 - 48,667х + 134, х - температура, оС
6 Вязкость битума (глубина проникновения иглы при 0оС),мм Прочность при сжатии R50, МПа у = -5,5х + 38,667, х - вязкость битума, мм, при 0оС
7 Доля щебня, % Прочность при сжатии Rсж, МПа у = -0,2 + 2,2, х - доля щебня, %
8 Отношение битум/минеральный порошок Прочность при сжатии R0, МПа у = -0,0105х2 + 0,5382х - 0,5629, при доле битума 22% у = -0,0043х2 + 0,3036х - 0,3314, при доле битума 29% у = -0,006х2 + 0,3736х - 0,3689, при доле битума 29%, х - доля Б
научно-технический и производственный журнал
Рис. 8. Алгоритм работы программы автоматизированного проектирования состава асфальтобетона
Минеральный порошок представляет собой тонкодисперсный наполнитель, выполняющий сразу несколько функций.
В разные годы установлено, что прочность, плотность и теплоустойчивость асфальтобетона в значительной степени зависят от качества и количества наиболее тонкодисперсной составляющей минеральной части асфальтобетонной смеси — минерального порошка.
Минеральный порошок выполняет роль активного наполнителя, образующего в смеси с битумом асфаль-товяжущее вещество — тонкодисперсную систему, которая, обволакивая более крупные минеральные составляющие асфальтобетона, соединяет их в монолит.
Минеральный порошок выполняет в асфальтобетоне три функции:
— является тонкодисперсным наполнителем, заполняющим микропустоты между частицами щебня и песка, что повышает плотность минерального остова асфальтобетона;
— в силу развитой поверхности, составляющей более 200 м2/кг (или 90—99% от общей удельной поверхности минеральных частиц, входящих в состав асфальтобетона), порошок вместе с органическим вяжущим способствует формированию структурированной дисперсной системы. Высокая дисперсность порошка способствует образованию асфальтовяжущего вещества, т. е. объединению с битумом, реализуя его повышенную адгезию к основным горным породам;
— тонкодисперсные минеральные частицы высокодисперсного минерального порошка взаимодействуют при высоких значениях технологической температуры по микропрослойкам с органическим вяжущим, повышают в зоне контакта его вязкость и переводят битум из объемного состояния в пленочное (структурированное), формируя микроструктуру асфальтобетона.
Сформированный автоматически и выведенный для печати на бумажный носитель отчет представлен на рис. 6.
Органические вяжущие материалы
Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют битумы нефтяные дорожные вязкие и жидкие,
сланцевые и природные, а также полимерно-битумные вяжущие и модифицированные битумы.
Битум — органическое вяжущее вещество, состоящее из смеси углеводородов, их кислородных, водородных, сернистых и азотистых производных. Сырьем для производства дорожных нефтяных битумов служат нефти.
По способу получения нефтяные битумы подразделяют на природные, остаточные, окисленные, крекинговые и компаундированные. Требования к органическим вяжущим материалам регламентированы различными стандартами, например ГОСТ 22245—90, которые имеются в электронной базе данных нормативных требований.
Выведенный для печати на бумажном носителе отчет о свойствах вязкого дорожного битума марки БНД 60/90 представлен на рис. 7.
Неоднократно отмечалось в научно-технической литературе, что качественные характеристики всех компонентов оказывают существенное влияние на свойства готовой асфальтобетонной смеси. К сожалению, на данный момент не существует полной аналитической либо многофакторной статистической модели получения абсолютных количественных взаимосвязей свойств исходных компонентов со свойствами получаемого из них асфальтового бетона. Однако с определенной доверительной надежностью можно осуществить статистическое моделирование процесса проектирования асфальтобетона с требуемыми структурно-механическими свойствами.
Вместе с тем в ходе многочисленных исследований различными авторами за многие годы накоплены данные о влиянии свойств и состава асфальтобетонных смесей на свойства асфальтобетона. Использование возможностей современных ЭВМ позволяет систематизировать определенные формализованные знания. Возможности многофакторного корреляционного и регрессионного статистического анализа позволяют получать зависимости с требуемой доверительной надежностью, отражающие влияние показателей качества компонентов асфальтобетонной смеси на ее свойства. Например, в таблице показано влияние приращений показателей качества компонентов асфальтобетонной смеси на свойства асфальтобетона [1].
Первый блок автоматизированной программы для подбора состава асфальтобетонной смеси ASBET 6 — блок ис-
научно-технический и производственный журнал фтрО/ГГ'" Ш£1гШ@
октябрь 2011 ы ®
ходных данных, формирует начальную информацию о проектируемой смеси, используемую программой на последующих этапах проектирования, как показано на рис. 8.
Хочется отметить, что из-за обилия параметров, которые следует вводить вручную, блок исходных данных представляет собой наиболее уязвимую часть алгоритма с точки зрения человеческой ошибки. В связи с этим предусмотрены меры оповещения проектировщика об ошибке во вводимых показателях. Так, к примеру, при неверном указании значений предполагаемого состава в таблице предельных значений ГОСТа будет выведено сообщение об ошибке. Предполагается усовершенствовать алгоритм, реализовав возможность анализа зернового состава компонентов и прочих исходных данных с последующим выводом сообщения об ошибке в случае наличия существующей. Это позволит в еще большей степени автоматизировать процесс подбора состава асфальтобетона.
Ключевые слова: автоматизация, асфальтобетон, проектирование состава, исходные данные.
Список литературы
1. Воробьев В.А., Суворов Д.Н., Котлярский Э.В., Доцен-ко А.И., Попов В.П. Компьютерное моделирование в автоматизации производства асфальтобетонной смеси. 2009.
2. Котлярский Э.В. Строительно-технические свойства дорожного асфальтового бетона. 2004.
3. Николаев А.Б., Котлярский Э.В., Кочнев В.И. Процесс проектирования состава асфальтобетонных смесей с заданными структурно-механическими свойствами с использованием автоматизированных систем 2011.
В издательстве «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ»
вышел дайджест
«Материалы для дорожного строительства»
В дайджест вошли статьи, опубликованные в журнале «Строительные материалы»® за 2004-2009 гг. -всего более 100 статей по тематическим разделам:
- нормативная и методическая база отрасли;
- материалы для дорожного строительства;
- ремонт дорог.
Для приобретения дайджеста следует направить заявку произвольной формы в издательство по факсу или электронной почте. Не забудьте указать наименование организации, почтовый адрес доставки, ФИО получателя.
Телефон/факс: (499) 976-22-08, 976-20-36
Е-таМ: mail@rifsm.ru. rifsm@mail.ru
ДАЙДЖЕ СТ^ _
«Материалы д ля дорожного строительства»
Информация об участке:
Общая площадь: 92 га
Расположение: Ростовская область, Каменский район, 100 км от Ростова по трассе М4 (917 км М4), в районе г. Каменск-Шахтинска, поворот на Богдановку -- 7 км от М4. Дорога - асфальт. Ближайшая ж/д станция Репное - 15 км. Есть возможность проведения электричества.
Имеется заключение департамента по недропользованию ЮФО о наличии в границах земельного участка
полезных ископаемых в недрах, объёме утвержденных резервов и физико-механических свойствах.
Имеются исследования по физическим и механическим свойствам камня и химический анализ камня.
Форма собственности - частная. Есть свидетельство о праве собственности.
Участок разделен на 10 самостоятельных участков. Размеры участков от 1,5 га до 26 га.
Назначение земли - сельскохозяйственное. Возможна продажа по частям.
Оказываем помощь в переводе земли в промышленное назначение.
Подробности на сайте: www.stonerostov.ru
по телефонам: +7-906-425-75-80 - Александр; +7-928-226-57-61 - Сергей Почта для доп. информации: SaleStoneRostov@gmail.com
Г; научно-технический и производственный журнал
^ ® октябрь 2011
