CC BY
26
Методика оптимизации процесса проектирования дорожных одежд с использованием асфальтогранулята
М.М. Девятов, В.Ю. Тян, А.В. Журавлев Волгоградский государственный технический университет
Аннотация: Предложена методика разработки системы типовых экологически и экономически эффективных конструкций дорожных одежд, позволяющая оптимизировать процесс проектирования дорожных одежд с использованием асфальтогранулята для проектирования капитального ремонта дорожных одежд.
Ключевые слова: холодная регенерация, дорожная одежда, типовой проект, автомобильная дорога, проектирование, строительство, асфальтогранулят.
В проекте транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2035 одной из приоритетных задач является доведение доли дорожной сети городских агломераций, находящихся в нормативном состоянии до 85 % к 2024 году, а автомобильных дорог регионального значения - до 50,9% к 2024 году и до 85% к 2035 году. Это потребует резкого увеличения объёма работ по ремонту и модернизации автомобильных дорог, что приведёт к увеличению более чем в два раза количества асфальтогранулята, вырабатываемого в процессе производства работ.
Так, расчёты показывают, что на 1 километр участка автомобильной дороги 3 технической категории после фрезерования асфальтобетонного слоя
3 _
толщиной 12 см. образуется асфальтогранулят объемом 840 м . При этом, как вид отхода, асфальтогранулят относится к IV классу опасности, что подразумевает нарушение экологической системы с периодом самовосстановления более 3 лет, что требует в соответствии с СанПиН 2.1.7.1322-03, целого ряда дорогостоящих мероприятий по предотвращению негативного воздействия на окружающую среду.
Избежать таких мероприятий возможно путём использования асфальтогранулята в дорожном строительстве методами холодной регенерации, различные способы применения материала рассматриваемым
методом приведены в соответствующих источниках [1-3]. Опыт применения различных технологий и целей использования асфальтогранулята в конструкциях дорожных одежд нашёл достаточно широкое и разнообразное применение, этому свидетельствует информация, представленная в ряде работ [4,5].
Вместе с тем до настоящего времени нет обоснованной, детальной систематизации различных видов конструкций дорожных одежд с использованием метода холодной регенерации в зависимости от их функционального назначения, что препятствует широкому внедрению эффективного использования асфальтогранулята. Об этом также свидетельствует отсутствие таких решений в действующих методических рекомендациях ОДМ 218.2.022-2012 и альбоме типовых конструкций нежёстких дорожных одежд ОДМ 218.2.104 - 2019.
В связи с этим представляется целесообразной разработка методики оптимизации процесса проектирования дорожных одежд, с использованием асфальтогранулята, направленного на разработку системы типовых конструкций дорожных одежд с использованием асфальтогранулята методом холодной регенерации, на основе применения экологически и энергоэффективных материалов [6].
В качестве теоретических предпосылок для обоснования такой методики предложено использовать экосистемный подход к инженерной деятельности и основы теории модернизации сети автомобильных дорог городов [7,8]. В соответствии с ними улично-дорожная сеть (далее УДС) муниципальных образований представлена, как многоуровневая, многокомпонентная система на пяти иерархических уровнях. Рассматриваемая система представлена на рис. 1.
и
Рис. 1. Ранжирование компонентов подсистемы «улично-дорожная сеть муниципальных образований», на пяти иерархических уровнях
При этом она рассматривается, как комплексный объект техносферы, в котором на наноуровне находятся материалы, используемые для элементов УДС, подходов к искусственным сооружениям и другим дорожным объектам (далее ДО), в том числе и дорожным одеждам (рис. 1), требующий системного подхода к процессу его проектирования.
Исходя из вышеперечисленного, предложена логическая модель формирования методики обоснования типовых проектных решений по восстановлению транспортно-эксплуатационных характеристик покрытия с использованием холодной регенерации на основе обобщения имеющегося опыта использования асфальтогранулята [9-11]. Она включает в себя функциональную классификацию асфальтогранулобетона (далее АГБ), систематизацию различных видов добавок в АГБ, методику сбора и анализа исходных данных, методику подбора состава асфальтогранулобетонной смеси (далее АГБС) и проектирования конструкции дорожной одежды для формирования альбома типовых решений, разработку общих рекомендаций и разработку алгоритма использования типовых решений, формирование альбома типовых решений (рис. 2).
В разработанной теории [8] функциональную классификацию ДО в общем виде предлагается выполнять на основе их группирования по следующим трем группам внутривидовых признаков (Р1, Р2, Р3) представленным на рис. 3.
Разработка методики сбора и анализа исходных данных
и
Рис. 2. Логическая модель формирования методики обоснования типовых проектных решений дорожных одежд с использованием холодного
асфальтогранулобетона
Рис. 3. Группировка свойств дорожных объектов по характерным признакам для выполнения их функциональной классификации Для решения задачи по разработке предлагаемой методологии оптимизации процесса проектирования дорожных одежд с использованием
асфальтогранулята в качестве дорожных объектов выступает асфальтогранулятобетон. Для функционального разделения АГБ на характерные группы по их целевому назначению, выделены следующие признаки:
1. К функциональным признакам относится целевое использование АГБ. Он может выполнять следующие функции: покрытия (на дорогах с низкой интенсивностью движения), верхнего или нижнего слоя основания, основания в целом. Эти признаки описывает выражение:
где X — восприятие нагрузки; У\ — водопроницаемость и водостойкость; 2 — срок службы; К — перераспределение нагрузки на соседние слои дорожной одежды.
От этих признаков зависят такие параметры, как прочность, водостойкость, морозостойкость, износостойкость и шероховатость АГБ в покрытии. 2. К геометрическим признакам относятся критерии, характеризующие гранулометрический состав АГБ. Эти признаки описывает выражение:
где X — характерные размеры зернового состава АГБ; У]- — состав минеральной смеси АГБ; — пористость; К — количественные и качественные характеристики добавок.
Эти признаки влияют на прочность, водостойкость, морозостойкость, износостойкость и шероховатость.
3. К признакам прилегающего пространства, в данном случае, относятся расчётные нагрузки от подвижного состава и прилегающих конструктивных слоёв дорожной одежды, погодно-климатические условия и окружающая среда, влияющие и находящиеся во взаимосвязи с технологией устройства и
(1)
(2)
и
работой конструкции дорожной одежды с использованием АГБ. Эти признаки описывает выражение:
р=р (х ж }), (3)
где X — расчётные нагрузки; — сдвигоустойчивость; — погодно-климатические условия и окружающая среда.
Использование предложенных подходов позволило провести систематизацию типов вяжущего (рис. 4) и разработать логическую модель выполнения функциональной классификации дорожных одежд с применением АГБ (рис. 5). Это позволит вырабатывать обоснованные дифференцированные подходы к разработке типовых конструкций дорожных одежд, имеющие систему обоснованных критериальных и оценочных показателей, необходимых для обоснования использования предлагаемых конструкций в качестве типовых (рис. 3).
\ Тип вяжущего
\ А без добавления вяжущего Э с добавлением битумной эмульсии В с добавлением вс пененного б итума Б с добавлением разогретого битума М с добавлением минерального вяжущего К с добавлением комплексного вяжущего
го ю ф з: X О) > климатическая зона 1 11.111 - БН Д 90/130 БНД130/200 БН Д 60/90 БН Д 90/130 БНД130/200 БНД 90/130 БНД 130/200 БНД 200/300 СГ; МГ МГО 130/200 БНД 200/300 СГ; МГ МГО 130/200 - БНД 90/130 БНД1 30/200 БНД 60/90 БНД 90/130
со га ю о 1=1 X § о_ о 1=1 У,У - БНД 60/90 БН Д 90/130 БН Д 60/90 БНД 90/1 30 БНД 130/200 СГ; МГ МГО 70/130 МГО 130/200 - БНД 60/90 БНД 90/130
авление эмульсии, ортланд цемента - ЭБК-2 ЭБК-3 ЭБА-2 ЭБА-3 - - Портландцемент марки не ниже М400 Портландцемент марки не ниже М400 ЭБК-3
ю с о |=Г
э П1 <и
X ^ га ю + + + + +
1=1
Рис. 4. - Систематизация типов вяжущего
и
Рис. 5. -Логическая модель выполнения функциональной классификация
асфальтогранулобетона
Разработка методики подбора состава АГБС, проектирования и сравнительного анализа конструкций дорожной одежды для формирования альбома типовых решений выполнена с использованием современной системы автоматизированного проектирования от российской компании «Индорсофт» [12]. На основе этих расчётов формируют альбом типовых конструкций дорожных одежд, с применением метода холодной регенерации.
Выводы:
1. Предложенная методика оптимизации процесса проектирования дорожных одежд с использованием асфальтогранулята базируется на теоретических положениях экосистемного подхода к инженерной деятельности и основах теории модернизации сети автомобильных дорог городов и направлена на разработку системы типовых экологически и экономически эффективных конструкций дорожных одежд.
2. Оптимизация процесса проектирования достигается за счёт минимизации трудозатрат и упрощения обоснованного выбора конструкций дорожных одежд, с применением асфальтогранулобетона, который даёт существенный экологический и экономический эффект по сравнению с традиционными проектными решениями для капитального ремонта дорожных одежд.
3. Типовой альбом конструкций дорожных одежд с применением асфальтогранулобетона для капитального ремонта дорожных одежд, позволит систематизировать и унифицировать проектные решения. Наличие таких решений упростит процедуру их внедрения, сократит сроки выполнения проектных работ. Кроме того, это позволит проектным организациям, не имеющим необходимого программного обеспечения, или специалистов с достаточным опытом работы по применению холодной регенерации, выполнять данный вид работ.
Литература
1. Бахрах Г.С. Свойства асфальтогранулобетона (АГБ) - продукта холодной регенерации дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием // Науч.-техн. информ. сб. / Информавтодор. - М., 1999. - Вып. 12. - 32 с.
2. Горнаев Н.А., Никишин В.Е., Кочетков А.В. Холодный регенерированный асфальт // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2007. Т. 3. № 1 (26). С. 112-116.
3. Способ холодной регенерации слоев дорожной одежды (варианты): пат. 2232841 Рос. Федерация. / Бахрах Г.С. заявл. 29.01.2003; опубл. 20.07.2004. Бюл. № 03.
4. Долгилевич Ю.П., Костельов М.П., Хаккерт Ян. Опыт применения технологии холодной регенерации дорожных покрытий в США // Дорожная техника. 2005. № 1. URL: library.stroit.ru/articles/coldreg/ index.html.
5. Wirtgen. Технология холодного ресайклинга. Windhagen, Germany: Wirtgen Windhagen. 2012. 370 с. URL: media.wirtgen-group.com/media/02_wirtgen/infomaterial_1/kaltrecycler/kaltrecycling_technologi e/ kaltrecycling handbuch/ RU.pdf .
6. Kanhal P.S., R.B. Mallick. Development of rational and practical mix design system for full depth reclaimed (FDR) mixes. University of New Hampshire. Final Report. 2002, pp. 1-103.
7. Цернант А. А. Экосистемный подход к инженерно-строительной деятельности (транспортное строительство) // Сборник трудов ЦНИИС. Философия транспортного строительства, 2010, № 255. С. 5-28.
8. Девятов М.М. Основы теории модернизации сети автомобильных дорог городов. // Наука и техника в дорожной отрасли. 2010. № 4. С. 10-15.
9. Туренко Ф.П., Филатов С.Ф., Шипицын В.В. Повышение эффективности и экологичности ремонта дорожных асфальтобетонных покрытий путем их холодной регенерации с использованием
медленнотвердеющих минеральных и органических добавок. // Омский научный вестник, 2006, №3 (36). URL: cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-effektivnosti-i-ekologichnosti-remonta-dorozhnyh-asfaltobetonnyh-pokrytiy-putem-ih-holodnoy-regeneratsii-s-ispolzovaniem.
10. Черных Д.С., Строев Д.А., Задорожний Д.В. Оценка влияния количества асфальтогранулята и технологии его подачи на свойства приготавливаемых асфальтобетонных смесей. // Инженерный вестник Дона, 2013, №4. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/R_55_Chernyh.pdf_2197.pdf.
11. Humer B. Longitudinal joints // The magazine of asphalt institute. -2021. - Vol. 36, № 1. - pp. 31 - 48.
12. Филатова А.В., Дормидонтова Т.В.,Кистинева А.О. Строительство автомобильной дороги М-11 с применением системы INDORCAD/ROAD. // Инженерный вестник Дона, 2016, №4. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_96_filatova_dormidontova_cisteneva.pdf_ff2e31 40b5.pdf.
References
1. Bahrah G.S. Informavtodor. M., 1999. Vyp. 12. p. 32.
2. Gornaev N.A., Nikishin V.E., Kochetkov A.V. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2007. T. 3. № 1 (26). pp. 112-116.
3. Sposob holodnoj regeneracii sloev dorozhnoj odezhdy (varianty) [Method of cold regeneration of pavement layers (options)]. pat. 2232841 Ros. Federacija. Bahrah G.S. zajavl. 29.01.2003; opubl. 20.07.2004. Bjul. № 03.
4. Dolgilevich Ju.P., Kostel'ov M.P., Hakkert Jan. Dorozhnaja tehnika. 2005. № 1. URL: library.stroit.ru/articles/coldreg/ index.html.
5. Wirtgen. Tehnologija holodnogo resajklinga [Cold recycling technology]. Windhagen, Germany: Wirtgen Windhagen. 2012. 370 p. URL: media.wirtgen-group.com/media/02_wirtgen/infomaterial_1/kaltrecycler/kaltrecycling_technologi e/ kaltrecycling handbuch/ RU.pdf.
6. Kanhal P.S., R.B. Mallick. Development of rational and practical mix design system for full depth reclaimed (FDR) mixes. University of New Hampshire. Final Report. 2002, pp. 1-103.
7. Cernant A. A. Sbornik trudov CNIIS. Filosofija transportnogo stroitel'stva, 2010, № 255. pp. 5-28.
8. Devjatov M.M. Nauka i tehnika v dorozhnoj otrasli. 2010. № 4. pp. 10-15.
9. Turenko F.P., Filatov S.F., Shipicyn V.V. Omskij nauchnyj vestnik, 2006. №3 (36).URL: cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-effektivnosti-i-ekologichnosti-remonta-dorozhnyh-asfaltobetonnyh-pokrytiy-putem-ih-holodnoy-regeneratsii-s-ispolzovaniem.
10. Chernyh D.S., Stroev D.A., Zadorozhnij D.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №4. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/R_55_Chernyh.pdf_2197.pdf.
11. Humer B. Longitudinal joints. The magazine of asphalt institute. 2021. Vol. 36, № 1. pp. 31 - 48.
12. Filatova A.V., Dormidontova T.V.,Kistineva A.O. Inzhenernyj vestnik Dona, 2016, №4. URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_96_filatova_dormidon tova_cisteneva.pdf_ff2e3140b5.pdf.
