Оценка свойств дорожно строительных материалов на этапе автоматизированных испытаний Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 625.861

Ю.Э. ВАСИЛЬЕВ, канд. техн. наук, доцент,

Автомобильно-дорожный технический университет (МАДИ), Москва

Оценка свойств дорожно-строительных материалов на этапе автоматизированных испытаний

Одной из основных проблем дорожного хозяйства является повышение качества и долговечности асфальтобетонных покрытий. Для этого необходимо решение многих вопросов, в том числе и совершенствование нормативно-технической базы и лабораторного обеспечения, особенно на этапе автоматизированных испытаний.

Стандартизация методов испытаний в строительстве и производстве строительных материалов широко развита. Например, в дорожном строительстве всегда существенна неоднородность масс бетона, обусловленная значительным разбросом свойств цемента даже одной марки по партиям. Поэтому особо важны испытания образцов цемента и уже приготовленного бетона.

Особое внимание в последние три десятилетия было обращено на композитные материалы, о чем свидетельствуют ГОСТ 25.602—80 «Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на сжатие при нормальной, повышенной и пониженной температурах»; ГОСТ 25.603—82 «Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на растяжение кольцевых образцов при нормальной, повышенной и пониженной температурах».

Наиболее подробную картину разнообразия типов, видов и вариантов испытаний дает ГОСТ 16504—81 «Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения». Содержащаяся в этом стандарте терминология тщательно выверена и устойчиво сложилась в единую терминосистему, в ней интегрирован отечественный опыт прошедших десятилетий. Имеются определенные пробелы, так как не учтены новые тенденции, представленные в переводе на русский язык международных стандартов, национальных и корпоративных нормативных документов других стран.

Во времена разработки первой версии ГОСТ 16504—81 входил в комплекс стандартов «Система государственных испытаний продукции», в который должна была входить серия стандартов «Испытания и контроль качества продукции». В этом комплексе в 70-е гг. прошлого века была задумана совокупность взаимно согласованных стандартов, но были разработаны и введены в действие только немногие из них. Государственные испытания были высшей формой испытаний, теперь они сохранились только для продукции в определенных областях (здравоохранение, военная техника, атомная промышленность и некоторые другие). В наше время часто окончательным является уровень заказчик—производитель. Но большинство терминов ГОСТ 16504—81 имеет всеобщую применимость, не только к государственным испытаниям.

Еще в 70-е гг. прошлого века одновременно с международной организацией по стандартизации ИСО (ISO) и при одной и той же общей концепции прорабатывали вопросы управления качеством; исходным можно считать ГОСТ 15467—79 «Управление качеством продукции. Основные понятия, термины и определения». Во-

преки обычным представлениям качество в стандартах понимается исключительно как мера соответствия документально установленным требованиям. Такое понимание вполне соответствует содержанию основных пунктов стандартов ИСО 9000 всех последовательных версий.

В ГОСТ 16504—81 введены и стратифицированы две близкие категории: испытания и контроль. Близость этих понятий проявляется, в частности, в том, что существует такой вид испытаний, как контрольные испытания. В учебной литературе четкого понимания различий между ними часто нет.

Действующий стандарт на асфальтобетонные смеси и асфальтобетон (ГОСТ 9128—97) практически не претерпел принципиальных изменений с 1955 г., и ряд его положений нуждается в пересмотре. Это в том числе касается вопросов нормирования показателей свойств материала, методов их оценки, порядка отбора проб и др.

В ГОСТ 9128—97 приемосдаточные испытания, которые предполагают проведение контрольных испытаний продукции при приемочном контроле, по сути своей таковыми не являются. Результаты, получаемые в ходе этих испытаний, имеют существенное запаздывание к процессу отгрузки асфальтобетонных смесей потребителю. То что в ГОСТ 9128—97 именуется приемосдаточными испытаниями, правильнее называть в соответствии с ГОСТ 16504—81 «Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения» периодическими испытаниями, которые осуществляются в объемах и в сроки, установленные нормативно-технической документацией «с целью контроля стабильности качества продукции и возможности продолжения ее выпуска», и срок их проведения фактически составит одни сутки.

В соответствии с рядом нормативных документов, в том числе, стандартами серии ГОСТ Р ИСО 9000, под приемосдаточными испытаниями фактически подразумеваются такие испытания только после получения положительного результата, по которому возможно осуществить отгрузку потребителю произведенной продукции. Положение ГОСТ 9128—97 фактически противоречит требованиям п. 8.2.4. ГОСТ Р ИСО 9001, в котором сказано, что до завершения всех запланированных мероприятий выпуск продукции не должен осуществляться. Фактически на сегодняшний день для внедрения системы менеджмента качества на асфальтобетонном заводе также требуется изменить подход к приемосдаточным испытаниям продукции.

Стадия приемки готовой продукции включает в себя не только проверку соответствия изготовленной продукции требованиям нормативных документов, но и проверку того, действительно ли выполнены все надлежащие проверки и испытания. С точки зрения потребителя до того как он принял продукцию, должно быть выполнено все, что полагается по регламенту.

Для всех отраслей промышленности свойственно наличие отклонений и сбоев с той или иной степенью

■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru

Ы- a май 2010 25

вероятности, приводящее к выпуску брака. В этой ситуации становится важным своевременно оценить происходящее. Это позволит оперативно вмешаться в производственный процесс и в ряде случаев предотвратить выпуск некондиционной продукции.

Еще в середине прошлого века французский ученый Роберт Лермит указывал, что в связи с тем, что контроль за качеством бетона осуществляется уже на отвердевшем материале в лучшем случае через 7 сут после приготовления бетона, чаще же всего спустя 28 сут, «практическое значение результатов таких испытаний обесценивается уже тем, что они получаются с запаздыванием и поэтому теряют свое оперативное значение» [1].

Проблема заключается, например, в том, что в процессе производства асфальтобетонных смесей имеет место изменение свойств исходных материалов, связанное с неоднородностью минеральных материалов по зерновому составу, влажности и иным показателям. Возможны отклонения в дозировании материалов, вариации температур и многое другое. Нельзя исключать из рассмотрения и субъективный фактор со стороны исполнителей [2].

Определение прочности бетона состоит в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью роста нагрузки и последующим вычислением напряжений при этих усилиях в предположении упругой работы материала. Испытание бетона на прочность при сжатии по евростандарту ЕК 206-1 и российскому ГОСТ 10180—90 производится на образцах, отличающихся размером и формой. Кроме образцов-кубов европейские нормы предполагают испытание образцов-цилиндров. В ряде работ по исследованию свойств, например [2], прессованного бетона используют образцы цилиндрической формы, которые получают выпрессовкой из формы непосредственно после формования. Изготовление образцов-цилиндров из пластичных смесей таким путем не представляется возможным. Выпрессовка затвердевших образцов из формы может вызвать структурные нарушения и сказаться на прочности материала, возникают внутренние напряжения, приводящие к возникновению трещин, нарушению структуры материала, что снижает конечную прочность образцов [2].

Существенное отставание в сроках получения информации по результатам испытания асфальтобетонных смесей создает объективные предпосылки для «корректировки» в ряде случаев в сторону улучшения данных, заносимых в рабочий журнал. Связано это с тем, что лаборант осознает, что все равно исправить что-либо в большинстве случаев на основании полученной информации уже не представляется возможным, а создавать лишние трудности себе и своему предприятию нецелесообразно. По этой причине, как указано в ГОСТ Р ИСО 5725-2, «создаются соблазны для корректировки данных».

На многих асфальтобетонных заводах, где работают опытные лаборанты, болеющие за свое дело, истинные результаты сохраняются в «черном» журнале и соответствующим образом анализируются. Но как правило, увидеть этот журнал стороннему лицу не представляется возможным. О его существовании обычно можно только догадываться. Во многих же случаях истинные значения просто бесследно исчезают. В этом случае никакого анализа, естественно, не производится.

Во многих лабораториях асфальтобетонных заводов используют ускоренные методы оценки физико-механических показателей: методики, изложенные в [3] или некоторые их модификации. Однако в силу того, что официального статуса эти методики не имеют, по ним полученные результаты носят ориентировочный характер. В ряде лабораторий данные, получаемые в ходе ускоренных испытаний, заносят в рабочий журнал как приемо-

сдаточные. В некоторых лабораториях дополнительно помимо ускоренных проводят испытания по стандартной методике. Получаемые данные заносят, как правило, в разные журналы, соответственно в «черный» и «белый».

Следует отметить, что в российском законодательстве (п. 2 ст. 18.19 Кодекса РФ об административных правонарушениях) ответственность предусмотрена только за предоставление недостоверных результатов испытаний продукции, подлежащей обязательной сертификации, что никоим образом не распространяется на производство асфальтобетонных смесей, подлежащих исключительно добровольному подтверждению соответствия. Ответственность за проведение контроля качества продукции вообще непредусмотрена. Это порождает безнаказанность в данном вопросе.

В качестве иного подхода, например, возможно отметить опыт Германии, где за утаивание результатов испытаний, их фальсификацию следует уголовная ответственность с наказанием от трех до пяти лет тюремного заключения [4].

В результате осуществляемый в настоящее время контроль качества асфальтобетонных смесей зачастую осуществляют формально, а те данные, которые заносят в рабочий журнал лаборатории, не всегда можно рассматривать как объективные.

При этом, естественно, недопустимо подозревать всех работников заводских лабораторий в нечистоплотности. Здесь необходимо руководствоваться принципом презумпции невиновности. Это особенно важно в связи с тем, что в большинстве случаев доказать природу происхождения того или иного значения показателя свойств, занесенного в рабочий журнал, не представляется возможным. По этой причине если фальсификация результатов и имела место, то это остается исключительно на совести исполнителя.

Вскрыть факт отклонения показателей свойств от нормативных значений возможно лишь в процессе отбора кернов (вырубок) из дорожного покрытия на объекте, но вероятность этого ничтожна мала. Если отбирать три керна от 1000 м2, как это указано в СНиП 3.06.03—85, вероятность составит 0,002%, а от 7000 м2 и того меньше — 0,0003%. На эти результаты окажут влияние технология укладки и уплотнения. Не всегда можно с уверенностью сказать, из какой партии уложена асфальтобетонная смесь в данном конкретном месте отбора кернов. Фактически подлежат оценке только средняя плотность и водонасыщение, так как все другие показатели определяют на переформованных образцах, а процесс переформовки также может существенно сказаться на результатах испытаний.

В связи с этим для обеспечения долговечности асфальтобетона, а также оптимального расходования средств необходима иная система контроля качества дорожно-строительных материалов и работ.

Существенную роль в обеспечении качества асфальтобетонных смесей и асфальтобетона играет контроль качества на стадии приготовления на асфальтобетонном заводе. Отклонения от регламентированных свойств материала, допущенные на стадии производства, не могут быть устранены на стадии выполнения строительно-монтажных работ.

Своевременная оперативная информация о параметрах произведенной асфальтобетонной смеси обеспечивает в большинстве случаев реальную возможность избежать преждевременного разрушения дорожных покрытий.

Существующие методы контроля качества асфальтобетонных смесей, когда в соответствии с действующим стандартом результат контроля качества можно получить не ранее 12 ч с момента отгрузки смеси потребителю, в принципе не обеспечивают возможность выполнения оперативного контроля и своевременной коррек-

www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал ¡Д^ |'3

26 май 2010

ции в случае необходимости. К моменту получения информации о качестве асфальтобетонной смеси последняя уже уложена в конструкцию и что-либо исправить без разборки покрытия не представляется возможным. Осуществляемый при этом контроль позволяет только фиксировать брак.

Для оперативного предупреждения брака необходимы ускоренные методы определения физико-механических характеристик асфальтобетона. Такие методы были предложены еще в середине прошлого века [5], однако не были реализованы при разработке ныне действующих нормативно-технических документов. Официальная причина этого — отсутствие корреляции между стандартными и ускоренными методами испытания.

Однако здесь возникает ситуация, когда любой метод испытания является в той или иной степени условным. В том числе значения прочности асфальтобетона, определяемые по стандартизованной методике, никаким образом не учитывают в расчете дорожной конструкции. В связи с этим утверждать, что именно предел прочности асфальтобетона при 20 или 50оС, определенный по стандартизованной методике, является «истинным» значением, едва ли правомочно. Получаемое значение «существенно запаздывает» к моменту, когда действительно необходима эта информация и в случае необходимости возможно было бы вмешаться в производственный процесс и что-то исправить или предотвратить появление брака.

Правильно было бы применять методику, описанную в Информационном письме № 91 СОЮЗДОРНИи «Ускоренные методы испытаний дорожно-строительных материалов» (1957 г.) [4], когда речь шла о том, что ускоренные методы испытания возможно применять при условии, если центральной лабораторией предварительно проведена проверка физико-механических свойств асфальтобетона в соответствии с требованиями технических условий (неускоренными методами). Было указано, что должно быть проверено соответствие показателей при ускоренных методах определения и обычных.

При пользовании ускоренными методами лаборатория завода не менее одного раза в смену должна проверять физико-механические свойства неускоренными методами, то есть обычным способом, что фактически неофициально реализуется сегодня на ряде асфальтобетонных заводов, где параллельно со стандартными испытаниями проводятся ускоренные.

В настоящее время существует методика нахождения соответствия между различными методами испытаний, в том числе при проведении испытаний гетерогенных материалов, типичным представителем которых является асфальтобетонная смесь. Поэтому предприятия-изготовители не имели возможности оперативно контролировать и влиять на одну из основных технологических операций при устройстве асфальтобетонных покрытий — качество приготовленной асфальтобетонной смеси.

Ускоренный метод должен быть универсальным, не должен зависеть от состава асфальтобетона, качества исходных материалов, температуры и метода испытаний.

Экспресс-метод определения механических свойств должен отвечать следующим требованиям:

— получение результата в кратчайшие сроки (в течение 1—2 ч) после производства асфальтобетонной смеси;

— обеспечение необходимой точности и стабильности результатов испытаний (воспроизводимость и сходимость по отношению к стандартному методу);

— реализация предлагаемых методов на базе имеющегося в лаборатории оборудования.

При этом Р. Лермит указывал, что метод экспресс-контроля, реализуемый «без предупреждения 1—2 раза в день, оказывает определенное психологическое воздействие на лиц, занятых приготовлением бетонной смеси,

и приводит к значительному улучшению однородности материала» [1].

В 2001 г. в Республике Беларусь были введены в действие Рекомендации по ускоренным методам испытаний асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов, которые достаточно широко применяли многие асфальтобетонные заводы, в результате чего был получен обширный статистический материал.

На основании результатов практического использования Рекомендаций был разработан и утвержден новый стандарт Белоруссии СТБ 1536—2005 «Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Экспресс-методы испытаний».

Повысить объективность получаемой информации, фиксируемой в документах лаборатории, возможно путем массового внедрения в практику работы заводских лабораторий различного вида контрольных карт. Это обеспечивает возможность не только визуальной оценки хода процесса, но и оценки стабильности процесса на основе многочисленных статистических критериев, сигнализирующих о возможной разладке процесса. На основе построения контрольных карт возникает реальная возможность прогнозирования параметров продукции, не дожидаясь получения фактических результатов лабораторных исследований. Это крайне актуально для бетонных смесей, большинство результатов испытаний которых может быть получено с существенной задержкой.

Повысить качество в строительстве, в том числе в дорожном, реально обеспечивая надежность и объективность результатов, получаемых в лабораториях и фиксируемых в рабочих журналах, возможно за счет организации регулярных межлабораторных испытаний [6].

Достоверность результатов испытаний, получаемых в лабораториях, регламентирует обоснованность принимаемых на их основе управляющих решений. В любом случае можно констатировать, что необходим системный подход в оценке качества как на стадии приготовления смесей, так и на стадии выполнения строительно-монтажных работ.

Для того чтобы огромные материальные, финансовые и трудовые ресурсы государства были использованы наилучшим образом, необходима своевременная система контроля качества строительства дорог.

Ключевые слова: автоматизированные испытания, дорожно-строительные материалы, лабораторное обеспечение, бетон, цемент, образцы для испытаний.

Список литературы

1. Лермит Р. Проблемы технологии бетона: Пер. с фр. / Под ред. А.Е. Десова. Изд. 3-е. М.: ЛКИ, 2008. 296 с.

2. Белов В.В., Смирнов М.А Формирование структуры и свойств прессованных бетонных изделий // Социально-экономические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: Материалы международной конференции. Тула: ТулГУ, 2003. Т. 2. С. 127—134.

3. Ускоренные методы испытаний дорожно-строительных материалов. СОЮЗДОРНИИ. Информационное письмо № 91. М. : Автотрансиздат, 1957. 56 с.

4. Рекомендации по ускоренному определению средней плотности, водонасыщения и набухания асфальтобетона. Минск: 1990. 16 с.

5. Качество — удовольствие дорогое. За него надо платить. Заметки с международного форума // Стандарты и качество. 1994. № 4. С. 3-6.

6. Васильев Ю.Э., Шляфер В.Л. Регулярные межлабораторные испытания // Наука и техника в дорожной отрасли. 2006. № 2. С. 6-7.

Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru

Ы' ® май 2010 27