Статистический анализ зависимости водонасыщения асфальтобетона от свойств асфальтобетонной смеси
|
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Исследуемые материалы 12
1.1 Песок 12
1.2 Битум 13
1.3 Щебень 14
1.4 Минеральная добавка 17
1.5 Препарат ДАД-1 17
1.6 Топсел 18
2 Методики исследования. Свойства материалов 20
2.1 Методики испытания песка и его свойства 20
2.1.1 Зерновой состав песка 20
2.1.2 Содержание пылевидных и глинистых частиц 21
2.1.3 Модуль крупности 21
2.2 Методика испытания щебня 22
2.2.1 Зерновой состав щебня 22
2.2.2 Содержание зерен лещадной формы 23
2.2.3 Содержание зерен слабых пород 23
2.2.4 Содержание пылевых и глинистых частиц 24
2.2.5 Прочность щебня 25
2.2.5.1 Дробимость 25
2.2.5.2 Истираемость 25
2.2.6 Морозостойкость 26
2.1 Методика испытания битума 26
2.3.1 Растяжимость битума 27
2.3.2 Температура размягчения 27
2.3.3 Изменение температуры размягчения после прогрева 28
2.3.4 Глубина проникания иглы 29
2.3.5 Сцепление с мрамором или песком 30
2.3.6 Температура хрупкости 31
2.3.7 Температура вспышки 31
2.4 Подбор состава асфальтобетона 32
2.5 Методики определения свойств асфальтобетонной смеси и асфальтобетона. 34
Свойства асфальтобетона
2.5.1 Методики определения 34
2.5.1.1 Плотность асфальтобетона 35
2.5.1.2 Водонасыщение 35
2.5.1.3 Предел прочности при сжатии 36
2.5.1.4 Коэффициент уплотнения 36
2.5.2 Свойства асфальтобетонной смеси и асфальтобетона 36
2.5.2.1 Результаты испытаний образцов в лаборатории 38
2.5.2.2 Результаты испытаний образцов-вырубок из асфальтобетонного 41
покрытия автомобильной дороги
3 Статистический анализ зависимости влияния свойств щебня на физико-механические 41
свойства асфальтобетона
3.1 Зависимость плотности и водонасыщения асфальтобетона от свойств щебня 42
методом планирования эксперимента
3.2 Математический анализ зависимости водонасыщения от физико-механических 47
свойств асфальтобетонной смеси
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 56
1 Исследуемые материалы 12
1.1 Песок 12
1.2 Битум 13
1.3 Щебень 14
1.4 Минеральная добавка 17
1.5 Препарат ДАД-1 17
1.6 Топсел 18
2 Методики исследования. Свойства материалов 20
2.1 Методики испытания песка и его свойства 20
2.1.1 Зерновой состав песка 20
2.1.2 Содержание пылевидных и глинистых частиц 21
2.1.3 Модуль крупности 21
2.2 Методика испытания щебня 22
2.2.1 Зерновой состав щебня 22
2.2.2 Содержание зерен лещадной формы 23
2.2.3 Содержание зерен слабых пород 23
2.2.4 Содержание пылевых и глинистых частиц 24
2.2.5 Прочность щебня 25
2.2.5.1 Дробимость 25
2.2.5.2 Истираемость 25
2.2.6 Морозостойкость 26
2.1 Методика испытания битума 26
2.3.1 Растяжимость битума 27
2.3.2 Температура размягчения 27
2.3.3 Изменение температуры размягчения после прогрева 28
2.3.4 Глубина проникания иглы 29
2.3.5 Сцепление с мрамором или песком 30
2.3.6 Температура хрупкости 31
2.3.7 Температура вспышки 31
2.4 Подбор состава асфальтобетона 32
2.5 Методики определения свойств асфальтобетонной смеси и асфальтобетона. 34
Свойства асфальтобетона
2.5.1 Методики определения 34
2.5.1.1 Плотность асфальтобетона 35
2.5.1.2 Водонасыщение 35
2.5.1.3 Предел прочности при сжатии 36
2.5.1.4 Коэффициент уплотнения 36
2.5.2 Свойства асфальтобетонной смеси и асфальтобетона 36
2.5.2.1 Результаты испытаний образцов в лаборатории 38
2.5.2.2 Результаты испытаний образцов-вырубок из асфальтобетонного 41
покрытия автомобильной дороги
3 Статистический анализ зависимости влияния свойств щебня на физико-механические 41
свойства асфальтобетона
3.1 Зависимость плотности и водонасыщения асфальтобетона от свойств щебня 42
методом планирования эксперимента
3.2 Математический анализ зависимости водонасыщения от физико-механических 47
свойств асфальтобетонной смеси
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 56
Качество дорог - первое, что волнует каждого, кто садится за руль. Транспортная нагрузка с каждым годом увеличивается, что и приводит к ускоренному износу дорожного полотна. Немаловажным условием износостойкости является и соответствие покрытия нормативным значениям, так как, это влияет на количество и тяжесть дорожно-транспортных происшествий, повышение колеобразования, среднюю скорость движения транспортного потока, интенсивное разрушение покрытия при отрицательных температурах, вымывание битума и потеря заполнителя. Снижение срока службы дорожного покрытия ведет и к снижению межремонтного срока автомобильной дороги, что в свою очередь обуславливает значительно увеличение материальных, трудовых и энергетических ресурсов, выделяемых на ремонт.
Введенные в действие Минавтодором РСФСР в 1988 году региональные и отраслевые нормы межремонтных сроков службы нежестких дорожных одежд и покрытий ВСН 41-88 отражали состояние дорожных условий тех лет. Данные требования соответствовали прежним условиям обеспеченности ресурсами. С течением времени менялось экономическое, техническое и технологическое состояние отрасли, что требовало изменений норм межремонтных сроков автомобильных дорог. По заказу Федерального дорожного агентства были разработаны новые межремонтные сроки службы нежестких дорожных одежд и покрытий с учетом изменившихся требований к транспортно-эксплуатационному состоянию дорог по условиям движения и введенных в действие новых нормативных актов. По результатам работы был составлен приказ Министерства транспорта Российской Федерации от 1 ноября 2007 года №157 «О реализации постановления Правительства Российской Федерации от 23 августа 2007 №539 «О нормативах денежных затрат на содержание и ремонт автомобильных дорог федерального значения и правилах их расчета» », где установлены действующие по настоящий момент межремонтные сроки проведения капитального ремонта и ремонта федеральных автомобильных дорог. Приказ гласит, что межремонтные сроки проведения капитального ремонта нежестких дорожных одежд капитального типа автомобильных дорог I - IV технической категории составляют от 12 до 18 лет. Межремонтные сроки проведения работ по ремонту капитальных нежестких, капитальных жестких с асфальтобетонным покрытием и облегченных дорожных одежд составляют от 3 до 8 лет.
Для увеличения межремонтных сроков работ, улучшения качества покрытий автомобильных дорог и повышения безопасности движения, прибегают к относительно изученному методу - использование в составе смесей различных модификаторов.
Ни для кого не секрет, что качество автомобильной дороги кроме прочих критериев напрямую зависит от качества исходного материала. Материал, поступающий на асфальтобетонный завод, подлежит входному контролю качества и лабораторным исследованиям. Для этого существует государственный стандарт - ГОСТ 12801-98. «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний». Одним из критериев оценки качества асфальтобетонной смеси и готового асфальтобетона контролируемого согласно ГОСТ являются коэффициенты уплотнения и водонасыщения. Оба коэффициента напрямую влияют на качество и срок службы автомобильной дороги. Чем качественнее будет асфальтобетонное покрытие, тем меньше средств придется затратить на содержание и последующий ремонт. Качественное полотно будет меньше подвержено износу, тем самым, уменьшая запыляемость, выкрашивание щебня, выкатывание вяжущего и т.д. Увеличение межремонтных сроков позволит сократить затраты на ремонт и эксплуатацию, сэкономить природные и энергетические ресурсы, а также сократить концентрацию вредных веществ в воздухе от выхлопных газов и испарений в местах проведения ремонтных работ.
На данный момент, было проведено множество исследований об оказании влияния добавок на качество асфальтобетона [16], но не рассматривались показатели исходных материалов в свете того же вопроса. Исходный материал всегда проходит проверку согласно методикам ГОСТа, который дает границы факторов пригодности. О качестве асфальтобетона судят по его водонасыщению и пористости, исследуемым экспериментальным путем, но мы предлагаем новую методику. При помощи математического анализа, уравнений регрессии и функции желательности, найти зависимость влияния свойств исходного материала на показатель водонасыщения асфальтобетона.
Цель работы. Статистический анализ данных физико-механических свойств исходных материалов, полученных на их основе асфальтобетонных смесей и свойств готового асфальтобетона, уложенного в покрытие автомобильной дороги. Поиск зависимости влияния качества материала на итоговый продукт.
Задачи исследования:
1. Проанализировать статистические данные физико¬механических свойств исходного материала, асфальтобетонной смеси, полученной на их основе, а так же, свойства готового асфальтобетона, уложенного в покрытие автомобильной дороги;
2. Установить регрессионные зависимости плотности и водонасыщения асфальтобетона от свойств исходных материалов методом планирования эксперимента;
3. Провести анализ уравнений регрессии, полученных на основе обработки результатов исследования лаборатории и проб, взятых на участке;
4. Провести математический анализ зависимости водонасыщения от физико-механических свойств асфальтобетонной смеси материала;
Практическое значение:
1. Результаты исследования позволят сделать вывод о целесообразности использования материалов с другими физико¬механическими характеристиками при уже существующем рецепте асфальтобетонной смеси;
2. На основе полученных результатов могут быть проведены дальнейшие исследования влияния и зависимостей других характеристик исходных материалов, на показатели качества асфальтобетонного покрытия.
Объект исследования. Ремонтный участок автомобильной дороги Р- 255 «Сибирь», км 656+000 - 664+000, ремонт которого производился подрядной организацией Ачинское ДРСУ. Для статистического анализа были взяты результаты лабораторных испытаний физико-механических свойств щебня, песка, битума и асфальтобетонной смеси полученной на их основе, разработанной лабораторией подрядной организации и вырубок кернов из готового покрытия. Все исследования проводились по стандартным методикам, согласно требованиям соответствующих гостов в течении всего периода ремонта. Был проведен анализ данных за три месяца ежедневных отборов проб и проведения испытаний.
Введенные в действие Минавтодором РСФСР в 1988 году региональные и отраслевые нормы межремонтных сроков службы нежестких дорожных одежд и покрытий ВСН 41-88 отражали состояние дорожных условий тех лет. Данные требования соответствовали прежним условиям обеспеченности ресурсами. С течением времени менялось экономическое, техническое и технологическое состояние отрасли, что требовало изменений норм межремонтных сроков автомобильных дорог. По заказу Федерального дорожного агентства были разработаны новые межремонтные сроки службы нежестких дорожных одежд и покрытий с учетом изменившихся требований к транспортно-эксплуатационному состоянию дорог по условиям движения и введенных в действие новых нормативных актов. По результатам работы был составлен приказ Министерства транспорта Российской Федерации от 1 ноября 2007 года №157 «О реализации постановления Правительства Российской Федерации от 23 августа 2007 №539 «О нормативах денежных затрат на содержание и ремонт автомобильных дорог федерального значения и правилах их расчета» », где установлены действующие по настоящий момент межремонтные сроки проведения капитального ремонта и ремонта федеральных автомобильных дорог. Приказ гласит, что межремонтные сроки проведения капитального ремонта нежестких дорожных одежд капитального типа автомобильных дорог I - IV технической категории составляют от 12 до 18 лет. Межремонтные сроки проведения работ по ремонту капитальных нежестких, капитальных жестких с асфальтобетонным покрытием и облегченных дорожных одежд составляют от 3 до 8 лет.
Для увеличения межремонтных сроков работ, улучшения качества покрытий автомобильных дорог и повышения безопасности движения, прибегают к относительно изученному методу - использование в составе смесей различных модификаторов.
Ни для кого не секрет, что качество автомобильной дороги кроме прочих критериев напрямую зависит от качества исходного материала. Материал, поступающий на асфальтобетонный завод, подлежит входному контролю качества и лабораторным исследованиям. Для этого существует государственный стандарт - ГОСТ 12801-98. «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний». Одним из критериев оценки качества асфальтобетонной смеси и готового асфальтобетона контролируемого согласно ГОСТ являются коэффициенты уплотнения и водонасыщения. Оба коэффициента напрямую влияют на качество и срок службы автомобильной дороги. Чем качественнее будет асфальтобетонное покрытие, тем меньше средств придется затратить на содержание и последующий ремонт. Качественное полотно будет меньше подвержено износу, тем самым, уменьшая запыляемость, выкрашивание щебня, выкатывание вяжущего и т.д. Увеличение межремонтных сроков позволит сократить затраты на ремонт и эксплуатацию, сэкономить природные и энергетические ресурсы, а также сократить концентрацию вредных веществ в воздухе от выхлопных газов и испарений в местах проведения ремонтных работ.
На данный момент, было проведено множество исследований об оказании влияния добавок на качество асфальтобетона [16], но не рассматривались показатели исходных материалов в свете того же вопроса. Исходный материал всегда проходит проверку согласно методикам ГОСТа, который дает границы факторов пригодности. О качестве асфальтобетона судят по его водонасыщению и пористости, исследуемым экспериментальным путем, но мы предлагаем новую методику. При помощи математического анализа, уравнений регрессии и функции желательности, найти зависимость влияния свойств исходного материала на показатель водонасыщения асфальтобетона.
Цель работы. Статистический анализ данных физико-механических свойств исходных материалов, полученных на их основе асфальтобетонных смесей и свойств готового асфальтобетона, уложенного в покрытие автомобильной дороги. Поиск зависимости влияния качества материала на итоговый продукт.
Задачи исследования:
1. Проанализировать статистические данные физико¬механических свойств исходного материала, асфальтобетонной смеси, полученной на их основе, а так же, свойства готового асфальтобетона, уложенного в покрытие автомобильной дороги;
2. Установить регрессионные зависимости плотности и водонасыщения асфальтобетона от свойств исходных материалов методом планирования эксперимента;
3. Провести анализ уравнений регрессии, полученных на основе обработки результатов исследования лаборатории и проб, взятых на участке;
4. Провести математический анализ зависимости водонасыщения от физико-механических свойств асфальтобетонной смеси материала;
Практическое значение:
1. Результаты исследования позволят сделать вывод о целесообразности использования материалов с другими физико¬механическими характеристиками при уже существующем рецепте асфальтобетонной смеси;
2. На основе полученных результатов могут быть проведены дальнейшие исследования влияния и зависимостей других характеристик исходных материалов, на показатели качества асфальтобетонного покрытия.
Объект исследования. Ремонтный участок автомобильной дороги Р- 255 «Сибирь», км 656+000 - 664+000, ремонт которого производился подрядной организацией Ачинское ДРСУ. Для статистического анализа были взяты результаты лабораторных испытаний физико-механических свойств щебня, песка, битума и асфальтобетонной смеси полученной на их основе, разработанной лабораторией подрядной организации и вырубок кернов из готового покрытия. Все исследования проводились по стандартным методикам, согласно требованиям соответствующих гостов в течении всего периода ремонта. Был проведен анализ данных за три месяца ежедневных отборов проб и проведения испытаний.
1. В работе были рассмотрены результаты ежедневных исследований свойств материалов для получения асфальтобетонной смеси и ее свойства полученные за период июль-август 2016 года и использованных на участке ремонта автомобильной дороги Р-255 «Сибирь», км 656+000 - 664+000, который производился подрядной организацией Ачинское ДРСУ. Анализ выборки результатов показал, что, несмотря на изменение свойств в каждом отборе результаты физико-механических показателей основных компонентов асфальтобетонной смеси соответствуют требованиям ГОСТ 31015-2002 Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичный. Технические условия.
2. Методом планирования эксперимента была установлена регрессионная зависимость плотности и асфальтобетона от чистоты крупного заполнителя, его дробимости и плотности. Анализ уравнений регрессии показал, что наибольшее влияние на показатель водонасыщения в лабораторных образцах оказывает плотность щебня, а также его чистота характеризующаяся содержанием пыли и глины. В тоже время следует отметить, что влияние плотности щебня на водонасыщение асфальтобетонных вырубок из покрытия увеличивается примерно в 2 раз, а влияние содержания пыли и глины остается практически неизменным в сравнении с образцами из лаборатории.
3. С помощью функции желательности было установлено, что для получения оптимального значения водонасыщения асфальтобетонных образцов-вырубок возможно при плотности щебня - 2,72 кг/м3, дробимости - 11,8 % и содержании пыли и глины 7 %.
4. Проверку адекватности полученных моделей уравнений регрессии показывающих влияние свойств асфальтобетонной смеси на водонасыщение лабораторных образцов и вырубок проводились с помощью критерия Фишера, а также критерия Кохрена путем определения однородности дисперсии. Сравнение расчетных критериев с табличными данными показал, что расчетные показатели меньше табличных значений, что доказывает адекватность полученных нами уравнений регрессии.
2. Методом планирования эксперимента была установлена регрессионная зависимость плотности и асфальтобетона от чистоты крупного заполнителя, его дробимости и плотности. Анализ уравнений регрессии показал, что наибольшее влияние на показатель водонасыщения в лабораторных образцах оказывает плотность щебня, а также его чистота характеризующаяся содержанием пыли и глины. В тоже время следует отметить, что влияние плотности щебня на водонасыщение асфальтобетонных вырубок из покрытия увеличивается примерно в 2 раз, а влияние содержания пыли и глины остается практически неизменным в сравнении с образцами из лаборатории.
3. С помощью функции желательности было установлено, что для получения оптимального значения водонасыщения асфальтобетонных образцов-вырубок возможно при плотности щебня - 2,72 кг/м3, дробимости - 11,8 % и содержании пыли и глины 7 %.
4. Проверку адекватности полученных моделей уравнений регрессии показывающих влияние свойств асфальтобетонной смеси на водонасыщение лабораторных образцов и вырубок проводились с помощью критерия Фишера, а также критерия Кохрена путем определения однородности дисперсии. Сравнение расчетных критериев с табличными данными показал, что расчетные показатели меньше табличных значений, что доказывает адекватность полученных нами уравнений регрессии.