Влияние свойств асфальтобетонных покрытий со шлаковыми материалами на транспортно-эксплуатационные показатели автомобильных дорог

Abstract

В последнее время, в связи с увеличением стоимости дорожно-строительных материалов, актуальной задачей стало широкое применение местных материалов. Наиболее широкомасштабными местными материалами в Украине являются шлаки черной и цветной металлургии, которые применяются в дорожном строительстве. Поэтому определение значений транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием со шлаковыми материалами и прогнозирование изменений этих показателей в процессе эксплуатации необходимо и актуально. Для достижения этой цели обоснованы транспортно-эксплуатационные показатели, характеризующие работу покрытий из асфальтобетона со шлаковыми материалами, разработаны математические модели динамики изменения этих показателей дорог, проведены экспериментальные исследования для оценки изменения транспортно-эксплуатационных показателей в процессе нормативного срока эксплуатации, проведены расчеты для прогнозирования времени изменения транспортно-эксплуатационных показателей дорог из асфальтобетона со шлаковыми материалами и оценки их работы в зимний период эксплуатации дорог. Научная новизна работы состоит в том, что впервые были установлены факторы, влияющие на изменение транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дороги из асфальтобетонов со шлаковыми материалами в период эксплуатации, разработаны две математические модели, одна из которых описывает взаимодействие подсистемы «Дорога–Автомобиль–Среда» в течение всего периода эксплуатации, а другая – «Среда–Дорога» – в зимний период эксплуатации в процессе формирования зимней скользкости. Определена сила сцепления льда с поверхностью покрытий из асфальтобетона со шлаковими материалами. Практический результат работы состоит в получении математических моделей, которые могут быть инструментом для разработки рекомендаций по ремонту и эксплуатационному содержанию дорог, а также для создания програмного обеспечения по прогнозированию транспортно-эксплуатационного состояния асфальтобетонных покрытий. Результаты исследований внедрены Службой автомобильных дорог в Донецкой области Украины, а также в учебном процессе Национального авиационного университета при дипломном проектировании и выполнении научных работ студентов.

Recently, due to the increased cost of road construction materials, a widespread use of local materials can be treated as an urgent task. The slags of ferrous and nonferrous metals as local materials in Ukraine are the most widely used in road construction. Therefore, determination of road-service qualities of roads with asphalt pavement constructed of slag materials and prediction of changes in these parameters during operation is necessary and important. To achieve this goal the following research studies have been conducted: - road–service qualities have been validated that characterize the behavior of asphalt pavement constructed of slag materials, - mathematical models of the dynamics of these road indicators change and the impact of weather and climatic factors on the operation of pavements in winter have been developed, - pilot studies to assess changes in road–service qualities during normative period service and the features of formation of winter slipperiness on roads with asphalt pavement constructed of slag materials have been fulfilled, - calculations have been made to predict the time of service–riding qualities change for the roads with asphalt pavements constructed of slag materials and evaluation of their work during winter operation of roads have been conducted. Scientific novelty of the work lies in the fact that for the first time the factors affecting the change in service-riding qualities of roads with asphalt pavement constructed of slag material during operation were determined; two mathematical models were developed, one of which describes the interaction of the subsystem ‘Road–Car–Environment’ throughout the whole operation cycle, and another one ‘Environment–Road’ describes winter operation during the formation of winter slipperiness with the definition of cohesion strength of ice with the surface of asphalt concrete pavement constructed of slag materials. The practical result lies in obtaining mathematical models that can be the tool in the development of recommendations for repair and operational maintenance of roads, as well as for creating software for forecasting riding qualities of asphalt pavements. The research results were introduced by the State Road Administration in the Donetsk region, as well as in the educational process at the National Aviation University during diploma designing and performing the research works by the students.

Pastaruoju metu, išaugus kelių statyboje naudojamų medžiagų kainoms, aktualu plačiau naudoti vietines medžiagas. Ukrainoje vieni iš labiausiai paplitusių vietinių medžiagų, tinkamų kelių statybai, yra juodosios ir spalvotosios metalurgijos šlakai. Todėl būtina ir aktualu nustatyti automobilių kelių asfalto dangų su šlakais automobilių transporto ir kelių eksploatacinių rodiklių reikšmes bei prognozuoti šių rodiklių pokyčius eksploatacijos metu. Norint pasiekti šį tikslą buvo nustatyti automobilių transporto ir kelių eksploataciniai rodikliai, apibūdinantys asfalto dangų su šlaku būklę, sukurti šių kelio rodiklių dinamikos pokyčių ir klimato veiksnių įtakos, eksploatuojant dangą žiemos metu, matematiniai modeliai. Atlikti eksperimentiniai tyrimai, kuriais įvertinti automobilių transporto ir kelių eksploatacinių rodiklių pokyčiai normatyviniu eksploatacijos metu, taip pat slidumo susidarymo žiemą ant automobilių kelių asfalto dangų su šlaku ypatybės, atlikti asfalto dangų su šlaku kelių automobilių transporto ir kelių eksploatacinių rodiklių pokyčio prognozės skaičiavimai, eksploatuojant kelius žiemą. Mokslinis darbo naujumas tas, kad pirmą kartą buvo nustatyti veiksniai, darantys poveikį asfalto dangos su šlakais automobilių transporto ir kelių eksploatacinių rodiklių pokyčiams eksploatacijos metu. Buvo sukurti du matematiniai modeliai, iš kurių vienas apibūdina posistemio „kelias–automobilis–aplinka“ sąveiką visą eksploatacijos laikotarpį, kitas  „aplinka–kelias“, apibūdinantis aplinkos ir kelio sąveiką eksploatuojant žiemą, kai kelio paviršius slidus. Nustatyta ledo ir asfalto dangos su šlakais paviršių sukibimo jėga. Praktinis darbo rezultatas  sukurti matematiniai modeliai, kurie galėtų būti taikomi rengiant kelių remonto ir techninės priežiūros rekomendacijas bei programinę įrangą asfalto dangų eksploatacinei būklei prognozuoti. Tyrimo rezultatus įdiegė Donecko srities Automobilių kelių tarnyba. Tyrimo rezultatai naudojami studijų procese rengiant studentų baigiamuosius darbus ir atliekant mokslinius tyrimus Nacionaliniame aviacijos universitete (Ukraina).