Russian Federation
employee
Belgorod, Russian Federation
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
GRNTI 67.09 Строительные материалы и изделия
OKSO 22.06.01 Технологии материалов
BBK 38 Строительство
BISAC TEC009160 Civil / Transportation
BISAC TEC021000 Materials Science / General
The emergence of new national standards for the design of asphalt concrete using Superpave technology creates the need to calculate the temperature of mixing and sealing of asphalt mixture. The method of determining these indicators is described in GOST R 58401.13-2019 "Automobile roads of the general usage. Asphalt concrete mixes and asphalt concrete. Method of preparing samples by a rotary compactor" and provides for the determination of two or more values of dynamic viscosity at different temperatures of the binder. The presented method of determining the necessary parameters depends on the ingenuity of the specialist, since it is not possible to obtain more accurate values. This problem can be solved by using a mathematically grounded function to obtain the required temperature indicators based on two viscosity measurements in accordance with GOST R 58401.13-2019 at various temperatures. A software product (application for Windows) “Viscosity” (deposit certificate No. 219.017.52AE) is developed to ensure the operation of the obtained mathematical tool. To obtain the mixing and sealing temperature ranges of the mixture, it is sufficient to enter the measured viscosity values at two points at known temperatures, and the program outputs the temperature range for mixing and sealing the asphalt concrete mixture. At the same time, there is no need to engage in graphical constructions to obtain only approximate results.
asphalt concrete mix, design, mixing and sealing temperature, provisional national standards, Superpave technology
Введение. В настоящее время Российская Федерация начала активный обмен знаниями и разработками с зарубежными странами. В связи с чем встает вопрос о переходе к единым нормативным документам. Сейчас возможно использование действующих на данный момент нормативов, таких как ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов», ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные». Начинают активно использовать такие стандарты, как ПНСТ 184-2016 «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Технические условия», ПНСТ 183-2016. «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия». Кроме того, впервые РФ начинает использование стандарта по методологии Superpave ПНСТ 114-2016 «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Технические требования для метода объемного проектирования по методологии Superpave», ПНСТ 127-2016 «Смеси асфальтобетонные щебеночно-мастичные. Технические требования для метода объемного проектирования». Технология проектирования асфальтобетонных смесей по методу Superpave существенно отличается от традиционно используемой дорожными организациями и имеет ряд особенностей [1-6].
Методология. Проектирование асфальтобетона по технологии Superpave предполагает использование основных предварительных национальных стандартов: ПНСТ 114-2016 [7], ПНСТ 115-2016 [8], ПНСТ 127-2016 [9], ПНСТ 129-2016 [10], ПНСТ 112-2016 [11].
Основная часть. С появлением предварительных национальных стандартов (ПНСТ) по проектированию асфальтобетона по технологии Superpave пришла необходимость рассчитывать температуру смешивания и уплотнения асфальтобетонной смеси. Методика определения этих показателей описана в ПНСТ 112-2016 «Метод приготовления образцов вращательным уплотнителем (Гиратором)» и предусматривает определение двух и более значений динамической вязкости при различных температурах вяжущего. Полученные значения точек необходимо отметить на шаблоне, представленном в нормативном документе ПНСТ 112-2016, и провести через них прямую (рис. 1). В местах пересечения полученной прямой с горизонтальными линиями требуемой вязкости, расположенных на логарифмической шкале определяется необходимая для смешения и уплотнения температура.
Требуемая температура смешения вяжущего, соответствует диапазону значений при динамической вязкости системы от 0,15 до 0,19 Па*с, температура уплотнения - от 0,25 до 0,31 Па*с (рис. 1).
Рис. 1. Шаблон ПНСТ 112 -2016
Представленный способ определения необходимых параметров зависит от изобретательности специалиста, так как получить более точные значения не представляется возможным.
Данные, полученные на основании графика, построенного в табличном редакторе с применением линий экспоненциальной линии тренда, являются наиболее верными (рис.2).
Рис. 2. Шаблон, построенный в табличном редакторе
Пожалуй, с момента появления такого инструмента, как логарифмическая линейка, стандартный (графический) метод определения необходимых температур можно считать устаревшим. Решение данной задачи предложенным в ПНСТ 112-2016 способом можно сравнить с определением гипотенузы в прямоугольном треугольнике с помощью угольника и линейки, без использования существующей теоремы Пифагора.
Высокая точность результатов может быть достигнута при использовании вискозиметров, обеспечивающих получение большого массива данных с широким диапазоном температуры испытаний. Но подобное оборудование могут позволить себе очень узкий круг дорожных организаций в виду дороговизны. Большая же часть лабораторий будет использовать бюджетные варианты вискозиметров, обеспечивающие минимально требуемый набор функций.
Современный подход проектирования асфальтобетонных смесей и устройства покрытий автомобильных дорог, разработанный с учётом опыта зарубежных стран, не предусматривает использование математического инструмента расчета температуры смешивания и уплотнения асфальтобетонной смеси. Это вносит дополнительные сложности в алгоритм подбора состава смеси, который и так является сложным и имеет множество тонкостей. При этом, полученный диапазон температур влияет на основные показатели образцов асфальтобетона, исследуемые при подборе состава асфальтобетонных смесей. В случае возникновения спорных моментов отсутствует точный математический инструмент для установления истины.
Решить данную проблему можно за счет использования математически обоснованной функции получения требуемых температурных показателей на основании двух замеров вязкости в соответствии с ПНСТ 112-2016 при различной температуре.
Для доказательства математической зависимости был использован следующий метод.
Создадим произвольный график линейной функции (рис.3), проходящий через точки А и Б. Ось абсцисс линейная шкала и ось ординат логарифмическая с основанием 10. В соответствии с уже принятым правилом по оси абсцисс будет регистрироваться температура, а по оси ординат - вязкость. В связи с тем, что ось ординат логарифмическая, то функцию прямой АБ не корректно считать линейной. В связи с чем дополнительно постоим шкалу ординат, значения на которой будут представлять собой величину десятичного логарифма, зависящей от значений вязкости. Данная шкала является линейной. Таким образом, функция прямой АБ относительно дополнительной шкалы справедливо считается линейной.
Рис. 3. График зависимости вязкости от температуры
Предположим, что точки А и Б – это результат определения вязкости вяжущего в зависимости от температуры. Условно обозначим координаты точки А (T1, V1), точки Б - (T2, V2). Величину требуемой вязкости назовем V, а искомую температуру T. Для того, чтобы вывести уравнение прямой необходимо значения линейной шкалы ординат, соответствующие точкам А и Б, выразить через значения V1 и V2. Так как по условию построения дополнительной оси ординат значения (назовём их условно В) являются десятичным логарифмом вязкости, то В = LgV. При этом, координаты точек А и Б по дополнительной оси ординат будут соответственно равны B1 = LgV1, B2 = LgV2, требуемая величина вязкости - В= LgV соответственно.
Строим уравнение линейной функции:
(1)
где В – переменная величина вязкости десятичного логарифма вязкости
Т – переменная величина температуры
Теперь заменим значения В, В1 и В2 ранее полученными выражениями:
(2)
В итоге после пары преобразований получим следующее:
(3)
где V – требуемая величина вязкости;
V1 и V2 – вязкость при температурах T1 и T2 соответственно.
С учётом того, что в конечной формуле в числителе и знаменателе фигурирует логарифм с одинаковым основанием, то данная формула справедлива при использовании логарифма с любым положительным основанием.
Таким образом, получена математическая функция обеспечивающая точное математическое определения температуры (Т) для требуемой вязкости (V) по двум известным величинам, установленным в лаборатории по методу ПНСТ 112-2016.
Для обеспечения работы полученного математического инструмента разработан программный продукт (приложение для Windows) «Вязкость» (свидетельство о депонировании №219.017.52AE).
Для получения диапазонов температуры смешения и уплотнения смеси достаточно ввести измеренные величины вязкости в двух точках при известных температурах, и программа выдаёт температурный диапазон для смешивания и уплотнения асфальтобетонной смеси (рис. 4).
При этом `нет необходимости заниматься графическими построениями для получения лишь приблизительных результатов
Рис. 4. Результаты расчета, полученные с помощью программного продукта «Вязкость»
Выводы. С позиции обеспечения наибольшей точности определения температуры смешения и уплотнения асфальтобетонных смесей по технологии Superpave в соответствии с нормативными документами предложена возможность использования математического инструмента, разработанного на кафедре «Автомобильные и железные дороги» БГТУ им. В.Г. Шухова.
1. Kiryukhin G.N. Designing the composi-tion of asphalt concrete and methods of testing it [Proyektirovaniye sostava asfal'tobetona i meto-dy yego ispytaniy]. Auto. Roads and Bridges: Overview. Inform. FSUE "Informavtodor, 2005. No. 6. 96 p. (rus)
2. Radovsky B.S. The current state of de-velopment of the American method of designing asphalt mixes Superpeyv [The current state of development of the American method of design-ing asphalt mixes Superpave]. Road equipment: catalog-directory. SPb.: Slavutich, 2008. Pp. 42-52. (rus)
3. Rudenski A.V. Modern method of design-ing the composition of asphalt concrete on as-phalt binder [Sovremennyy metod proyektiro-vaniya sostava asfal'tobetona po asfal'tovomu vyazhushchemu]. Roads and bridges. 2009. No. 21. Pp. 201-207. (rus)
4. Radovsky B.S. Designing the composition of asphalt mixes in the United States by the method of Superpave [Proyektirovaniye sostava asfal'tobetonnykh smesey v SSHA po metodu Superpeyv]. Road equipment. 2007. No. 1. Pp. 86-99. (rus)
5. ODM 218.4.036-2017. Guidelines for the preparation of asphalt mixes, their installation, as well as acceptance of work performed, based on the methodology "Superpave" [Metodicheskiye rekomendatsii po prigotovleniyu asfal'tobet-onnykh smesey, ikh ukladke, a takzhe priyemke vypolnennykh rabot, osnovannyye na metod-ologii "Superpave"]. Enter 2017-05-15. M.: Rosstandart, 2017. 36 p. (rus)
6. Trautvain A.I., Akimov A.E., Denisov V.P., Lashin M.V. Features of the method of bulk design of asphalt concrete technology SU-PERPAVE [Osobennosti metoda ob"yemnogo proyektirovaniya asfal'tobetona po tekhnologii SUPERPAVE]. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov 2019. No. 3. Pp. 8-14. (rus)
7. GOST R 58401.2. Automobile roads of general use. Road hot asphalt mixtures and as-phalt concrete. Volumetric-functional design sys-tem. Technical requirements [Dorogi avtomo-bil'nyye obshchego pol'zovaniya. Smesi asfal'tobetonnyye dorozhnyye i asfal'tobeton. Sistema ob"yemno-funktsional'nogo proyektiro-vaniya. Tekhnicheskiye trebovaniya]. Enter 2019-06-01.- M .: Rosstandart, 2019. 20 p. (rus)
8. GOST R 58401.3. Automobile roads of general use. Road hot asphalt mixtures and as-phalt concrete. Volumetric-functional design sys-tem. Design rules [Dorogi avtomobil'nyye ob-shchego pol'zovaniya. Smesi asfal'tobetonnyye dorozhnyye i asfal'tobeton. Sistema ob"yemno-funktsional'nogo proyektirovaniya. Pravila proyektirovaniya]. Enter 2019-06-01.M .: Rosstandart, 2019. 16 p. (rus)
9. GOST R 58401.2. Automobile roads of general use. Road stone-mastic asphalt mixtures and asphalt concrete. Volumetric-functional de-sign system. Technical requirements [Dorogi avtomobil'nyye obshchego pol'zovaniya. Smesi asfal'tobetonnyye dorozhnyye i asfal'tobeton shchebenochno-mastichnyye. Sistema ob"yemno-funktsional'nogo proyektirovaniya. Tekhnicheskiye trebovaniya]. Enter 2019-06-01. M.: Rosstandart, 2019. 16 p. (rus)
10. GOST R 58401.4. Automobile roads of general use. Road stone-mastic asphalt mixtures and asphalt concrete. Volumetric-functional de-sign system. Design rules Dorogi avtomobil'nyye obshchego pol'zovaniya. Smesi asfal'tobet-onnyye dorozhnyye i asfal'tobeton shchebenochno-mastichnyye. Sistema ob"yemno-funktsional'nogo proyektirovaniya. Pravila proyektirovaniya]. Enter 2019-06-01. M.: Rosstandart, 2019. 16 p. (rus)
11. GOST R 58401.13. Automobile roads of general use. Asphalt mixtures and asphalt con-crete for road pavement. Method for preparation of specimens using gyratory compactor [Dorogi avtomobil'nyye obshchego pol'zovaniya. Smesi asfal'tobetonnyye dorozhnyye i asfal'tobeton. Metod prigotovleniya obraztsov vrashchatel'nym uplotnitelem]. Enter 2019-06-07. M .: Rosstandart, 2019. 16 p. (rus)
