Методика и результаты измерений износа асфальтобетонных покрытий на колёсном стенде
Бесплатно
Основная коллекция
Тематика:
Транспортное строительство
Издательство:
Науковедение
Год издания: 2014
Кол-во страниц: 12
Дополнительно
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 1 http://naukovedenie.ru 34TVN214 УДК 625.8.033.373 Калёнова Екатерина Валерьевна ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет» Россия, Москва1 Доцент кафедры «Строительство и эксплуатация дорог» Кандидат технических наук E_Mail: Katerina.kalenova@gmail.com Лугов Сергей Владимирович ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет» Россия, Москва Доцент кафедры «Строительство и эксплуатация дорог» Кандидат технических наук E-Mail: lugov-madi@rambler.ru Методика и результаты измерений износа асфальтобетонных покрытий на колёсном стенде Аннотация: В статье представлена методика измерения колеи износа на универсальном колёсном стенде «Карусель», разработанным в Московском автомобильнодорожном государственном техническом университете и превосходящем по своим техническим характеристикам все отечественные и зарубежные аналоги, позволяющем проводить широкий спектр исследований по различным тематикам, в том числе связанным с исследованиями взаимодействия автомобильных шин с дорожным покрытием. Разработанная авторами методика сравнительной оценки износа покрытия для колёсного стенда позволяет определить износ покрытия под действием шипованных и нешипованных шин автомобиля. Авторами дано подробное описание принципа работы стенда, представлено измерительное оборудование для определения величины износа, предложен порядок проведения исследований и обработки полученных результатов измерений. Предложенная методика была апробирована на стенде «Карусель» в рамках научно-исследовательской работы по грантам Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета. Полученные авторами данные по износу покрытий шипованными и нешипованными шинами были сопоставлены с ранее проведенными исследованиями других авторов проведённых на дорогах общего пользования. Это позволило сделать предварительные выводы о позиционировании щебёночно-мастичного асфальтобетона как колееустойчивого материала. Авторами поставлены задачи дальнейших исследований износа покрытий с помощью колёсного стенда «Карусель». Ключевые слова: Износ; дорожное покрытие; колееобразование; прогнозирование; износ от шин с шипами; методика; измерительная рейка; промерник; шины с шипами; колёсный стенд. Идентификационный номер статьи в журнале 34TVN214 1 125319, Россия, Москва, Ленинградский проспект, д. 64
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 2 http://naukovedenie.ru 34TVN214 Изучение процессов, вызывающих колееобразование, в настоящее время достаточно актуально. Один из наиболее весомых вкладов в общую глубину колеи вносит износ (истирание) покрытия. Разработка методов прогнозирования износа асфальтобетонных покрытий требует проведения достаточно большого объема экспериментальных исследований с использованием колесных стендов, имитирующих проходы автомобилей по полосам наката автомобильной дороги. Проведение экспериментальных исследований на подобных стендах достаточно удобно, в частности, для прямого сопоставления степени износа покрытий от шипованной и нешипованной резины. В тоже время следует отметить, что измерение глубины колеи (равно, как и величины износа покрытия в данном случае), не всегда удобно производить по существующей ныне методике [1], разработанной применительно к обследованиям автомобильных дорог общего пользования. Поэтому в рамках проведения научно-исследовательской работы по грантам Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) авторами были предложены несколько отличные методика [2] и оборудование для проведения измерений износа асфальтобетонных покрытий на колесных стендах. Данная методика была апробирована на колесном стенде КУИДМ-2 «Карусель», расположенном на полигоне МАДИ в районе поселка «Черная грязь» Московской области. Колесный стенд для испытания дорожных покрытий КУИДМ-2 «Карусель» смонтированный на полигоне МАДИ [3-6] не имеет аналогов в России позволяет производить ряд научных исследования по различным тематикам в том числе исследования износа дорожных покрытий [7]. Стенд представляет собой установку, состоящую их двух кольцевых треков диаметром 30±2 м для грузовой и легковой нагрузки с шириной полосы движения 3,75 м. В данной статье речь пойдёт о работе легкового стенда, используемого в предлагаемой методике для определения величины износа покрытия. Стенд «Карусель» даёт возможность вести параллельные измерения на различных типах покрытий и дорожных одежд. На момент проведения измерений (весна-осень 2013 г.) дорожка легкового стенда была представлена тремя типами покрытия из щебёночно-мастичного асфальтобетона (рис.1). Конструктивно установка стенда представлена двумя балками, пересекающимися в центре под прямым углом. На концах балок смонтированы колёсные пары ведущие и ведомые, перемещающиеся по внутренней и внешней полосам наката соответственно. При апробации методики по сравнительной оценке величины износа покрытия от шипованных и нешипованных шин на разные колесные пары были установлены разные типы шин: с шипами и без шипов. Так, по внутренней полосе наката перемещалась колёсная пара с шипованными шинами, по внешней – с нешипованными шинами, при этом параметры шипованных и нешипованных шин на момент проведения измерений были следующие: R15 205/65. Нагрузка на колесо составляла 580 кг, скорость движения колес до 140 км/ч.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 3 http://naukovedenie.ru 34TVN214 Рис. 1. План-схема стенда «Карусель» На схеме: 1 – покрытие из щебёночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА) на битуме, прошедшем механо-химическую активацию (битум на ПБВ с обработкой); 2 - покрытие из ЩМА с добавкой «Унирем»; 3 – покрытие из ЩМА с добавкой серы; 4 – колесо с шипованной шиной; 5 – колесо с нешипованной шиной; 6 - внутренняя полоса наката; 7 – внешняя полоса наката. Оборудование для проведения измерений. Измерения величины износа проводятся бригадой в рекомендуемом составе 2-х человек. При этом оснащение бригады для проведения измерений включает: 1. Рейку длиной один метр (рис.2); 2. Прицепной измеритель (рис.3) или клиновый промерник; 3. Рулетку измерительную или курвиметр; 4. Мел для разметки участков; 5. Ведомость для фиксирования результатов замеров по форме табл. 1.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 4 http://naukovedenie.ru 34TVN214 А-А Рис. 2. Рейка для измерения дорожных неровностей. 1 - Рейка длиной один метр, 2 - прицепное измерительное устройство, 3 - измеритель со шкалой, 4 - ограничитель, 5 - внешняя оболочка, 6 – держатель, 7 - винт. 8,9 верхняя и нижняя опорные полки соответственно, 10 - рукоять. Рис. 3. Схема прицепного измерительного устройства 1 - Рейка длиной один метр, 2 - прицепное измерительное устройство, 3 - измеритель со шкалой, 4 - ограничитель, 5 - внешняя оболочка, 6 – держатель, 7 - винт. 8,9 верхняя и нижняя опорные полки соответственно, 10 - рукоять.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 5 http://naukovedenie.ru 34TVN214 Таблица 1 Ведомость для фиксирования результатов замеров 1 участок – покрытие 1 типа 2 участок – покрытие 2 типа .… N участок – покрытие n типа № замера Результат измерения, мм № замера Результат измерения, мм .… № замера Результат измерения, мм …… 1 .… 2 .… ... .… ... .… n .… ю… и - значение единичного износа покрытия от шипованной и нешипованной резины, мм. Для проведения измерений величины износа на колёсных стендах типа «Карусель» авторы рекомендуют использовать короткобазовую рейку длиной 1000±2 мм и шириной опорной грани рейки 50 2 мм. При этом сама рейка может быть выполнена из материала, выбираемого из ряда прочных и легких нержавеющих сплавов. Такая рейка удобна в использовании, она позволяет избежать влияния на измерения соседних неровностей, в частности неровностей от износа на соседней полосе наката. Для обеспечения требуемой точности измерений прогиб рейки от собственного веса в середине пролёта не должен превышать 0,2 мм. Для определения величины просвета под рейкой наряду с традиционным клиновым промерником авторы рекомендуют использовать более удобный прицепной измеритель со шкалой с ценой деления один мм. Прицепной измеритель выполнен с подвижным ограничителем, опирающимся на верхнюю грань внешней оболочки, с возможностью его крепления с помощью держателя к рейке, а также перемещения его вдоль рейки. Жесткое крепление измерителя к рейке повышает точность и удобство измерений. Общие положения методики. 1. Измерения должны проводиться на неработающем стенде. 2. Минимальное количество измерений может быть определено по зависимости [8,9]: (1) или (2) ш нш ш нш ш нш n ш нш 2 доп в min K t N 2 доп min t N
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 6 http://naukovedenie.ru 34TVN214 где t – нормируемое отклонение, зависящее от важности объекта, вида ограничений (одностороннее или двустороннее ограничение параметра), ориентировочно можно принять по табл. 2; и соответственно коэффициент вариации и среднее квадратическое отклонение – характеристики однородности измеряемого параметра; и - показатели точности измерений параметра (допустимые погрешности), имеющие соответственно относительную и абсолютную форму выражения, зависят от метода измерений и применяемых приборов. Таблица 2 Значение нормированного отклонения t при двустороннем ограничении параметра Доверительная вероятность Значение нормированного отклонения t 0.98 2.41 0.95 1.97 0.90 1.645 0.85 1.44 0.80 1.28 3. Для шипованного колеса период работы стенда должен быть обеспечен в диапазоне низких температур воздуха, не более +5°С; 4. Для нешипованного колеса период работы стенда должен быть обеспечен в диапазоне положительных температур воздуха, не менее +5°С; 5. Количество проходов колеса по одному следу должно быть достаточным для обеспечения глубины колеи более 1 мм; 6. Скорость движения колёс стенда должна быть более 60 км/ч; 7. Необходимо фиксировать во время работы стенда продолжительность работы покрытия во влажном и сухом состоянии соответственно, сут. Порядок проведения измерений. 1. Определение границ участков с разными типами покрытия с занесением в ведомость; 2. Определение и обозначение точек замеров на покрытии для каждого участка по внутренней и внешней полосах наката с шагом 1 м, с помощью рулетки и мела (общее количество измерений должно быть не менее, полученного по формуле (1); 3. Рейку прикладывают к поверхности покрытия перпендикулярно оси движения колеса стенда (рис.4); в К доп доп д Р
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 7 http://naukovedenie.ru 34TVN214 Рис.4. Схема измерения глубины колеи. 4. Измерение глубины колеи-износа в обозначенных точках с помощью однометровой рейки (рис.4) и прицепного измерителя (рис. 3) (или клинового промерника); 5. Занесение результатов измерения в ведомость вида табл. 1. Обработка результатов измерений 1. Результаты обработки измеренных величин износа покрытия по соответствующим участкам испытательной асфальтированной дорожки заносятся в ведомость вида таблицы 3. Таблица 3 Результаты обработки измеренных величин износа покрытия по соответствующим участкам испытательной асфальтированной дорожки Номер измерительного участка (по схеме на рис. 1) 1 2 3 1…3 Средняя глубина колеи по оси внутренней полосы наката / внешней полосы наката, мм Средний износ по двум полосам наката*, мм Соотношение / Показатель х10-6 , вычисленный для среднего по двум полосам износа*, мм *может быть принят как ожидаемый износ покрытия при смешанном воздействии шипованных и нешипованных шин. 2. Определение средней глубины колеи-износа и среднеквадратического отклонения по участкам с различными типами покрытия по внутренней и внешней полосам наката производится по формулам: , мм (3) ш нш p n ij n 1 i ij
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 8 http://naukovedenie.ru 34TVN214 , мм (4) где n – количество участков на треке с i-м типам покрытия; j – полоса наката от прохода шипованных или нешипованных шин. 3. Определение расчётного значения глубины износа по i-м участкам с различными типами покрытия для шипованных и нешипованных шин: , мм (5) где t – коэффициент нормированного отклонения, зависящий от гарантийной вероятности (может быть принят равным 1,04 [1]). 4. Определение расчётного среднего значения глубины износа по всем участкам для шипованных и нешипованных шин: , мм (6) 5. Показатель расчётного единичного износа асфальтобетонного покрытия от проезда автомобиля х10-6 (табл. 3) вычисляется для среднего по двум полосам наката износа. 6. Полученные в результате обработки замеров данные таблицы 3: соотношение / и показатель х10-6 возможно использовать для оценки величины износа асфальтобетонного покрытия за время Т с помощью расчётной модели, раннее предложенной авторами [2]. Результаты обработки измеренных величин износа покрытия при апробации данной методики по сравнительной оценке износа асфальтобетонных покрытий от шипованных и нешипованных шин по соответствующим участкам испытательной асфальтированной дорожки легкового стенда «Карусель» приведены авторами в таблице 4. Таблица 4 Результаты обработки измеренных величин износа покрытия Номер измерительного участка (по схеме на рис. 1) 1 2 3 1…3 Средняя глубина колеи по оси внутренней полосы наката / внешней полосы наката, мм 2,14 / 0,43 3,0 / 0,80 2,71 / 0,76 2,61 / 0,66 Средний износ по двум полосам наката*, мм 1,29 1,9 1,78 1,64 Соотношение / 4,98 3,75 3,57 3,95 Показатель х10-6 , вычисленный для среднего по двум полосам износа*, мм 2,15 3,16 2,97 2,73 *может быть принят как ожидаемый износ покрытия при смешанном воздействии шипованных и нешипованных шин. 1 n ) ( 2 ij ij n 1 i ij ij ij ij _ расч t n n 1 ij _ расч j _ расч p ш нш p ш нш p
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 9 http://naukovedenie.ru 34TVN214 Из таблицы 4 видно, что примерный диапазон соотношений / для щебеночно мастичных асфальтобетонов на различных вяжущих составляет от 3,5 до 5,0. Это позволяет оценить насколько воздействие шипованных шин агрессивнее в плане износа покрытий по сравнению с нешипованной резиной. С учетом точности проведенных измерений, для практических расчетов величины износа покрытий из ЩМА авторами рекомендуется принимать усредненную величину соотношения / = 3,95. Возможно, что примерно такое же соотношение / будет наблюдаться и на покрытиях из обычных асфальтобетонов типов А, Б и В, но данный вопрос требует уточнения при проведении отдельных экспериментальных исследований. Кроме того, полученные в ходе обработки результатов экспериментального исследования значения параметра , были сопоставлены авторами с данными исследований М.Ф. Джалилова [10], представленными в таблице 5, для обычных мелкозернистых асфальтобетонов. Таблица 5 Значения параметра , полученные в ходе обработки результатов экспериментального исследования Группа износа каменного материала Тип асфальтобетона, в зависимости от содержания щебня в смеси, % >50 (тип А) 40-50 (тип Б) <40 (тип В) Величина х10-6, мм I 1,3 1,37 1,43 II 1,43 1,51 1,57 III 1,56 1,64 1,72 Так, например, по экспериментальным данным М.Ф. Джалилова, полученным для смешанных транспортных потоков, наблюдаемых в период 2000-2001 гг., величина единичного износа составляет от 1,3 до 1,72. Авторами же для щебеночно-мастичных асфальтобетонов и условного смешанного транспортного потока, получен разброс показателя от 2,15 до 3,16, в среднем 2,73. Здесь следует учесть несколько отличные условия проведения экспериментальных исследований, в частности достаточно высокую нагрузку на одиночное колесо легкового автомобиля на стенде, поэтому четкое соотнесение наших данных с данными М.Ф. Джалилова было бы не совсем корректным. Для более корректного сопоставления данных по величине износа на покрытиях из ЩМА и обычных асфальтобетонов следует провести параллельные испытания на стенде «Карусель». Но, тем не менее, из анализа и сопоставления экспериментальных результатов, можно предположить, что повсеместное использование на дорогах с высокой интенсивностью движения щебеночномастичных асфальтобетонов, и безоговорочное позиционирование покрытий из ЩМА как слоев значительно более колееустойчивых (относительно обычных асфальтобетонов), в настоящее время, возможно, не всегда оправдано. Например, в тех случаях, когда исходя из условий и состава движения может ожидаться колея в xследствии сдвиговых пластических деформаций, то тут не вызывает особых сомнений, что использование ЩМА позволит минимизировать эксплуатационные затраты. А вот эффективность применения ЩМА для ш нш ш нш ш нш p p p p
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 10 http://naukovedenie.ru 34TVN214 предотвращения колеи-износа может оказаться под вопросом, как минимум в связи с ощутимо более высокой стоимостью данного материала в сравнении с обычными асфальтобетонами. ЛИТЕРАТУРА 1. Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежёстких дорожных одеждах. М., 2002. 2. Лугов, С.В. Возможности расчетной оценки износа покрытий при прогнозировании колееобразования / С.В. Лугов. Е.В. Калёнова // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). – 2013. №4 – С.53-59. 3. Патент РФ № RU 96657 U1, МПК G01M7/00, G01M7/06, E01F11/00. Способ измерения и регистрации технико-экономических показателей поверхности покрытия дорожной одежды и функциональный комплекс для его осуществления (варианты). Приор. от 04.03.2010. Авторы: Приходько В.М., Васильев Ю.Э. и др. 4. Патент РФ № RU 2400594 C1, МПК E01C23/07, G01B5/28, G01C7/04. Способ измерения и регистрации технико-экономических показателей поверхности покрытия дорожной одежды и функциональный комплекс для его осуществления. Приор. От 26.01.2009. Авторы: Приходько В.М., Васильев Ю.Э. и др. 5. Братищев, И.С. Универсальный кольцевой стенд для оценки износостойкости материалов дорожного покрытия/ Братищев И.С., Воейко О.А.// Материалы лауреатов конкурса дипломных проектов и бакалаврских работ на дорожностроительном факультете МАДИ. М.: МАДИ, 2011. 6. Васильев, Ю.Э., Приходько В.М. К вопросу обеспечения качества дорожных покрытий Строительные материалы. 2011. № 10. С. 45. 7. Штефан, Ю.В. Модернизация кольцевого стенда «КУИДМ-2» для расширения спектра измеряемых параметров и ускорения испытаний//Интернет-журнал «Науковедение», 2013 №6 [Электронный ресурс]-М.: Науковедение, 2013 -.Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/108TVN613.pdf, свободный. – Загл. с экрана. - Яз. рус., англ. 8. Семёнов, В.А. Качество и однородность автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1989. – 125с. 9. Операционный контроль качества земляного полотна и дорожных одежд / Е.И. Евгеньев, А.Я. Тулаев, В.С. Порожняков и др.; Под ред. А.Я. Тулаева. – М.; Транспорт, 1985. – 224с. 10. Джалилов, М.Ф. Учет истирающего воздействия колес автомобилей при прогнозировании износа асфальтобетонный покрытий: дис. ...канд. техн. наук / М.Ф. Джалилов; МАДИ. – М., 2004. - 246 c. Рецензент: Яковлев Юрий Михайлович, профессор, доктор технических наук, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ).