Б01: 10.12731тЗБ-2015-6-16 УДК 625.855.3-52
ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДОСТАВКОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ С УЧЕТОМ ДОРОЖНОЙ СИТУАЦИИ
Воробьев В.А., Суворов Д.Н., Джабраилов Х.А., Давлатов М.А.
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», Российская Федерация, г. Москва, http://www.madi.ru, suvorovdn@gmail.com
Из-за изменения загрузки автомобильных дорог, пробок и температуры окружающей среды потери тепла асфальтобетонной смесью по дороге от асфальтобетонного завода до объекта существенно меняются, что приводит к температурной сегрегации асфальтобетонной смеси в покрытии автодороги. Это ведет к существенному снижению качества покрытия. Результаты исследования направлены на стабилизацию температуры смеси при ее доставке на объект.
Исследуется процесс остывания асфальтобетонной смеси в кузове самосвала при транспортировке с учетом распределения температуры смеси по объему. Взаимодействие с программами Яндекс.Пробки и Яндекс.Погода позволяет оперативно учитывать текущую ситуацию и организовать управление на выходе асфальтобетонного завода для стабилизации температуры смеси на объекте.
Результаты исследований позволяют повысить качество готового асфальтобетонного покрытия автомобильных дорог.
Ключевые слова: асфальтобетон; автоматизация; моделирование; прогнозирование; целевые функции; управление качеством; теплообмен; температура смеси.
OPERATING CONTROL OF DELIVERY ASPHALT MIXTURES ACCORDING TO THE DRIVING SITUATION
Vorobiev V.A., Suvorov D.N., Dzhabrailov Kh.A., Davlatov M.A.
State Technical University - MADI, Russian Federation, Moscow, http://www.madi.ru, suvorovdn@gmail.com
Due to changes in load highways, traffic jams and ambient temperature heat loss on the road asphalt mixture of asphalt plant to the subject vary considerably, which leads to segregation temperature asphalt mix in road surfaces. This leads to a significant reduction in the quality of the coating. Results of the study aimed at stabilizing the temperature of the mixture during delivery to the site.
We study the process of cooling the mixture in the asphalt tipper body during transport, taking into account the distribution of temperature of the mixture by volume. Interaction with https://pogoda.yandex.ru and https:// maps.yandex.ru and allows you to quickly take into account the current situation and to organize the management of the output asphalt plant to stabilize the temperature of the mixture at the site.
The research results can improve the quality of the finished asphalt concrete pavement roads.
Keywords: asphalt; automation; modeling; forecasting; objective functions; quality control; heat transfer; temperature of the mixture.
Введение
Проблемы качества асфальтобетонного покрытия автомобильных дорог России хорошо известны всем жителям. Дорожная сеть России не развита (рис. 1, 2), а существующие дороги имеют недостаточную пропускную способность. Качество покрытия автомобильных дорог не-
удовлетворительное. Из-за этого большие затраты идут не на строительство новых дорог и реконструкцию существующих, а на практически непрерывный ремонт имеющихся дорог [1].
Обеспеченность автодорогами в расчете на 10 ООО жителей в России и некоторых странах мира
США Капддд Франция Финляндия К|И1|| Россия
Рис. 1.
Плотность сети автодорог на 1 кв. километр территории в России и некоторых странах мира
США Клнада 4|ыиция Финляндия Кипи Россия
Рис. 2.
После изготовления на асфальтобетонном заводе (АБЗ) горячая асфальтобетонная смесь доставляется непосредственно к месту ее укладки и уплотнения. При этом время доставки асфальтобетонной смеси на объект изменяется в очень широких пределах от нескольких минут до нескольких часов [2, 5, 6, 7]. При этом асфальтобетонная смесь остывает в кузове самосвала.
Для качественного уплотнения асфальтобетонной смеси в соответствии с СНИП 3.06.03-85 продолжительность транспортирования асфальтобетонных смесей должна устанавливаться из условия обеспечения требуемой температуры при укладке и уплотнении смеси (табл. 1) [2].
Таблица 1.
Температура эффективного уплотнения асфальтобетонных покрытий
Тип асфальтобетона Температура эффективного уплотнения покрытия на этапах, °С
предварительном основном окончательном
начало конец начало конец начало конец
А 140-145 120-125 120-125 95-100 95-100 80-85
Б 125-130 105-110 105-110 85-90 85-90 70-75
В 115-120 100-105 100-105 80-85 80-85 60-65
Г 125-130 105-110 105-110 85-90 85-90 70-75
Д 105-110 85-90 85-90 70-75 70-75 55-60
Нарушение требований к температуре асфальтобетонной смеси при ее уплотнении приводит к существенному снижению качества покрытия. Низкая теплопроводность асфальтовой смеси приводит к тому, что охлажденные до 70-80 °С куски корки, образовавшейся при транспортировке, попадая из кузова самосвала в бункер асфальтоукладчика и далее - под его плиту, не разогреваются до температуры основной массы асфальта, т. е. до 130-140 °С. Эти сравнительно холодные куски образуют «холодные пятна», имеющие температуру на 15-30 °С меньшую, чем температура основной площади покрытия. Эти участки уплотняются существенно хуже и, следовательно, имеют меньшую плотность, склонны к повышенному влагонасыщению и характеризуются пониженной прочностью и сдвигоустойчивостью. Такие участки разрушаются обыч-
но за 1-2 года. Пример изображение поля температуры в уложенной смеси (рис. 3) [3]. Температурной шкалы справа в градусах Фаренгейта соответствует 148 °С, а минимум 88 °С; температура «холодного пятна» составляет 93 °С.
Рис. 3.
Исследование влияния температуры асфальтобетонных смесей на процесс уплотнения
В лаборатории нами изучалось влияние температуры асфальтобетонных смесей на процесс уплотнения. Температура смесей варьировалась в диапазоне от 80 до 180 °С. Исследовались типы и виды асфальтобетонных смесей, которые значительно отличались по своим структурно-механическим, строительно-техническим и технологическим свойствам. Выбор смесей также определялся в соответствии с процентом применения в конструктивных слоях дорожных одежд. Уплотнение производилось на испытательном стенде (рис. 4) на кафедре «Дорожно-строительные машины». Измерения производились в соответствии с
ГОСТ 12801-98. («Смеси асфальтобетонные дорожные и аэродромные, Методы испытаний»).
Рис. 4. Схема установки уплотняющего оборудования на стенде.
1 - тензометрическая тележка; 2 - рама; 3 - уплотняемый материал;
4 - ограничитель опускания рамы; 5 - двигатель; 6 - двигатель вальца;
7 - червячный редуктор; 8 - валец; 9 - направляющие элементы; 10-дат-
чик скорости перемещения; 11 - датчик силы тяги; 12 - датчик момента на двигателе; 13 - датчик частоты вращения
Для проведения экспериментальных работ использовались асфальтобетонные смеси следующих типов и видов (рис. 5):
• высокопористый горячий песчаный асфальтобетон марки II (модельная смесь № 1)
• пористый крупнозернистый горячий асфальтобетон типа А, марки II; (модельная смесь № 2)
• плотный горячий песчаный асфальтобетон типа Д, марки II, (модельная смесь № 3)
• плотный горячий мелкозернистый асфальтобетон типа Б, марки I. (модельная смесь №4).
1 -I-----
80 100 120 140 160 180
Температура
Рис. 5. Влияние температуры уплотнения на предел прочности при сжатии асфальтобетона при 20 °С
Как видно из графика (рис. 5) температура уплотняемой асфальтобетонной смеси существенно влияет на прочность покрытия. Аналогичные зависимости для плотности и остаточной пористости показывают значительное влияние на них температура уплотняемой асфальтобетонной смеси [4].
Существующие в настоящее время системы автоматизации производства асфальтобетонной смеси обеспечивают стабилизацию температуры смеси на выходе АБЗ, а не в месте ее укладки и уплотнения.
Факторы, влияющие на температуру асфальтобетонной смеси
Рассмотрим факторы, которые влияют на температуру смеси при ее укладке и уплотнении.
Технологические факторы. В зависимости от типа асфальтобетонной смеси стандартом задаются температура ее укладки и уплотнения. Кроме того, к этой группе факторов можно отнести:
• Температура смеси на выходе АБЗ.
• Загруженная масса смеси.
• Однородность смеси по температуре.
• Параметры транспортного средства.
• Объем кузова.
• Наличие обогрева кузова.
• Наличие укрытия смеси в кузове.
• Скорость транспортного средства.
• Климатические факторы.
• Температура окружающей среды.
• Скорость и направление ветра.
• Условия транспортировки смеси.
• Расстояние от АБЗ до объекта.
• Загрузка дорог, наличие «пробок» и наличие альтернативных маршрутов.
Климатические факторы (рис. 6) могут быть получены из программы Яндекс.Погода (https://pogoda.yandex.ru/moscow/climate). Загрузку дорог удобно оперативно контролировать программой Яндекс.Пробки (https://maps.yandex.ru/?l=map%2CtI•f). Если на объект уже осуществляются поставки смеси, то возможно использовать собственную базу данных для оценки времени в пути.
Экспериментальные исследования поставок асфальтобетонной смеси
Проводились экспериментальные исследования поставок асфальтобетонной смеси Государственным бюджетным учреждением города Москвы «Автомобильные дороги». Всего было проанализировано 245 поставок [5]. В этой работе представлены интересные результаты (рис. 7). Как видно для исследуемых объектов такие важнейшие показатели, как
дальность возки, скорость, а, следовательно, и время доставки смеси до объекта варьируются весьма значительно.
Таким образом, на основе модели теплообмена асфальтобетонной смеси в процессе ее транспортировки [2] необходимо построить систему оперативного управления температурой асфальтобетонной смеси не на выходе АБЗ, а непосредственно в момент ее доставки на объект.
Рис. 6.
Рис. 7.
Возможны следующие варианты оперативного управления температурой асфальтобетонной смеси при ее доставке на объект или их комбинация.
Управление температурой асфальтобетонной смеси на выходе АБЗ
Так, например, если известно, что к середине дня температура окружающей среды повысится на 10 0С, то к этому времени можно понизить температуру на выходе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.