Наряду с транспортными нагрузками на прочность дорожной одежды особое влияние оказывают природно-климатические факторы: температура окружающего воздуха, влажность, облачность, солнечная радиация, атмосферные осадки и их распределение по сезонам года, в том числе высота снежного покрова, глубина промерзания, направление и скорость ветра. Особенно следует выделить температуру окружающего воздуха и воздействие солнечной радиации, которые напрямую формируют температурное поле в слоях конструкции дорожной одежды, что сказывается на прочности дорожной одежды. Количество и распределение атмосферных осадков по сезонам года имеет важное значение, поскольку от них зависит водно-тепловой режим земляного полотна и дорожной одежды.
Для точного прогноза рассчитывают синусоиду колебания среднемесячных температур воздуха за период 365 дней по реальными данными метеослужб в заданной ДКЗ (значения температуры берут по журналу TM-I в ближайшей гидрометеостанции на 4.00 и 16.00 часов каждого дня) по средней температуре за 20 предыдущих лет и используют при прогнозировании.
В соответствии с требованиями п.3.10 ОДН 218.046-01 [1], для расчета слоев асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе по синусоиде колебания среднемесячных температур определяют низкие весенние температуры, в соответствии с которыми принимают его характеристики (расчетные значения модуля упругости асфальтобетона при расчете на длительную нагрузку). При расчете слоев из слабосвязных материалов, а также грунта на сопротивление сдвигу по синусоиде колебания среднемесячных температур определяют весенние повышенные температуры и принимают значения модуля упругости асфальтобетонного покрытия (нормативные значения кратковременного модуля упругости асфальтобетонов различных составов).
На предварительном этапе проектирования состава асфальтобетонной смеси для обоснованного подбора битума следует исходить из реальных, либо расчётных данных по температуре поверхности дорожного покрытия в зависимости от температуры воздуха для различных ДКЗ:
(1)
где:
tп = температура поверхности дорожного покрытия (°C);
tв = температура воздуха (°C).
Прогнозирование изменения температуры покрытия, с учетом регулярных суточных изменений, следует производить на основе периодических суточных и годовых изменений температуры для различных ДКЗ (Использовать графики на рис. №№ 1- 10).
(2)
(3)
Для прогноза используются следующие данные:
tпл = температура поверхности в теплое время года;
tпх = температура поверхности в холодное время года;
tсут = час суток;
Р№ = порядковый номер дня выполнения измерений. Порядковый номер первого дня в году 1, последнего – 365;
tв = температуру воздуха.
При этом отдельно прогнозируется температура поверхности дорожного покрытия за период с 31 марта по 15 октября (теплое время года), и отдельно прогнозируется температура поверхности дорожного покрытия за период с 16 октября по 30 марта (холодное время года).
На рисунках №№ 1- 5 представлены теоретические зависимости температуры поверхности дорожного покрытия от температуры воздуха в теплое время года для различных ДКЗ.
Рисунок 1. Температура поверхности дорожного покрытия в теплое время года
для I ДКЗ
Рисунок 2. Температура поверхности дорожного покрытия в теплое время года
для II ДКЗ
Рисунок 3. Температура поверхности дорожного покрытия в теплое время года
для III ДКЗ
Рисунок 4. Температура поверхности дорожного покрытия в теплое время года
для IV ДКЗ
Рисунок 5. Температура поверхности дорожного покрытия в теплое время года
для V ДКЗ
На рисунках №№ 6-10 представлены теоретические зависимости температуры поверхности дорожного покрытия от температуры воздуха в холодное время года для различных ДКЗ.
Рисунок 6. Температура поверхности дорожного покрытия в холодное время года для I ДКЗ
Рисунок 7. Температура поверхности дорожного покрытия в холодное время года для II ДКЗ
Рисунок 8. Температура поверхности дорожного покрытия в холодное время года для III ДКЗ
Рисунок 9. Температура поверхности дорожного покрытия в холодное время года для IV ДКЗ
Рисунок 10. Температура поверхности дорожного покрытия в холодное время года для V ДКЗ
Прогнозируемая температура поверхности покрытия учитывается при расчетах прочностных и эксплуатационных характеристик дорожной одежды.
Опираясь на прогнозируемые температуры поверхности дорожного покрытия определяют и прогнозируют, средние температуры слоя дорожного покрытия, периодов, используемых при расчетах дорожной одежды для различных ДКЗ (Использовать графики на рис. №№ 11- 15).
На рисунках № 11-15 представлены теоретические зависимости средней температуры слоя дорожного покрытия от температуры поверхности дорожного покрытия в теплое и холодное время года для различных ДКЗ.
Рисунок 11. Cредняя температура слоя дорожного покрытия для I ДКЗ
Рисунок 12. Cредняя температура слоя дорожного покрытия для II ДКЗ
Рисунок 13. Cредняя температура слоя дорожного покрытия для III ДКЗ
Рисунок 14. Cредняя температура слоя дорожного покрытия для IV ДКЗ
Рисунок 15. Cредняя температура слоя дорожного покрытия для V ДКЗ
Для прогнозирования средних температур на верхней и нижней границах покрытия определяются показатели исходя из измеренных значений температуры поверхности покрытия по формулам:
(4)
(5)
, где Tвп - температура верхней поверхности покрытия (прогнозируемая);
Tнп – температура нижней поверхности покрытия(прогнозируемая);
Tп изм - температура поверхности покрытия (измеренная);
tсут - час суток;
Р№ - номер даты.
В зависимости от расположения в различных ДКЗ РФ, значения температурных пределов работы асфальтобетона в условиях нашей страны имеют достаточные отличия. Учитывать полученные критические «рабочие» температуры асфальтобетона необходимо на стадии проектирования смеси при выборе вяжущего с учетом вида смеси (горячая щебеночная, гравийная или песчаная, щебеночно-мастичная, теплая или холодная) и категории будущей автомобильной дороги [2].
Необходимость достижения максимальной плотности асфальтобетона за короткий промежуток времени особенно востребована при пониженных температурах окружающего воздуха в момент укладки и при использовании трудноуплотняемых смесей, т.к. недостаточное уплотнение покрытия приводит к колееобразованию и эрозионным разрушениям. Отказ от предварительного уплотнения асфальтобетонной смеси рабочими органами асфальтоукладчика позволяет значительно увеличить скорость укладки. Но в этом случае требуемая плотность асфальтобетона должна обеспечиваться за счет более интенсивной работы катков.
Список литературы
1. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд / Росавтодор. – М., 2001.
2. Лазарев Ю.Г., Медрес Е.Е., Ряту Ю. Методика оценки и прогнозирования температурного режима дорожных одежд как фактора безопасности дорожного движения. Сборник трудов (электронная версия) участников двенадцатой международной научно-практической конференции. 2016. С. 420-427.
3. Брайла Н.В., Лазарев Ю.Г., Романович М.А., Симанкина Т.Л., Улыбин А.В. Современные проблемы строительной науки, техники и технологии. Учебное пособие / Санкт-Петербург, 2017.