Повышение однородности шероховатости поверхности асфальтобетонных дорожных покрытий
На правах рукописи
Стадник Александр Юрьевич
ПОВЫШЕНИЕ ОДНОРОДНОСТИ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
05.23.11 Проектирование и строительство дорог,
метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»
Научный руководитель: Романов Сергей Иванович
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Столяров Виктор Васильевич
доктор технических наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Саратовский государст-
венный технический университет имени
Гагарина Ю. А.», заведующий кафедрой
«Транспортное строительство»
Ивасик Дмитрий Владимирович
кандидат технических наук, доцент
ФГБОУ ВПО «Волгоградский государст-
венный архитектурно-строительный уни-
верситет», доцент кафедры «Изыскания и
проектирование транспортных сооружений»
Ведущая организация: Волгоградский филиал
Федерального государственного унитарного
предприятия «Российский дорожный
научно-исследовательский институт»
Защита состоится 25 октября 2012 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.04 в ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, ул. Академическая 1, ауд. Б-203.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».
Автореферат разослан 24 сентября 2012 г.
Ученый секретарь Акчурин
диссертационного совета Талгать Кадимович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертационной работы. Быстрая диагностика шероховатости поверхности проезжей части дорожного покрытия необходима в процессах строительства и эксплуатации дорожных покрытий для контроля и соблюдения высокой однородности показателей шероховатости, зависящей от состава асфальтобетона, его типов, износа верхнего слоя. Разработанные прямые методы определения шероховатости весьма трудоемки и длительны. К ним относятся методы песчаного пятна, жесткой плоской пластины с многочисленными отверстиями для измерений щупом штангенциркуля расстояний от поверхности покрытия до контакта с пластиной, равновеликой площади следа колеса расчетного автомобиля. При этом точность измерений не достаточна для учета открытых микропор минеральных зерен на поверхности покрытия, поэтому не учитывается микрошероховатость покрытия. Профилографы различных конструкций регистрируют линейные профилограммы шероховатости покрытий. Линейная профилограмма не дает представления о средней глубине впадин шероховатости на площадках следа колеса автомобиля. Наиболее целесообразен быстрый и точный автоматический метод измерения шероховатости на указанных выше принятых площадках поверхности.
Статистический контроль однородности показателей качества, в том числе шероховатости, основан на большом числе измерений, позволяющих с достаточной достоверностью определять параметр шероховатости на различных расстояниях от кромки покрытия дороги в целом или ее участков. Фактор однородности шероховатости существенно влияет на работоспособность дорожного покрытия, безопасность движения, поэтому минимизация коэффициента вариации шероховатости способствует повышению надежности проезжей части. Статистический контроль качества может базироваться на косвенном экспресс-методе комплексных измерений микро- и макрошероховатости в целом, если не потребуется значительных затрат времени и труда на выполнение измерений и существует высокая корреляция с результатами длительных прямых измерений.
Актуальность принятой темы по анализу и повышению однородности шероховатости оперативным экспресс-методом обусловлена необходимостью выяснения практически не изученной взаимосвязи с другими характеристиками качества асфальтобетонных покрытий. Необходимо определить шероховатость покрытий из различных типов асфальтобетона и назначить оптимальные типы для различных условий безопасного движения на дороге в определенных дорожно-климатических зонах. Быстро измеряемые показатели шероховатости для конкретных дорог позволят своевременно корректировать технологические режимы приготовления асфальтобетонных смесей и строительства, обеспечивая минимальную изменчивость шероховатости данной дороги и отдельных ее участков. Представляет интерес диагностика шероховатости как в процессе строительства, так и после строительства во время износа покрытия на полосах наката при эксплуатации дороги. Наиболее интенсивный износ происходит на полосах наката покрытия и будет характеризоваться уменьшением средней глубины впадин шероховатости, величину которой необходимо регистрировать универсальным экспресс-методом, учитывающим комплексно микро- и макрошероховатость.
Цель работы — анализ и повышение однородности шероховатости асфальтобетонных дорожных покрытий различных типов.
Задачи исследований:
- теоретическое обоснование применимости косвенного, оперативного автоматического метода измерений шероховатости асфальтобетонных покрытий из горячих смесей, не содержащих воду;
- экспериментальное определение показателей шероховатости и ее однородности на покрытиях из различных типов асфальтобетонов;
- проверка гипотез равенства и однородности средних, равенства дисперсий измеренных величин шероховатости;
- оперативное обнаружение местонахождений ухудшенных показателей однородности шероховатости во время строительства и эксплуатации дорог для последующего выполнения мероприятий, способствующих повышению однородности;
- статистический анализ изменений распределения показателей средней глубины впадин шероховатости в продольном и поперечном направлениях дорожных асфальтобетонных покрытий за фактический период эксплуатации.
Научная новизна работы:
- обоснована применимость электроемкостного метода для малозатратных косвенных измерений шероховатости асфальтобетонных покрытий;
- установлена гиперболическая зависимость шероховатости асфальтобетонных покрытий от электроемкостных показателей, при этом уравнения гиперболы для различных типов асфальтобетонов отличаются только коэффициентами;
- определен минимальный коэффициент вариации шероховатости у покрытия из асфальтобетона типа Б по сравнению с другими типами;
- для легких условий движения применим в покрытии плотный асфальтобетон типа В, характеризуемый средней глубиной впадин от 0,15 до 0,27 мм; затрудненные и опасные условия движения по дороге создаются при средней глубине впадин шероховатости менее 0,48 мм на покрытиях из асфальтобетонов типов А, Б, Г и щебеночно-мастичных.
Практическая значимость работы. Ускорение диагностики показателей шероховатости электроемкостным экспресс-методом способствует уменьшению трудоемкости лаборанта и водителя ходовой лаборатории в 60 раз по сравнению с отмеченными методами прямых измерений. Одно измерение шероховатости методом песчаного пятна занимает 15 минут, а экспресс-методом — 15 секунд. Для диагностики шероховатости экспресс-методом 100 км дорожного покрытия по трем продольным направления (1, 2, 3 м от кромки покрытия с продольным шагом 100 м на 1 км) требуется выполнить 3000 измерений. На измерительные процессы автоматическим экспресс-методом затрачивается 13 часов; методом песчаного пятна — 750 часов.
Использование экспресс-метода измерений шероховатости и статистического анализа в учебном процессе планируется при выполнении студентами лабораторных работ.
Во время строительства дорожного покрытия определяют участки с недостаточной однородностью шероховатости и выполняют корректировку технологий для повышения однородности параметра шероховатости, зависящей от состава асфальтобетонной смеси, факторов сегрегации при погрузке, транспортировке, укладке и уплотнении асфальтобетона.
При эксплуатации дороги снижение показателей шероховатости служит для назначения поверхностных обработок и других способов восстановления шероховатости с целью предотвращения скользкости при износе покрытия.
Достоверность научных положений и результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается высоким индексом детерминации между показателями прямых измерений методом песчаного пятна и косвенными показателями, измеренными электроемкостным сертифицированным прибором ВИМС-2.21. Достоверность полученных результатов с учетом статистических требований соответствует уровню вероятности 0,95. Подтверждено соответствие гипотезам равенства средних, однородности средних и равенства дисперсий шероховатости.
Объект исследований. Участки дорожных асфальтобетонных покрытий III и IV технических категорий протяженностью от 1 до 5 километров, построенные в Волгоградской области в 2004—2011 году с применением асфальтобетонов типов А, Б, В, Г, щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА) и литого асфальтобетона с втапливанием щебня.
Предмет исследований. Показатели средней глубины впадин шероховатости и ее однородность на перечисленных выше асфальтобетонных покрытиях.
Положения, выносимые на защиту:
- математическая зависимость средней глубины шероховатости по методу песчаного пятна от электроемкостных показателей;
- результаты статистического анализа фактических показателей шероховатости в продольном направлении при различных расстояниях от кромки покрытия на площадках, равновеликих следу колеса расчетного автомобиля.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях:
- XIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Направление № 16 «Архитектура, строительство и экономические проблемы» (Волгоград, 2008 г.);
- III Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс дорожной отрасли Юга России» (Волгоград, 2009 г.);
- XIV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Направление №16 «Архитектура, строительство и экологические проблемы» (Волгоград, 2009 г.);
- IV Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России» (Волгоград, 2010 г.);
- Всероссийская научно-техническая конференция журнала «Строительные материалы» «ДОР-СМ: Материалы для дорожного строительства» (Москва, 2010 г.);
- V Международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России» (Волгоград, 2011 г.);
- 68 Научная конференция профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета (Санкт-Петербург, 2011 г.)
Личный вклад автора. Формулировка задач, постановка и проведение экспериментальных исследований, полученные результаты, их анализ и выводы выполнены лично автором диссертации.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ, включая 4 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений; содержит 189 страниц текста, 54 рисунка, 29 таблиц; список использованных источников из 110 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность исследований, сформулирована цель, показаны научная новизна и практическая ценность работы, описаны объект и предмет исследований, представлены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе приведен аналитический обзор литературных источников по методам измерений шероховатости асфальтобетонных покрытий и способам повышения однородности шероховатости асфальтобетонных покрытий, влияющих на безопасность движения. Одним из основных доступных и экономически обоснованных способов увеличения срока службы автомобильных дорог и безопасности движения является повышение однородности установленных параметров качества выполняемых строительных работ. Снижение однородности регламентированной шероховатости дорожного покрытия должно служить сигналом к своевременному исправлению нарушений. К причинам нарушений относятся случайные, трудно учитываемые факторы: изменчивость состава асфальтобетона, зерновая и температурная сегрегация смесей на операциях загрузки кузова автосамосвала, его транспортировки, остановки асфальтоукладчика, недостаточно высокая степень уплотнения покрытия. В связи с многочисленными причинами, влияющими на шероховатость, изменение ее величины носит случайный характер и требует использования статистических методов обработки результатов измерений шероховатости. Статистическому контролю качества дорожных покрытий посвящены работы А. Я. Тулаева, В. А. Семенова, В. М. Сиденко, С. Ю. Рокаса, А. В. Кочеткова, А. В. Чванова, H. Findakly, F. Moavengaden и др.
Контроль качества в дорожном строительстве существенно отличается от контроля в других отраслях строительства. Это связано с большими площадями дорог, разнообразием измеряемых параметров, трудоемкостью измерения большинства параметров и значительной изменчивостью показателей во времени и по координатам. Совершенствование контроля качества в дорожной отрасли базруется на применении статистических методов, использованных в данной работе.
С учетом актуальности диссертационной работы рассматриваются проблемы, формулируются цель и задачи исследований.
Во второй главе представлены теоретические положения о влиянии однородности шероховатости асфальтобетонных покрытий на их эксплуатационное состояние. Эксплуатационное состояние дорожного покрытия зависит от макро- и микрошероховатости поверхности дорожного покрытия. Движение автомобилей по покрытию приводит, в первую очередь, к снижению микрошероховатости в связи с износом битумной пленки и полируемости поверхности покрытия. Дополнительно происходит дробление относительно слабых зерен минерального материала в асфальтобетоне, что способствует уменьшению коэффициента вариации макрошероховатости. По-видимому, наблюдается неоднозначная взаимосвязь коэффициента сцепления и макрошероховатости из-за изменчивости микрошероховатости. Метод измерения профилограмм шероховатости удобен для автоматической регистрации линейной шероховатости. Такой метод не дает возможности определять шероховатость на площадках поверхности покрытия, равновеликих следу колеса расчетного автомобиля, при этом измерения необходимо выполнять с шагом не более 100 метров в продольном направлении в створах, отстоящих от кромки на 1, 2, 3 метра. Эти условия позволяют наиболее полно выяснить изменчивость шероховатости на контролируемой площади покрытия и в целом получить представление о показателе шероховатости всей данной дороги.
В третьей главе приведены объекты, на которых проводились измерения шероховатости асфальтобетонных дорожных покрытий. Измерения проводились по створам на расстояниях 1, 2, 3 метра от кромки проезжей части в продольном направлении с шагом 50 и 100 метров на автомобильных дорогах:
1) в г. Волгограде, асфальтобетон типа А, протяженность 1000 метров (построена в 2011 году);
2) дорога на Киквидзе от х-ра Рожновского (тип Б), протяженность 1500 метров (построена в 2005 году);
3) дорога Березовская — Деминский — х. Ярыженский (тип В), протяженность 5600 метров (построена в 2008 году);
4) подъезд к х. Аржановский от дороги Новоаннинский — Алексеевская — Усть-Бузулукская (тип Г), протяженность 5600 метров (построена в 2004 году);
5) съезд на Серафимович — Кумылженская с дороги Волгоград — Москва, (ЩМА-20), протяженность 5000 метров (построена в 2008 году);
6) мост через Волгу в г. Волгограде (литой асфальтобетон с втапливанием щебня), протяженность 1000 метров (построен в 2009 году).
Представлены известные способы контроля средней глубины впадин макрошероховатости асфальтобетонных покрытий: метод песчаного пятна, способ контроля шероховатости поверхности с помощью стеклянных шариков (патент № 2275450), а также способ контроля шероховатости с помощью штангенциркуля и пластины с отверстиями (патент № 2370589).
Отмечены недостатки данных способов контроля, заключающиеся в длительности и трудоемкости измерений.
Предложены электроемкостные приборы для косвенного измерения шероховатости асфальтобетонных покрытий. Электроемкостный метод мгновенного действия предложен для косвенных измерений шероховатости и плотности сухих асфальтобетонных покрытий. Он позволяет регистрировать шероховатость и плотность асфальтобетона в любом месте покрытия при использовании датчика в виде пяти стальных пластин — салазок, являющихся в одной плоскости обкладками конденсатора (рис. 1,2).
Рис. 1. Общий вид электроемкостного прибора с жестко зафиксированными электродами в виде полозьев и стрелочным индикатором показаний
Рис. 2. Схема электроемкостного прибора с жестко зафиксированными разнополярными электродами 1 и 2 в виде полозьев и стрелочным индикатором показаний
В настоящее время на Челябинском предприятии «Интерприбор» выпускаются сертифицированные приборы, предназначенные для измерений влажности материалов. Нами установлена возможность использования прибора ВИМС-2.21 (рис. 3,4) для контроля параметра шероховатости сухой поверхности асфальтобетонных покрытий.
Рис. 3. Общий вид прибора ВИМС-2. 21 с различными датчиками
Рис. 4. Схема электроемкостных измерений на асфальтобетонном покрытии
Прибор состоит из: измерительного блока, имеющего на лицевой панели 9-клавишную клавиатуру и графический дисплей, в верхней торцевой части корпуса установлен разъем для подключения датчика, слева от него расположены элементы инфракрасного канала связи с компьютером для передачи и обработки информации. Датчик измерительного блока имеет диаметр 10 см, что намного меньше, чем у электроемостного прибора (см. рис. 1), поэтому принято выполнять 5 мгновенных замеров в пределах площади, равновеликой следу колеса на покрытии, а далее находить среднее значение повышенной точности. На одно измерение шероховатости покрытия, равновеликого следу расчетного автомобиля, уходит не более 15 секунд.
Показания электроемкостных приборов С являются функцией диэлектрической проницаемости анализируемой зоны, то есть:
С = f1( ); h =f2(C); (1)
= мvм + бvб + вvв. (2)
где м6; б2,3; в=1,0 — соответственно диэлектрические проницаемости минерального материала, битума и воздуха; h — глубина впадин шероховатости; vм, vб, vв — удельные объемы, занимаемые минеральным материалом, битумом, воздушной остаточной пористостью асфальтобетона с учетом преобладающего объема воздуха между плоскостью датчика и поверхностью асфальтобетонного покрытия.
Искусственный подъем датчика прибора ВИМС-2.21 над поверхностью асфальтобетонного покрытия показал наибольшую чувствительность и точность измерений шероховатости прибором для минимальных значений подъема (рис. 5). График построен с применением программы для ЭВМ «Table Curve 2D».
Рис. 5. Изменение чувствительности С электроемкостного прибора ВИМС-2.21 при искусственном подъеме датчика над анализируемой поверхностью 
Чувствительность достаточна для регистрации в широком диапазоне косвенных показателей шероховатости от 0 до 10 мм по установленному экспериментально уравнению регрессии. Значительная потеря чувствительности наблюдается при высоте подъема датчика более 20 мм, так как с подъемом датчика в воздух над асфальтобетонным покрытием наблюдается снижение общей диэлектрической проницаемости в эффективной зоне электрического поля.
В четвертой главе рассмотрены экспериментальные результаты проверки теоретических положений, выдвинутых в работе.
Для каждого типа асфальтобетона (А, Б, В, Г, ЩМА и литой асфальтобетон с втопленным щебнем) построена корреляционная взаимосвязь между показателями по известному методу песчаного пятна и прибора ВИМС-2.21 (Приложение 1 в диссертации). Уравнения взаимосвязи определены с применением программы для ЭВМ «Table Curve 2D», предназначенной для построения теоретических моделей на основе эмпирически полученных данных. Установлено единое уравнение гиперболы с индивидуальными коэффициентами, свойственными для различных типов асфальтобетонов (рис. 6):
= а + в / С, (3)
где 
— величина средней глубины впадин по методу песчаного пятна, мм; а, в — коэффициенты, соответствующие тарировочной зависимости; С — показатели измерений экспресс-методом по прибору ВИМС-2.21.
Корреляционные графики для покрытий из ЩМА и малощебенистого
асфальтобетона типа В (рис.6) наглядно показали существенное различие
показателей шероховатости на 5 км участках.
а б
Рис. 6. Корреляция между показателями 
по методу песчаного пятна и прибором ВИМС-2.21 (С): а — для асфальтобетона типа В; б — для типа ЩМА
Сопоставление коэффициентов вариации, определенных методом песчаного пятна и прибором ВИМС-2.21 по любым типам асфальтобетона, свидетельствует о повышенной точности измерений электроемкостным методом, например коэффициент вариации 0,107 для ЩМА по песчаному пятну и 0,025 по электроемкостному прибору. Изменение месторождения каменных материалов, используемых в асфальтобетоне, может потребовать корректировки коэффициентов в тарировочном уравнении 
= f(C) по 30 точкам. Такой подход практикуется для косвенных экспресс-измерений в контроле качества.
На основании графических зависимостей (см. рис. 6) представлены уравнения взаимосвязи между результатами измерений шероховатости методом песчаного пятна 
и электроемкостным методом С для всех типов асфальтобетонов (табл. 1). Таблица 1
| Тип асфальтобетона дорожного покрытия | Уравнения взаимосвязи при использовании прибора ВИМС-2.21 | Индекс детерминации |
| А |  = –3,6951 + 89, 01788/С | 0,88 |
| Б |  = –0,7616 + 26,1583/С | 0,88 |
| В |  = –0,7087 + 18, 6681/С | 0, 87 |
| Г |  = –0,6119 + 20, 5361/С | 0,81 |
| ЩМА-20 |  = –3,2781 + 87, 3813/С | 0,85 |
| Литой асфальтобетон с втопленным щебнем |  = –1,16625+26,6883/С | 0,68 |
Высокий индекс детерминации (см. табл. 1) свидетельствует о достаточно тесной связи межу показателями, полученными методом песчаного пятна, и показателями прибора ВИМС-2.21. Это свидетельствует о том, что прибор ВИМС-2.21 можно использовать для косвенных измерений средней глубины шероховатости. Пониженный индекс детерминации у литого асфальтобетона обусловлен недостаточно однородным распределением втопленного щебня.
При анализе коэффициентов вариации по всем типам асфальтобетона (тип А, Б, В, Г, ЩМА и литого асфальтобетона) подтверждается наилучшая однородность шероховатости покрытия из асфальтобетона типа Б; наихудшая соответствует асфальтобетону типа А, поскольку коэффициент вариации шероховатости равен 0,273, и литому с недостаточно однородно втопленным щебнем (табл. 2). Таблица 2
Показатели шероховатости и коэффициентов вариации на дорогах Волгоградской области по 
= f (C)
| Тип асфальтобетона | Средняя глубина шероховатости  , мм | Коэффициент вариации Сv |
| А | 0,50—1,50 | 0,273 |
| Б | 0,48—0,62 | 0,078 |
| В | 0,15—0,27 | 0,138 |
| Г | 0,72—1,20 | 0,084 |
| ЩМА | 0,84—1,32 | 0,107 |
| Литой асфальтобетон с втопленным щебнем | 0,73—1,60 | 0,253 |
Установлена взаимосвязь (рис. 7) между коэффициентами вариации прочности асфальтобетона R50(ГОСТ 9128—2009) из лабораторных журналов АБЗ и шероховатостью на дорожном покрытии из данного типа асфальтобетона. Представлена связь по трем типам асфальтобетона: Б, В, ЩМА.
Рис. 7. Взаимосвязь коэффициентов вариации Сv прочности асфальтобетона R50 с коэффициентами вариации шероховатости покрытий из различных типов асфальтобетона
Из представленной графической зависимости (рис. 7) видно, что минимальные коэффициенты вариации соответствуют асфальтобетону типа Б, а максимальные — типу В. Таким образом, дополнительно подтверждена повышенная однородность шероховатости покрытия из асфальтобетона типа Б.
Для оценки качества асфальтобетона определяют показатель дефектности R, равный отношению количества измерений, вышедших за пределы допуска, к общему количеству измерений при контроле параметра.
R= [h]/
; (4)
где [h] — допустимое значение параметра шероховатости h, устанавливаемое нормативными документами; 
— среднее значение шероховатости для всей совокупности.
Существует номограмма для определения показателя дефектности, с помощью которой по найденным из опыта величинам коэффициента вариации параметра и значению R находят показатель дефектности.
Уровень дефектности связан с оценкой в баллах качества выполненных работ по тому или иному параметру и оценивается на отлично, хорошо, удовлетворительно и неудовлетворительно.
Содержание щебня в асфальтобетонном покрытии существенно влияет на шероховатость и электроемкостные показатели (рис. 8).
Рис. 8. Влияние среднего содержания щебня Щ в асфальтобетоне на среднюю глубину шероховатости покрытия 
Увеличение содержания щебня в асфальтобетоне способствует повышению
шероховатости покрытия при соответствующих величинах размаха изме-
ренных величин:
от 0,15 до 0,27 мм для асфальтобетона типа В (30—40 % щебня);
от 0,48 до 0,62 мм для асфальтобетона типа Б (40—50 % щебня);
от 0,84 до 1,32 мм для ЩМА-20 (60—75% щебня).
Наблюдается очень высокий индекс детерминации r2 = 0,999994595. Это свидетельствует о достоверности того, что содержание щебня очень сильно влияет на среднюю глубину шероховатости и на электроемкостные показатели. С увеличением содержания щебня увеличивается и средняя глубина шероховатости.
Была проведена проверка гипотезы о равенстве средних величин по всем типам асфальтобетона.
; 
, (5)
где 
и 
— выборочные стандарты; 
и 
— средние значения шероховатости по первому и второму створу; 
,
— количество измерений в ряде.
Гипотеза не была отвергнута, поэтому можно с заданной достоверностью (а именно 0,95) говорить о принадлежности измеренных показателей к статистическому распределению, то есть гипотеза не отвергается при 5 %-м уровне значимости.
Проверку гипотезы об однородности средних выполнили в сопоставлении результатов измеренных показателей генеральной совокупности с групповыми выборками всех измерений в створе, где среднее значение больше всего отличается от общего среднего.
Относительное отклонение средней в группе определяем по формуле
, (6)
где 
— среднее значение шероховатости по ряду; 
— среднее значение шероховатости для всей совокупности; 
— стандарт, вычисленный для всей совокупности.
Значение 
вычисляем для блока, у которого среднее больше всего отличается от общего среднего. Величину t определяем из выражения:
, (7)
где mi — объем выборки по группе; n — общее число измерений.
Проверка выполнялась по всем типам асфальтобетона и показала достаточную однородность средних значений шероховатости, так как критерий t, распределенный по закону Стьюдента, меньше показателя критической области.
При проверке гипотезы о равенстве дисперсий используем F-распределе-ние со степенями свободы 
. Вычисленную по выборкам величину сравнивают с границей допустимых величин. Табулированы 5 %-е пределы величины F в зависимости от степеней свободы.
F = 22 / 12, (8)
где 22 и 12 — выборочные дисперсии.
Опытные данные по всем типам асфальтобетона не противоречат гипотезе о равенстве дисперсий и выборочных средних.
Для выявления участков с пониженной и повышенной шероховатостью используют контрольные карты (
–R).
Контрольные карты построены для всех типов асфальтобетона (тип А, Б, В, Г, ЩМА). Карта (
–R) используется для анализа и управления процессами, показатели качества которых представляют собой непрерывные величины. Величина 
есть среднее значение для подгруппы, а R — выборочный размах для той же подгруппы. Обычно R-карту используют вместе с 
— картой для управления разбросом внутри подгруппы.
Представлены контрольные карты для типа ЩМА по 1, 2, 3 метрам от кромки проезжей части (рис. 9).
а б
в
Рис. 9. Контрольные карты (
–R): а — на одном метре от кромки, б — на двух метрах от кромки, в — на трех метрах от кромки
Для 
-карты:
, 
, 
,
где ВКП — верхний контрольный предел; ЦЛ — центральная линия; НКП — нижний контрольный предел; 
— общее среднее значение шероховатости для подгрупп; 
— коэффициент, 
— средний размах для подгруппы.
Для 
-карты:
, 
; D4 — коэффициент.
Константы A2, D4, определяемые объемом подгрупп n, приведены в диссертации.
В контрольных картах важно, чтобы объект (в нашем случае участок автомобильной дороги) имел контролируемое состояние. Контролируемое состояние объекта — это такое состояние, когда процесс стабилен, а его среднее и разброс не выходят за контрольные пределы. В представленном случае для ЩМА процесс находится в контролируемом состоянии, так как не наблюдается выхода за указанные пределы.
Во время эксплуатации дорог происходит наиболее интенсивный износ покрытия на поверхности полос наката, при этом в интервалах распределения шероховатости наблюдается увеличение частот попадания меньших глубин шероховатости и уменьшение частот попаданий в интервалах больших глубин.
Оптимальную величину интервалов распределения на полигоне определили по формуле
(9)
где 
, 
— максимальное и минимальное значение средней глубины шероховатости; n — общее число измерений.
Рис. 10. Полигоны распределения показателей шероховатости ЩМА
Одновременно на полосах наката уменьшается общий коэффициент вариации шероховатости с уменьшением среднего значения вариационного ряда. На полигонах распределения шероховатости (рис. 10), построенных для рядов на расстояниях от кромки покрытия 1, 2, 3 метра, наглядно видна выше отмеченная особенность износа для полос наката, находящихся на расстояниях от кромки 1;3 метра.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. В связи с повышенной трудоемкостью определения шероховатости методом песчаного пятна обоснована целесообразность использования косвенного электроемкостного, практически мгновенного экспресс-метода, обладающего значительной технико-экономической эффективностью.
2. Установлены единые математические уравнения гиперболической зависимости прямых измерений шероховатости покрытий методом песчаного пятна от электроемкостных показателей. Для различных типов асфальтобетонов в дорожных покрытиях приведены размахи величин шероховатости.
3. Показана зависимость коэффициентов вариации средней глубины впадин шероховатости дорожных покрытий из асфальтобетонов различных типов от коэффициентов вариации предела прочности при сжатии при температуре 50 С для данных асфальтобетонов, испытанных на асфальтобетонном заводе.
4. Показана графическая зависимость шероховатости покрытий от среднего содержания щебня в различных типах плотных асфальтобетонов.
Построены карты «среднее — размах» величин шероховатости покрытий из различных типов асфальтобетона и приведена методология использования карт для оперативной корректировки технологий, способствующих повышению однородности шероховатости.
5. Для легких условий движения по дороге можно использовать асфальтобетон типа В, характеризуемый пониженной средней глубиной впадин шероховатости. Для затрудненных и опасных условий движения пригодны покрытия из асфальтобетонов типов А, Б, Г, ЩМА.
6. Наибольший износ покрытия происходит по полосам наката, отстоящих от кромки покрытия на расстоянии 1 и 3 метра, способствуя снижению коэффициента вариации шероховатости, при этом на полигонах распределения наблюдается увеличение частот меньших величин шероховатости за счет уменьшения частот в интервалах повышенных величин шероховатости.
7. Приведены рекомендации для диагностики средних глубин впадин шероховатости для различных типов асфальтобетонных покрытий.
Основные положения диссертации опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях:
1. Стадник А. Ю., Романов С. И. Показатели шероховатости асфальтобетонных дорожных покрытий // Строит. материалы. 2010. № 10. С. 30—31.
2. Стадник А. Ю., Романов С. И. Распределение случайной величины показателя шероховатости дорожного асфальтобетонного покрытия // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и арх. 2010. Вып. 17 (36). С. 58—60.
3. Стадник А. Ю., Романов С. И. Обоснование применения электроемкостного экспресс-метода для определения шероховатости асфальтобетонных дорожных покрытий // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и арх. 2011. Вып. 21 (40). С. 47—51.
4. Стадник А. Ю., Романов С. И. Проверка гипотез равенства и однородности средних величин шероховатости асфальтобетонных покрытий и гипотезы о равенстве дисперсий // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и арх. 2011. Вып. 23 (42). С. 87—91.
Публикации в других изданиях:
5. Стадник А. Ю. Сопоставление методов измерения шероховатости и плотности асфальтобетонных дорожных покрытий // XIII Региональная конф. молодых исследователей Волгоградской области, Волгоград, 11—14 ноября 2008 г. Направление № 16 «Архитектура, строительство и экономические проблемы» / Волгогр. гос. архит.-строит. ун-т. Волгоград : ВолгГАСУ, 2009. С. 94—100.
6. Стадник А. Ю. Оперативный статистический контроль шероховатости асфальтобетонных дорожных покрытий // Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России : материалы IV Науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 11—14 мая 2010 г., Волгоград / Волгогр. гос. архит.-строит. ун-т. Волгоград : ВолгГАСУ, 2010. С. 101—105.
7. Стадник А. Ю. Показатели шероховатости дорожных покрытий, построенных с применением различных типов асфальтобетона // Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство : материалы Международной конф., посвящ. 80-летию строит. образования и 40-летию арх. образования Волгогр. обл. Волгоград : ВолгГАСУ, 2010. С. 526—529.
8. Стадник А. Ю. Электроемкостные измерения шероховатости и плотности дорожных асфальтобетонных покрытий // XIV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, Волгоград, 10—13 ноября 2009 г. Направление № 16 «Архитектура, строительство и экологические проблемы» / Волгогр. гос. архит.-строит. ун-т. Волгоград : ВолгГАСУ, 2011. С. 11—15.
9. Стадник А. Ю. Косвенные измерения показателей средней глубины шероховатости асфальтобетонных дорожных покрытий // Молодежь и науч.-техн. прогресс в дорожной отрасли Юга России : материалы V Науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 11—13 мая 2011 г., Волгоград / Волгогр. гос. архит.-строит. ун-т. Волгоград : ВолгГАСУ, 2011. С. 55—58.
10. Стадник А. Ю. Математическая статистика в анализе взаимосвязи между показателями шероховатости асфальтобетонных дорожных покрытий, измеренными двумя различными методами // Доклады 68-й Научной конф. профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета. Ч. IV. СПб., 2011. С. 33—36.
11. Стадник А. Ю., Романов С. И. Характеристика поверхности дорожного покрытия в зависимости от типа асфальтобетона // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов : материалы VI Международной науч.-техн. конф., 13—14 октября 2011 г., Волгоград : ВолгГАСУ, 2011. С. 277—280.
-------------------------------------------------------------------------------------
Подписано в печать 14.09.2012. Формат 60x84/16.
Бумага офсетная. Печать трафаретная. Гарнитура Time New Roman.
Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,2. Тираж 110 экз. Заказ №
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии
400074, г Волгоград, ул. Академическая, 1
