Наукові основи проектування дорожніх асфальтобетонів з використанням техногенної сировини і прогнозуюче-оптимізаційніх комплексів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

УДК 625.852/855:691.002.8 (043.3)

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

НАУКОВІ ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ ДОРОЖНІХ АСФАЛЬТОБЕТОНІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕХНОГЕННОЇ СИРОВИНИ І ПРОГНОЗУЮЧЕ-ОПТИМІЗАЦІЙНІХ КОМПЛЕКСІВ

05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби

БАЗЖИН ЛЕВ ІВАНОВИЧ

Макіївка - 2005

Дисертацію є рукопис

Роботу виконано на кафедрі технологій будівельних матеріалів, виробів та автомобільних доріг у Донбаській національній академії будівництва і архітектури (ДонНАБА) Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант- доктор технічних наук, професор Братчун Валерій Іванович, Донбаська національна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри технологій будівельних матеріалів, виробів та автомобільних доріг.

Офіційні опоненти:- доктор технічних наук, професор Савенко В'ячеслав Якович, Національний транспортний університет, завідувач кафедри будівництва і експлуатації автомобільних доріг;

- доктор технічних наук, професор Жданюк Валерій Кузьмович, Харківський національний транспортний університет, завідувач кафедри будівництва і експлуатації автомобільних доріг;

- доктор технічних наук Коваль Сергій Володимирович, Одеська державна академія будівництва і архітектури, професор кафедри процесів і апаратів у технології будівельних матеріалів.

Провідна установа: Харківський державний технічний університет будівництва і архітектури (кафедра будівельних матеріалів та виробів), Міністерство освіти і науки України.

Захист дисертації відбудеться “ 22 ” листопада 2005 року о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 Донбаської національної академії будівництва і архітектури (Україна, 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, навчальний корпус № 1, зала засідань).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбаської національної академії будівництва і архітектури (Україна, 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2).

Автореферат розісланий “22” жовтня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради А.М. Югов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розвиток мережі автомобільних доріг з нежорсткими дорожніми покриттями, розширення масштабів їх реконструкції та ремонту вимагають значних обсягів використання мінеральних матеріалів і органічних в'яжучих, виробництво яких різко скоротилося, а вартість зросла. Це обумовлює необхідність пошуку ефективних шляхів розширення сировинної бази для виробництва дорожньо-будівельних матеріалів.

В Україні щорічно добувається 1,5 млрд. тонн гірської маси. Однак через недосконалість технологій переробки 60-70% її йде у відвали, у яких знаходиться понад 18-20 млрд. тонн різних відходів, що займають більш ніж 500 тис. гектарів землі. Використання мінеральної техногенної сировини складає близько 10%. Основна ж маса відходів знаходиться у відвалах, глобально забруднюючи навколишнє середовище та займаючи родючі ділянки землі.

Реалізація технічних, технологічних і інших аспектів, пов'язаних з конкретним застосуванням техногенної сировини в асфальтобетонах, істотно стримується більш низькою якістю відходів і, як правило, підвищеною витратою органічного в'яжучого в порівнянні з кондиційними мінеральними матеріалами. Складний і комплексний характер проблем, які виникають при одержанні бетону високої якості, вимагає ретельного і трудомісткого дослідження щодо використання кожного конкретного виду техногенної сировини у складі бетону.

Більшість відходів несприятливо впливають на структуроутворення асфальтового бетону. Зокрема, специфічні властивості відходів виробництв можуть знизити корозійну стійкість асфальтобетону і прискорити процеси його старіння. Встановлення ролі техногенної сировини в старінні важливо для одержання найбільш довговічних асфальтових бетонів.

Значне зростання обсягу інформації, численні альтернативні варіанти, багатокритеріальність вибору при розв'язанні складних задач у проектуванні асфальтового бетону вимагають застосування сучасних технологій проектування, заснованих на математичному моделюванні і оптимізації, експертних системах, обчислювальному експерименті, САПР. Існуючі ж методи технічного проектування не використовують такі технології, що значно обмежує область прийняття найбільш ефективних рішень у наукових і інженерних задачах по регулюванню структури і властивостей асфальтобетону. Це вимагає розробки нових підходів до проектування асфальтобетонів 3 використанням комп'ютерно-інформаційних технологій, стрункого і поступового викладення їх наукових основ.

Системні дослідження властивостей відходів виробництв, одержання з їх використанням асфальтових бетонів з заданим комплексом властивостей, найбільш стійких до старіння, за рахунок найменш витратних технологій виробництва і найбільш ефективних методів проектування дуже актуальні і вимагають для розв'язання нових і ефективних наукових підходів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до госпдоговірної тематики наукових досліджень кафедри технологій будівельних матеріалів, виробів та автомобільних доріг Донбаської національної академії будівництва і архітектури, що відповідають: напрямку міжвузівскої комплексної науково-технічної програми “Економія матеріальних і енергетичних ресурсів у будівництві” на 1986 -1990 р.р. Міністерства освіти і науки України; комплексній регіональній програмі "Вторинні ресурси" на 1986-1990 р.р. Донецького наукового центру АН УРСР, інституту економіки АН УРСР; комплексній регіональній програмі “Донбас” по захисту навколишнього середовища на 1986-1990 р. р. Донецького наукового центру АН УРСР. Робота відповідає Державній програмі “Ресурсозбереження”, затвердженій ГКНТ України від 31 березня 1993 р., Постанові Кабінету Міністрів від 28.06.97 р. № 668 “Про Програму використання відходів виробництва і споживання на період до 2005 року”, а також науково-технічній програмі Міністерства освіти і науки України “Економія матеріалів і енергетичних ресурсів у будівництві”, цільовій комплексній міжнародній науково-технічній програмі будівництва ОЦ 031 і держпрограмі за № 0102U002848 (К-2-02-01) “Розробка ефективних матеріалів і технологій будівництва нежорстких дорожніх покриттів підвищеної довговічності для влаштування автомобільних доріг м. Макіївки”.

Мета дослідження - розробка теоретичних і експериментальних основ ефективних способів регулювання структури і методів проектування якісних дорожніх асфальтових бетонів з використанням мінеральної і органічної техногенної сировини. Задачі дослідження:

1) розробити принципи одержання асфальтобетонів з заданим комплексом властивостей з використанням техногенної сировини; класифікувати фактори спрямованого регулювання структури і властивостей асфальтового бетону;

2) обґрунтувати вибір техногенної сировини; дослідити закономірності структуроутворення в асфальтобетонах із техногенною сировиною і виконати її класифікацію за активністю взаємодії з бітумом;

3) розробити ефективні способи регулювання структури і методи проектування якісних асфальтових бетонів при максимальному використанні техногенної сировини із застосуванням математичної теорії експериментів і оптимізації; 4) вивчити вплив на старіння асфальтового бетону ряду пилоподібних кремнеземистих відходів виробництв;

5) розробити новий підхід до проектування асфальтових бетонів, який включає комп'ютерно-інформаційну технологію:

5.1) з урахуванням впливу на властивості кожної фракції зернового складу мінеральної частини, вмісту мінерального порошку, бітуму і його властивостей з використанням регресійних моделей;

5.2) із застосуванням математичних моделей, що враховують виробничі зернові склади мінеральної частини;

5.3) з використанням еквідистантних кривих зміни їх властивостей з урахуванням впливу кожної фракції мінеральної частини, вмісту мінерального порошку, бітуму, його пенетрацї і ЕС-моделей;

5.4) на основі кореляційних моделей як альтернативних регресійним моделям;

6) розробити рекомендації з проектування й одержання якісних асфальтобетонів з використанням техногенної сировини, найбільш стійких до старіння;

7) впровадити у виробництво розроблені оптимальні склади асфальтобетонів з використанням відходів виробництв і методи їх проектування.

Об'єкт дослідження - дорожні асфальтові бетони з заданим комплексом властивостей і використанням техногенної сировини

Предмет дослідження - закономірності формування структури асфальтових бетонів з використанням техногенної сировини, кількісні залежності, що описують взаємозв'язок між багатофакторним складом бетонів і їх властивостями, які запроектовані методом математичної теорії планування експериментів і еквідистантних кривих.

Методи досліджень. Для вивчення відходів виробництв використані спеціальні методи: мікроскопічні (оптичний, електронний, люмінесцентний), газохроматографічний, рентгенівський, ртутно-порометричний. Бітуми вивчені методами групового аналізу, ІЧ-спектроскопічним. Для вивчення властивостей асфальтового бетону прийняті фізико-механічні, реологічні й ультразвукові методи.

Для одержання оптимальних рішень використані методи статистичної обробки експериментальних даних, математичного планування експерименту, комп'ютерної оптимізації процесу моделювання, оптимізації по моделях за допомогою нелінійного квадратичного програмування (сканування, градієнтний спуск), а також розроблений метод проектування з використанням еквідистантних залежностей між властивостями асфальтового бетону і розроблених ЕС-моделей, що враховують кожну фракцію мінерального каркаса, вміст мінерального порошку, бітуму і його пенетрацію.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

- на основі встановлених закономірностей структуроутворення теоретично й експериментально розроблені способи одержання асфальтобетонів із заданим комплексом властивостей з використанням техногенної сировини найважливіших галузей промисловості, найбільш ємних по щорічному виходу і запасах у відвалах, що різко відрізняються за властивостями (у тому числі дуже несприятливими до структуроутворення) за допомогою: 1) відходів подрібнення карбонатних гірських порід; 2) бітумодьогтьеполімерного в'яжучого (БДПВ) на основі бітуму, кам'яновугільного дьогтю і відходу виробництва полівінілхлориду. Запропоновано ефективний метод регулювання структури і властивостей асфальтового бетону на інактивних відходах виробництв, що може бути дуже перспективним напрямком одержання бетонів високої якості;

- запропоновано підсистему прогнозування властивостей асфальтобетону: перший прогнозуюче-оптимізаційній комплекс (ПОКТ), що використовує ЕС- моделі, отримані на основі традиційного багатофакторного математичного планування експериментів, і дозволяє оптимізувати склади асфальтобетону з різними відходами;

- вивчено вплив на старіння бітуму і асфальтобетону в лабораторних і натурних умовах золи винесення ТЕС і шламу ливарного цеху. Виявлено новоутворення, що виникають у бітумі при старінні під впливом поверхні мінеральних часток. Розглянуто можливий механізм їх утворення;

- із застосуванням випадкового багаторівневого несиметричного планування експерименту розроблені еталонні ЕС-моделі, що описують 30 фізико-механічних властивостей асфальтобетону, новизна яких полягає в способі одержання (використана комп'ютерна оптимізація процесу моделювання), їх вмісту (враховують 10 фракцій реальних часток мінеральної частини (із сієніту) асфальтового бетону в галузі, що перекриває криві щільних сумішей з безперервним і переривистим зерновим складом для сумішей і асфальтобетонів всіх класів, видів, груп, типів і різновидів гранулометрії, а також марок для верхніх шарів дорожніх покриттів і нижніх шарів дрібнозернистих асфальтових бетонів (ДСТУ БВ.2.7-119), вміст мінерального порошку, бітуму та його пенетрацію), у методах їх застосування (розроблені різні способи проектування асфальтобетону), а також у високій інформаційній ефективності моделей. Ці моделі склали основу комп'ютерно-інформаційної технології проектування асфальтового бетону - другий прогнозуюче- оптимізаційний комплекс (ПОК);

- розроблено методи проектування асфальтобетону з використанням еталонних ЕС-моделей і оптимізації за допомогою нелінійного квадратичного програмування; із застосуванням ЕС-моделей, що враховують виробничі зернові склади (вони входять в ПОК); з використанням кореляційних і змішаних кореляційно-регресійних моделей;

- використання прогнозуюче-оптимізаційного комплексу (ПОК) дозволило одержати комп'ютерне узагальнення кривих щільних сумішей для асфальтобетону (ДСТУ Б В.2.7-119). Значно розширена можливість цих стандартів за рахунок математичних моделей властивостей бетону (стандартних, а також враховуючих зсуво- і тріщиностійкість, міцність на вигин, модулі пружності при позитивних і негативних температурах) і оптимізації по них;

- розрахунковим за ЕС-моделями і експериментально підтверджено висунуту гіпотезу про еквідистантність кривих зміни властивостей асфальтобетону за умови, що в двох однакових складах його, але з різними за природою мінеральними частками (щільними за структурою), при однаковому вмісті фракцій мінерального порошку (дрібніше 0,071 мм) і незмінній пенетрації бітуму, властивості бетону змінюються еквідистантно залежно від кількісного вмісту бітуму. Розроблено спосіб переходу при проектуванні на мінеральні частки з інших за властивостями мінеральних матеріалів, щільних за структурою. На основі еквідистантних кривих і еталонних ЕС-моделей розроблено метод проектування асфальтобетону, названий МЕК (метод еквідистантних кривих). Він має високу ресурсну ефективність (у 30 разів більше ніж математичне планування експериментів) і його ЕС-моделі мають у 139 разів більше інформаційну ефективність ніж моделі, в яких відсутні впливи кожної фракції мінеральної частини. Цей метод дозволяє по одній експериментальній точці переходити в гіперпростір еталонних ЕС-моделей з 13 факторами, використовувати велику інформацію, вкладену в них, а також одночасно проводити оптимізацію і реалізувати позитивні сторони апріорного (аналітичного) і апостеріорного (експериментально-статистичного) методів математичного моделювання. Даний метод відрізняється новизною і є вперше пропонованим напрямком в проектуванні асфальтового бетону. Він входить в ПОК.

Практичне значення отриманих результатів наступне:

- розроблено рекомендації одержання за допомогою прогнозуюче-оптимізаційних комплексів ПОКТ і ПОК якісних асфальтобетонів з використанням техногенної сировини при максимальній утилізації кожного з відходів, а також залежно від класів сумішей, видів, груп, типів і різновидів гранулометрії, марок, кількості і в'язкості бітуму, зернового складу мінеральної частини;

- впроваджені у виробництво і практику проектування асфальтового бетону прогнозуюче-оптимізаційні комплекси ПОКТ і ПОК;

- розроблені рекомендації з вибору техногенної сировини для одержання найбільш стійких до старіння асфальтобетонів;

- розроблено аналітико-графічний спосіб аналізу впливу на властивості асфальтового бетону кожної фракції зернового складу мінерального каркаса, вмісту бітуму і його пенетрації в будь-якій точці факторного простору;

- здійснено найбільш щільну упаковку мінеральної частини асфальтобетону із реальних часток (а не ідеальних у вигляді шарів, кубів чи тетраедрів) за кожним типом гранулометрії (А, Б, В, Г, Д) на основі комп'ютерної оптимізації її зернового складу;

- у використанні нового і ефективного методу проектування за еквідистантними кривими (МЕК), одночасно з оптимізацією властивостей і складів асфальтобетонів;

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджено одержанням значень експериментальних даних з довірчою імовірністю Ф_t=0,95; адекватністю математичних моделей експериментальним даним; відповідністю результатів експериментальних досліджень теоретичним передумовам; дослідним будівництвом і результатами обстежень ділянок автомобільних доріг, побудованих у 1988-1995 р.р.

Практичне застосування отриманих результатів роботи здійснено впровадженням у дорожні організації ПО “Укрмагістраль”, шахтобудівне управління № 19 комбінату “Донецькшахтобуд”, Докучаєвський флюсодоломітний комбінат, кооператив “Шляховик “ (м. Докучаєвськ) асфальтобетонів на відходах подрібнення карбонатних гірських порід, гранітів, місцевого кварцового піску. З 1988 по 1995 роки вироблено 376,58 тис. т сумішей, що покладені у верхні шари дорожніх покриттів автомобільних доріг: Донецьк - Маріуполь, Докучаєвськ - Комсомольськ, Макіївка - Шахтарськ, у межах м. Донецька, Комсомольська, Докучаєвська, Макіївки, Тореза, виконані під'їзди до шахти Південно-Донбаська. Економічний ефект від впровадження склав 5931,95 тис. грн. У 1994-95 р.р. впроваджений у виробництво прогнозуюче-оптимізаційній комплекс ПОКТ для проектування високоякісних асфальтобетонів на відходах виробництв в Упрдор № 4 ПО “Укрмагістраль”, в ВАТ “Красногорівський вогнетривкий завод”, на Докучаєвському ФДК, у 2005 р. - прогнозуюче-оптимізаційні комплекси ПОК і ПОКТ в ВАТ “Державна акціонерна компанія “Автомобільні дороги України”.

Особистий внесок здобувача полягає в розробці ідей і постановці задач з усіх розділів дисертації; у вивченні фізико-механічних властивостей відходів виробництв; у вивченні закономірностей структуроутворення в асфальтобетоні з техногенною сировиною; в натурних обстеженнях побудованих ділянок автомобільних доріг; здійсненні математичного моделювання, оптимізації і написанні програм для розрахунків на ПЕВМ; у створенні прогнозуюче-оптимізаційних комплексів ПОКТ і ПОК проектування асфальтобетонів.

Апробація дисертаційної роботи. Основні положення дисертаційної роботи представлені на республіканській науково-методичній конференції “Методологічні і методичні основи впливу наукових досліджень на сферу виробництва” (м. Київ, 1986); на Всесоюзному семінарі “Індустріальні технічні рішення для реконструкції будівель і споруд промислових підприємств” (м. Макіївка, 1986); на регіональній науково-технічній конференції “Інтенсифікація дорожнього будівництва” (м. Володимир, 1988); на п'ятій Республіканській конференції “Ресурсозберігаючі технології, структура і властивості дорожніх бетонів” (м. Харків, 1989.); на Всесоюзній і Міжнародній науково-технічних конференціях “Екологія промислового регіону” (м. Донецьк, 1991, 1993); на міжрегіональній студентсько-викладацькій конференції “Удосконалювання підготовки фахівців в галузі будівництва і реконструкції будівель і споруд” (м. Харків, 1991); на науково-технічному семінарі “Фізико-хімічні і технологічні особливості одержання малоцементних будівельних матеріалів і конструкцій” (м. Одеса, 1992); на науково-технічному семінарі “Комп'ютерний пошук оптимальних модифікаторів якості композитів” (м. Одеса, 1992); на міжнародному семінарі “Аналіз і оптимізація грубогетерогенних композиційних матеріалів” (м. Одеса, 1993); на III-ій Міжнародній науковій конференції “Матеріали для будівельних конструкцій” (м. Дніпропетровськ, 1994); на XXXYI міжнародному семінарі з проблем моделювання й оптимізації композитів (м. Одеса, 1997); на Міжнародній науково-технічній конференції “Розвиток технічної хімії в Україні” (м. Харків, 1997); на Міжнародній науково-технічній конференції “Прогресивні технології й енергозбереження у дорожньому будівництві” (м. Київ, 2002).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в двох монографіях, 43 статтях у журналах і збірниках наукових праць, в навчальному посібнику. Ряд результатів досліджень впроваджено у навчальний процес при підготовці фахівців із спеціальності 7.092105 “Автомобільні дороги та аеродроми”

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести глав, загальних висновків, списку літератури з 347 найменувань, містить 348 сторінок, у тому числі 238 сторінок основного тексту, 54 рисунки, 101 таблицю (том 1) і додатки на 209 с. (том 2).

ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі проаналізовано стан проблеми одержання асфальтових бетонів з використанням техногенної сировини і визначена методологічна основа досліджень у вигляді системного аналізу. На першому етапі здійснено постановку мети і задач досліджень, збір найбільш повної інформації про об'єкт досліджень, на другому дано загальний аналіз асфальтобетону на основі концепції систем (роботи В.М. Глушкова, В.А. Вознесенського та ін.) з виділенням блокової схеми підсистеми його одержання (ПОАБ) з заданим комплексом властивостей, а також розроблена блокова підсистема факторів спрямованого регулювання структури (ФСРС) асфальтобетону.

Встановлено, що основною методологічною спрямованістю системного аналізу є одночасне вивчення об'єкта дослідження з двох сторін: зверху на якісному (змістовному) рівні і знизу на кількісному (математичному) (третій етап системного аналізу).

У ПОАБ виділені блоки: О_м - складу (матеріали); О_т - технологій виробництва; О_пс - процесів структуроутворення; О_с - параметрів структури; О_н - наукових даних (збір найбільш повної інформації про об'єкт досліджень, закономірності структуроутворення, методи регулювання структури і властивостей асфальтобетону, параметри технологій його одержання, методи оцінки структури і властивостей компонентів бетону, суб'єктивна інформація у вигляді різних гіпотез, концепцій, критеріїв, класифікацій, проектування асфальтобетону, математичне моделювання, оптимізація та ін.); Т - температура; - час; О_я - показників якості асфальтобетону; О_ян - необхідних показників якості асфальтобетону (мета ПОАБ, яка формулюється з умов експлуатації асфальтобетону); О_уе - умов експлуатації асфальтобетону; О_яян - порівняння показників якості бетону О_я з необхідними показниками якості О_ян; О_ке - конструктивно-експлуатаційних факторів.

Виходячи з умов експлуатації (блок О_уе) призначаються необхідні показники якості асфальтобетону О_ян чи структури О_с, з якими порівнюються одержувані показники О_я (чи О_с) у блоці порівняння О_яян. Якщо вони відповідають рівню необхідних показників якості О_ян за умовами експлуатації О_уе, то функціонування системи ПОАБ закінчується досягненням основної мети - одержанням необхідного комплексу властивостей асфальтобетону.

Зроблено висновок про ієрархічність ФСРС за складністю технічного виконання і вартістю. За найпростіший (перший рівень) прийняте регулювання кількісного співвідношення вхідних компонентів, введення інших мінеральних компонентів склало другий рівень. Більш складним і дорогим є модифікація бітуму, мінеральних компонентів і асфальтобетонної суміші за допомогою поверхнево-активних речовин (ПАР), полімерів, олігомерів і інших добавок (третій рівень). До найбільш складного віднесені фактори активаційно-технологічної механіки (АТМ, четвертий рівень). У дослідженнях прийнята концепція поступовості складення ФСРС і математичних моделей, надійності одержання експериментальних даних, оптимальності на кожному етапі прийняття рішень, точності математичного моделювання і прогнозування властивостей бетону, що відповідає концепції ресурсозбереження.

Здійснено аналіз вітчизняного і зарубіжного досвіду застосування відходів різних виробництв у бетоні. Встановлено, що вони дуже відрізняються за хімічним складом, структурою часток і застосовуються, в основному, як окремі компоненти бетону. Багато з яких мають незначні запаси у відвалах і щорічний вихід. Зроблено висновок, що відсутні системні дослідження, які спрямовані на одержання асфальтобетону з високою якістю винятково на відходах виробництв при максимальній утилізації кожного з них, у тому числі і низькоякісних.

Аналіз показав, що методи технічного проектування асфальтобетону підрозділяються на експериментальні, розрахунково-експериментальні і аналітичні. В основу перших покладена найбільша міцність асфальтов'яжучого і найбільша щільність мінерального каркаса (П.В. Сахаров, нормативні документи, застосовуються в Англії та Бельгії). Інші здійснюються за кривими щільних сумішей (М.М. Іванов, В.В. Охотін, М.В. Горелишев, СоюздорНДІ), за залежністю між вмістом бітуму, щільністю зразків і пористістю суміші мінерального порошку (Маршалл), за розчинною частиною (В.В. Охотін, Б.А. Козловський, А.Я. Тихонов), за модулем насичення (М. Дюр'є), за гасовим еквівалентом (Хвім), за бітумоємністю мінеральних компонентів (І.В. Корольов). За заданими експлуатаційними умовами роботи дорожніх покриттів асфальтобетон проектують з урахуванням: параметрів зсувостійкості при 50⁰С і тріщиностійкості при мінус 10⁰С, отриманих за допомогою диференціальних рівнянь (А.М. Богуславський), пластичності (А.В. Руденський), за узагальненим рівнянням міцності асфальтобетону (І.О. Риб'єв).

Експериментальні методи вимагають значного обсягу експериментів, вони виключають можливість оптимізації при багатоваріантному проектуванню. Більшість методів спрямовані на одержання найбільш щільного мінерального каркаса асфальтобетону. Усі зазначені вище методи не відбивають впливу на фізичні, міцнісні (стиск, розтягання при вигині), пружні, пластичні і інші властивості асфальтобетону кожної фракції реальних мінеральних часток з одночасним урахуванням ролі мінерального порошку, вмісту бітуму, його властивостей із застосуванням комп'ютерної оптимізації.

Метод проектування Б.Г. Радовського за апріорними аналітичними моделями здійснюється з урахуванням окремих фракцій у вигляді часток ідеальної форми (куль) при максимальному їхньому упакуванні. Однак складний перехід від ідеальних часток до реальних різної природи істотно утруднює встановлення адекватності моделей експериментальним даним.

Прийнято концепцію ресурсозбереження в одержанні асфальтобетону із заданим комплексом властивостей. Ресурсозбереженню присвячені роботи багатьох дослідників, які вивчали композиційні матеріали на органічних в'яжучих (бітуми, дьогті) (В.І. Братчун, М.І. Волков, І.П. Гамеляк, Л.Б. Гезенцвей, М.В. Горелишев, В.К. Жданюк, В.О. Золотарьов, Я.М. Ковальов, А.С. Колбановська, О.В. Космин, В.В. Маліновський, В.В. Мозговий, І.М. Руденська, І.О. Риб'єв, В.Я. Савенко, Г.К. Сюньї, Вischof G., Dickinson E.J., Feller M., Gerschler L.J., Grau R.W., Haga N., Holter H., Pickard S., Pietzeniuk H., Lang H. та ін. ), мінеральних і полімер-мінеральних (В.І. Бабушкін, Ю.М. Баженов, І.В. Барабаш, П.І. Боженов, В.М. Вировий, В.А. Вознесенський, О.В. Волженський, В.Д. Глуховський, І.М. Грушко, Л.Й. Дворкін, С.В. Коваль, П.В. Кривенко, В.А Лисенко, Т.В. Ляшенко, В.А. Матвієнко, О.П. Мчедлов-Петросян, О.Г. Ольгинский, Ю.І. Орловський, А.М. Плугін, Р.Ф. Рунова, М.А. Саніцькій, А.М. Сергєєв, В.Р. Сердюк, В.І. Соломатов, М.А. Сторожук, О.В. Ушеров-Маршак, М.Ш. Файнер, В.Л. Чернявський, Л.О. Шейнич, О.О. Шишкін, В.Н. Шмігальській та ін.) в'яжучих.

Згідно з рис. максимальну економію при одержанні якісних асфальтобетонів можна досягти на основі ресурсозбереження в усіх блоках ПОАБ. Тому прийнята наступна концепція ресурсозбереження: найбільш дешеві матеріали блоку О_м (відходи виробництв), найменш витратні технології виготовлення блоку О_т (їм відповідають найбільш низькі по ієрархії ФСРС) і найбільш ефективні методи проектування (комп'ютерне математичне моделювання і оптимізація) блоку О_н.

У другому розділі дано обґрунтування вибору видів техногенної сировини для одержання асфальтобетонів. Прийнято відходи виробництв найважливіших галузей господарства України, що мають найбільші запаси у відвалах і щорічний вихід: нерудна, металургійна, теплоенергетика, машинобудування, промисловість будівельних матеріалів, хімія і коксохімія. Дано загальну характеристику цих відходів і технологій, при яких вони виникають. Описано прийняті сучасні методи експериментальних досліджень техногенної сировини, бітуму і асфальтобетону.

У третьому розділі експериментально визначені стандартні і спеціальні фізико-механічні властивості відходів виробництв - компонентів асфальтобетону: відходи подрібнення карбонатних гірських порід Комсомольського рудоуправління (РУ) - КВВ; Новотроїцького РУ (терикон 1 і 2) - НВВ1 і НВВ2; Докучаєвського флюсодоломітного комбінату № 1 (ФДК) - ДВВ; відхід подрібнення граніту Каранського і Хлібодарського кар'єроуправлінь (КУ) - КГВ і ХГВ; золошлакова суміш Старобешівської ТЕС - ЗШС; відхід подрібнення відвального мартенівського шлаку Макіївського металургійного комбінату - ВМШ; ваграночний шлак і шлам ливарного цеху Макіївського трубного заводу - ВШ і КТЗ1; зола-винесення Курахівської ТЕС - ЗВК; зола Старобешівськоі ТЕС - ЗС; доломітовий пил Микитівського доломітного комбінату - ДП; цементний пил Амвросіївського цементного комбінату - ЦП; полістирольний пил Горлівського об'єднання “Стирол” - ПСП; полівінілхлоридний пил Дніпродзержинського об'єднання “Азот” - ПВХП; залишки дистиляції фталевого ангідриду і кам'яновугільний дьоготь Авдіївського коксохімічного заводу - ОДА і Д; місцевий кварцовий пісок Мар'їнського КУ - КВП.

У четвертому розділі дана оцінка активності взаємодії мінеральних відходів з бітумом на основі хімічного складу і структури часток. За критерієм А.С. Колбановської активні містять оксидів лужних і луго-земельних металів (Na, K, Ca, Mg та ін.) більш ніж 50%, інактивні - менш ніж 30% (табл. 1).

Структура крупних часток відходів виробництв експериментально вивчена комплексом методів. За основу прийнята класифікація М.І. Волкова, І.М. Борща і Л.С. Терлецької: щільні; тонкопористі (фільтруючі вглиб пор масла з яскраво вираженим селективним розподілом бітуму на масла, смоли і асфальтени), пористі (у пори компоненти бітуму проникають більш глибоко, але без яскраво вираженого селективного розподілу); крупнопористі (в пори проникає бітум без фракціонування). В карбонатних відходах подрібнення люмінесцентним методом виділені частки щільні, тонкопористі і пористі. Найбільшу речовинну масу їх складають частки щільні (62ч83%) і тонкопористі (13ч28%). Частки відходу подрібнення відвального мартенівського шлаку (ВМШ) злегка окатані і мають кавернозно-пористу будову. Жужільна суміш (ЖС) ТЕС до 8095% являє собою суміш щільних склованих часток різної крупності; присутні зерна пластинчатої і голчастої форми, окремі зерна крупнопористої структури (до 5%). Відходи гранітів (КГВ і ХГВ), ваграночного шлаку (ВШ) мають щільну структуру.

Структура часток пилоподібних відходів виробництв вивчена за допомогою оптичної і електронної мікроскопії, газової хроматографії. Частки доломітового пилу (ДП) мають різну форму і пористість, є незначна кількість часток-сферолітів. У агрегатах присутні пори, поглиблення різних розмірів. Між кристалами є тріщини по площинах спайності. Цементний пил (ЦП) представлений дрібними і злегка окатаними частками, більш великі мають невизначену форму. Видно каплевидні утворення, до складу яких входять луги, округлі тонкокристалічні частки каолініту, уламки кварцу, гіпсу та ін. На мікрофотографіях шламу ливарного цеху (КТЗ1) є дрібні окатаної форми прозорі частки кварцу, більш крупні і пористі агрегати невизначеної форми. Зола-винесення (ЗВК) і зола (ЗС) ТЕС представлені частками-сферолітами скла, присутні агрегати, що належать аморфізованим і глинистим мінералам, напів- і ококсованому вугіллю. Газохроматографічним методом визначена внутрішня поверхня пор часток дрібніше 0,071 мм. У мінерального порошку зі щільного вапняку (ВМП) вона узята для порівняння (табл. 1). Частки ЦП і ВШ є щільні, ДП, ЗВК і ЗС мають більш значну поверхню, КТЗ1 і ВМШ дуже високу. Дослідження дозволили розділити прийняті відходи виробництв за структурою часток і їх активністю до взаємодії з бітумом на чотири групи (I, II, III і IV) (табл. 1).

На основі закономірностей структуроутворення розглянуті теоретичні передумови можливості одержання з застосуванням техногенної сировини асфальтобетону високої якості. Хімічний склад відходів показав, що основну речовинну масу відходів складають оксид СаО і діоксид SiО₂ , за рахунок яких на поверхні мінеральних часток є переважна кількість іонів Са⁺² чи Si^-4. В активних функціональних групах ОН, СООН, СО внаслідок індуктивного ефекту відбувається зсув електронної щільності від атома Н до атома О, а в карбонільній групі С=О за рахунок ефекту сполучення зміщуються електрони від атома С до атома О з виникненням частково позитивних б⁺ і частково негативних б^- зарядів.

Катіони Са²⁺, що мають вільні орбіталі , можуть взаємодіяти з частково негативними зарядами функціональних груп бітуму за рахунок електричного притягання з утворенням іонних зв'язків (ненасичених і ненаправлених), але на порядок більш міцних, ніж зв'язки водневі (на це вперше звернено увагу в дослідженнях асфальтобетону), що сприяє утворенню хемосорбційних комплексів на поверхні мінеральних часток.

Таблиця 1 Класифікація техногенної сировини за хімічною активністю до взаємодії з бітумом (за А.С. Колбановською) і структурою мінеральних часток

Примітка: КВВ, НВВ1, НВВ2, ДВВ - вапнякові відходи Комсомольського, Новотроїцького (відвал 1 і 2) РУ і Докучаєвського ФДК; ДП, ЦП - доломітовий і цементний пил; ВМП - вапняковий мінеральний порошок; ВМШ - відхід подрібнення мартенівського шлаку; ХГВ, КГВ - гранітні відходи Хлібодарського і Каранського КУ; ЗШС - золошлакова суміш; ЗС, ЗВК - зола Старобешівської і зола винесення Курахівської ТЕС; КТЗ1 - шлам ливарного цеху, КВП - кварцовий пісок.

Активні функціональні групи входять до складу асфальтенів і смол, що мають найбільшу молекулярну масу. Асфальтени існують у вигляді асоціатів, а тому на поверхні кальциту утворюються найбільш розвинуті шари структурованого бітуму товщиною 5001800 нм, що обумовлюють значний ріст когезії в цих шарах і адгезії бітуму. Асфальтени і смоли містять також сполуки з ненасиченими зв'язками, вільні радикали, перекиси (гідроперекиси), що блокуються катіонами. У периферійних зонах структурованих шарів бітуму спостерігається підвищена концентрація масел. Подібну взаємодію бітуму варто очікувати з поверхнею щільних часток активних відходів I групи (НВВ1, НВВ2, КВВ, ДВВ, ЦП, табл. 1).

Карбонатні відходи мають 5-28% тонкопористих вапняків, які містять до 64% пор з ефективним радіусом менш ніж 30 нм, здатних фракціонувати масла. При цьому структуровані шари бітуму збіднюються маслами, а в поверхневих порах і на поверхні мінеральних часток концентруються найбільш активні смоли і асфальтени. Утворюються досить щільні, міцні і водостійкі оболонки структурованого бітуму з блокуванням активних функціональних груп катіонами, що повинно підвищити міцність і водостійкість асфальтобетону. В III групі (активні і пористі відходи) частки відвального мартенівського шлаку (ВМШ) повинні забезпечити достатню міцність зчеплення з бітумом. Доломітовий пил (ДП) має високу структуруючу здатність за рахунок активності часток і підвищеної їх пористості. На поверхні кварцових часток виникає мозаїчна структура центрів як за знаком зарядів, так і за їхньою величиною, але з перевагою центрів Бренстеда. Між активними функціональними групами бітуму і центрами Бренстеда можливе утворення водневих зв'язків, а також слабких вандерваальсових. При цьому структуровані шари бітуму на поверхні мінеральних часток мають малу товщину (510 нм). Подібний характер взаємодії бітуму ймовірний з інактивними щільними відходами виробництв II групи (КГВ, ХГВ, ШС, ВШ, КВП).

IV група (ЗВК, ЗС, КТЗ1) представлена пилоподібними інактивними і пористими відходами, що визначає слабке зчеплення з бітумом і підвищений вміст його.

На інактивних (гідрофільних) поверхнях відходів слабозв'язані активні групи бітуму є центрами солюбілізації вологи. Тому матеріали II і IV груп будуть утворювати менш водостійкі зв'язки з бітумом, ніж відходи I і III груп.

На основі структурно-хімічного аналізу техногенної сировини і встановлення закономірностей структуроутворення висунута і перевірена експериментально гіпотеза про найкраще сполучення в асфальтобетоні різних відходів. Основу мінеральних каркасів асфальтобетону повинні складати зернисті відходи. Найбільш придатними для цього є активні і щільні карбонатні відходи (I група). Вони містять до 6% фракцій мінерального порошку (частинки дрібніше 0,071 мм). Це є передумовою створення якісних асфальтобетонів тільки на цих відходах (склади “НВВ1+Б”, “НВВ2+Б”, “КВВ+Б”, “ДВВ+Б”), а також з менш якісними відходами всіх інших груп (зернистими і пилоподібними). Інактивні щільні відходи подрібнення гранітів II групи (КГВ, ХГВ) можуть створити мінеральні каркаси з високим внутрішнім тертям за рахунок шорсткуватої поверхні, гострих кутів і ребер часток високої міцності (склади “КГВ+Б”, “ХГВ+Б”). Це склало перший і найпростіший рівень ФСРС і властивостей асфальтобетону. Уведення вапнякового мінерального порошку (ВМП) підвищить якість асфальтобетону (склади “НВВ1+ВМП+Б”, “НВВ2+ВМП+Б”, “КВВ+ВМП+Б”, “ДВВ+ВМП+Б”, “КГВ+ВМП+Б”, “ХГВ+ВМП+Б”). Це другий рівень ФСРС.

Кращий ефект дасть комбінування відходів подрібнення гранітів і вапняків у складах асфальтобетону “КГВ+ДВВ+Б”; “КГВ+НВВ1+Б”; “КГВ+НВВ2+Б”; “ХГВ+ДВВ+Б”; “ХГВ+НВВ1+Б” та ін.” (другий рівень ФСРС).

Активний доломітовий (ДП) і цементний (ЦП) пил можна використовувати як мінеральний порошок із інактивними зернистими відходами (склади “КГВ+ДП+Б”, “КГВ+ЦП+Б”). Однак значний вміст у ЦП водорозчинних сполук може знизити водо- і корозійну стійкість асфальтобетону та підвищити його старіння. Інактивні і пористі частки золи винесення (ЗВК), золи (ЗС) і шламу ливарного цеху (КТЗ1) доцільно використовувати в складах асфальтобетону “КВВ+ЗВК+Б” і “КВВ+КТЗ1+Б” та інших, що містять карбонатні відходи подрібнення (другий рівень ФСРС).

Інактивні щільні матеріали II групи (ваграночний шлак ВШ, кварцовий пісок КВП) і пориста золошлакова суміш (ЗШС) IV групи повинні обумовити зниження міцності асфальтобетону при 50^оС, а також водостійкості. Тому ефективніше використовувати їх з активними карбонатними відходами і вапняковим мінеральним порошком (ВМП) в складах асфальтобетону “КВВ+ЗШС+Б”, “НВВ1+ЗШС+Б”, “КВВ+ЗШС+ ВМП+Б”, “КВВ+ВШ+Б”,“КВВ+ВШ+ВМП+Б”, “КВВ+КВП+ ВМП+Б” та ін. (другий рівень ФСРС).

Відходи полімерів (полівінілхлориду і полістиролу) дозволять ефективно регулювати властивості бітуму в надмолекулярних структурах. ПВХ - полярний полімер, що має в ланцюзі велику кількість атомів хлору, які містять по три неподілених пари електронів і диполі C-CI. Вони можуть забезпечити значні взаємодії за рахунок вандерваальсових сил. У молекулах полістиролу (ПС) - електронні ненасичені зв'язки бензольного кільця відрізняються меншою активністю до взаємодії (третій рівень ФСРС). Таким чином, сполучення зернистих і пилоподібних відходів виробництв (найнижчі рівні ФНРС) з різною активністю до взаємодії з бітумом дозволить одержати асфальтобетони із заданим комплексом властивостей. А тому прийняті наступні принципи одержання асфальтобетонів: асфальтобетони з властивостями марки І; мінеральна частина асфальтобетонів тільки з техногенної сировини; максимальна утилізація відходів виробництв, найменш витратні технології виробництва; найбільш ефективні методи проектування.

У п'ятому розділі показано одержання асфальтобетонів з властивостями марки І з використанням відходів виробництв. В табл. 2 наведені оптимізовані 26 складів асфальтобетону (дані показники, що у найбільшій мірі лімітують одержання асфальтобетону з заданим комплексом властивостей). Оптимізацію здійснено за ЕС-моделями у вигляді:

У=В₀+B_iX_i+B_ijX_iX_j+B_iiX_i²(1)

для властивостей асфальтобетону: залишкової пористості (П_пор, %), пористості мінерального каркаса (, %), водонасичення (W, %), набрякання (H, %), коефіцієнта водостійкості (К_в) і водостійкості при тривалому водонасиченні (К_вт), міцності на стиск R_ст(t) при 50, 20, 0^о С, зсувостійкості Т₅₀ і тріщиностійкості Т_-10 за А.М. Богуславським. Всі моделі адекватні і мають високі значення коефіцієнтів множинної кореляції (R=0,950,99).

Максимальна утилізація в асфальтобетоні з властивостями марки I інактивної золошлакової суміші (ЗШС) з карбонатними відходами подрібнення (система "КВВ+ЗШС+ІМП+Б") склала 20ч24% (в табл. 2 дані не наведені). Тому була поставлена задача одержання якісних асфальтобетонів при утилізації ЗШС до 45ч50%.

Для цього прийняті полімерні добавки з пилоподібних відходів ПВХ (ПВХП) і полістиролу (ПСП) (3-й рівень ФСРС), а із відходів подрібнення узятий гранітний (КГО) як інактивний і зумовлюючий більш складні умови регулювання структури асфальтобетону. Добавки ПВХ і ПС у вигляді порошку не ефективні. Ефективні розчинники ПВХ і полістиролу (ацетон, бензол, толуол та ін.) дорогі, а тому запропоновано розчиняти їх у кам'яновугільних дьогтях, тому що низькомолекулярні компоненти їх мають полярні і поляризуючі ароматичні сполуки (феноли, крезоли, хінолін, антрацен, піридин та ін.). Вони взаємодіють з диполями С-Сl ПВХ, що сприяє розгортанню глобул полімеру у витягнуті ланцюги. При визначених термодинамічних умовах і концентраціях ПВХ в органічних в'яжучих утворюється просторова термофлуктуаційна полімерна сітка. Застосування бітумодьогтеполімерного в'яжучого (БДПВ) склало третій рівень ФСРС асфальтобетону винятково на інактивній техногенній сировині. Нижче наведено ЕС-модель міцності асфальтобетону на стиск при 50⁰С:

R_ст(50)=-4.034+1.4429•Б+0,0133•ЗШС+0,3137•ПВХP-0,0027•Б•ЗШС-0,0607•Б•ПВХР+ 0,0195•ЗШС•ПВХР-0,0860•Б²-0,00028•ЗШС²-0,1917•ПВХР², (2)

де ЗШС - кількість (% мас.) золошлакової суміші, Б (% мас.) - бітуму, ПВХP - розчин ПВХП у дьогті (% від маси дьогтю).

Асфальтобетони з вмістом ЗШС=50%, КГВ=50%, Б+Д=5-9% і ПВХП=2% мають R_cт(50)>1,4 МПа. Виявлено, що утилізувати ЗШС можна до 49-50% в асфальтобетонах із властивостями марки I при ПВХП=1ч1,6% від маси дьогтю при БДПВ=7,2ч7,8% (склад “КГВ+ЗШС+ПВХР+(Б+Д)") (табл. 2).

Ряд оптимізованих складів асфальтобетону впроваджені у виробництво (табл. 2, жирний шрифт). ЕС-моделі, що одержані на основі традиційного планування експерименту, склали перший прогнозуюче-оптимізаційній комплекс

(ПОКТ), який дозволяє одержувати нові рішення при зміні мети і задач. Прогнозування властивостей асфальтобетону запропоновано в межах однієї системи, декількох чи всього комплексу. Воно може бути точковим і інтервальним.

Вплив пилоподібних кремнеземистих відходів виробництв (IV група - ЗВК, КТЗ1) на старіння бітуму і асфальтобетону вивчено в лабораторних і натурних умовах. У лабораторних умовах на старіння випробувані бітум БНД 90/130 і бінарні суміші (суміш часток дрібніше 0,071 мм з бітумом при співвідношенні за масою як 1:1) під впливом нагрівання (70С) з періодичним зрошенням водою (вода з Т=40С ) протягом 2000 годин шаром товщиною 1 мм. Під впливом поверхні часток золи ТЕС і шламу ливарного цеху (КТЗ1) у бітумі при старінні зросла кількість кисневомістких структур С=О (смуга поглинання 1700 см-1), виникли також нові смуги поглинання 1020, 1060, 1090, 1140 см-1 (їх можна віднести до кисневомістких сполук з різним ступенем окислювання атома вуглецю). Хімічні зміни бітуму під впливом золи винесення і шламу ливарного цеху стали причиною значних змін властивостей асфальтобетону.

Таблиця 2 Вміст компонентів і значення найважливіших фізико-механічних властивостей оптимізованих складів асфальтових бетонів (АБ) з відходами підприємств і кварцовим піском

Примітка: 1) ПВХП - відхід ПВХ у вигляді порошку (% від мінеральної частини); 2) - ПВХР - розчин ПВХП (% від маси бітуму) в суміші ацетону (80%) і бензолу (20%); 3) ПСП - відход ПС у вигляді порошку; ПСПР - розчин ПСП (% від маси бітуму) в толуолі; 4) розчин ПВХП у дьогті (% від маси дьогтю). (Б+Д) - бітумо-дьогтєво в'яжуче (70% - бітум, 30% - дьоготь).

За результатами теоретичних і експериментальних досліджень дані рекомендації щодо практичного застосування техногенної сировини для одержання асфальтобетонів з високими технічними властивостями:

1) ефективне роздільне використання відходів подрібнення карбонатних і гранітних відходів, а також спільне при будь-якому співвідношенні між ними;

2) з карбонатними відходами подрібнення належить застосовувати різноманітні зернисті і пилоподібні відходи виробництв. При цьому вміст бітуму може бути менш 8%;

3) для утилізації ЗШС до 4850% в асфальтобетоні із властивостями марки I належить використовувати бітумодьогтеполімерне в'яжуче (БДПВ) в системі "КГВ+ЗШС+БДПВ") наступного складу: ЗШС=4850%, відходи КГВ5250%, БДПВ=7,27,8% (при цьому вміст бітуму повинен бути не менш ніж 70%, концентрація ПВХП у дьогті складати 0,81,6% від маси його, в'язкість дьогтю не менш ніж 160 с по і 20 с по , марка бітуму БНД 40/60);

4) для одержання асфальтобетону, найменш підданому старінню, належить використовувати карбонатні відходи гірських порід: виготовляти асфальтобетони тільки на них, сполучити їх (4550%) з іншими зернистими і пилоподібними активними відходами.

У шостому розділі розроблено методику проектування асфальтобетонів за допомогою комп'ютерних розрахунків по прогнозуюче-оптимізаційному комплексу ПОК. У даній роботі здійснено регулювання властивостей асфальтобетону за допомогою кожної фракції реальних мінеральних часток, вмісту мінерального порошку, бітуму і його пенетрації з використанням ЕС-моделей. Для одержання ЕС-моделей розроблений випадковий багаторівневий несиметричний план у вигляді:

• ...... // N,(3)

де k_i - число факторів варіювання на S_j рівнях; N - число точок плану.

Отримано різні системи з 30 ЕС-моделями кожна, наприклад, такого вигляду:

Y_і=B_o+B₁a₂₀+B₂a₁₅+B₃•a₁₀+B₄•a₅+B₅•a_2,5+B₆•a_1,25+B₇•a_0,63+B₈•a_0,315+B₉•a_0,14+В₁₀•a_0,071+B₁₁•ВМП+B₁₂•Б+B₁₃•П+B₁₄•Б²+В₁₅•ВМП²+В₁₆•Б•ВМП+В₁₇•П²(4)

Моделі розраховані при примусовому уведенні взаємодій між факторами (до них віднесені і квадратичні члени), де а₂₀,а₁₅ та ін. - часткові залишки окремих фракцій Кальчикцського сієніту (ФКС, %), Б і ВМП - вміст (%) бітуму і вапнякового мінерального порошку (фракція дрібніше 0,071 мм), П - пенетрація бітуму (мм).

14 ЕС-моделей служать для розрахунку складу асфальтобетону і описують фізичні властивості: П_пор, П⁰_пор, W, К_в, К_вт, _о(карк), _оАБ, а також міцність на стиск R_ст при різних температурах (50, 20, 0, -10⁰С), показники зсувостійкості Т₅₀ і тріщиностійкості Т_-10, а також модуль пружності К₅₀ (за А.М. Богуславським);

10 ЕС-моделей використовуються при проектуванні асфальтобетонних дорожніх покриттів: міцність при вигині R_в при різних температурах (20, 0, -10⁰С) і швидкості деформування 100 мм/хв, модуль пружності E_п при тих же температурах, динамічний модуль пружності E_д за даними ультразвукових випробувань при температурах 20, 0, -10⁰С, показник пластичності К_пл за Івановим-Телєгіним для оцінки зсувостійкості асфальтобетону при +50⁰С; 6 ЕС-моделей використовуються для додаткових характеристик асфальтобетону: кути внутрішнього тертя ц_t у мінеральному каркасу і міцність внутрішнього зчеплення С_t при різних температурах (50, 20, 0⁰С). Ці ЕС-моделі названі еталонними. Нижче наведено приклад адекватної ЕС-моделі водопоглинання бетону при примусовому уведенні взаємодій факторів (фактори у натуральному вигляді):

W=1,69+0,116?a₁₅+0,159?a₁₀+0,184?a₅+0,244?a_2,5+0,349?a_1,25+0,219?a_0,63 +0,36?a_0,315 +0,194?a_0,14+0,205?a_0,071+0,415?ВМП-3,832?Б-0,164?П+0,176?Б²+ 0,0236?ВМП²+ 0,00208?Б?ВМП+0,0036?П²,(5)