Анотація до роботи:

Базжин Л. І. Наукові основи проектування дорожніх асфальтобетонів з використанням техногенної сировини і прогнозуюче-оптимізаційніх комплексів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – Будівельні матеріали та вироби. Донбаська національна академія будівництва і архітектури. Макіївка, 2005.

Дисертація висвітлює проблему одержання асфальтобетонів з високими технічними властивостями на основі застосування концепції ресурсозбереження: найбільш дешеві матеріали (відходи виробництв найважливіших галузей господарства України), найменш витратні технології виготовлення і найбільш ефективні методи проектування (математичне моделювання, оптимізація). Запропоновані методи керування структурою асфальтобетонів за допомогою: відходів подрібнення карбонатних гірських порід, бітумодьогтеполімерного в'яжучого (БДПВ) і оптимізації за математичними моделями зернових складів мінеральних каркасів, вмісту мінерального порошку, бітуму і його пенетрації.

Вивчено фізико-механічні властивості оптимальних складів асфальтобетонів. Зафіксовано новоутворення в бітумі при старінні під впливом ряду пилоподібних кремнеземистих відходів виробництв.

Розроблено дві підсистеми прогнозування властивостей асфальтобетонів на основі ЕС-моделей (ПОКТ і ПОК). Підсистема ПОК враховує роль у структуроутворенні кожної фракції зернового складу мінерального каркаса.

Розроблено різні методи проектування асфальтобетонів:

- оптимізацією за ЕС-моделями, у яких врахована роль кожної фракції мінеральної частини, вміст мінерального порошку, бітуму і його пенетрації;

- за кореляційними моделями;

- за змішаними кореляційно-регресійними моделями;

- за еквідистантними кривими зміни властивостей асфальтобетонів і ЕС-моделями.

Здійснено виробниче впровадження оптимальних складів асфальтобетонів з використанням техногенної сировини, а також комп'ютерних підсистем ПОКТ і ПОК прогнозування його властивостей.

1. На основі методології системного аналізу розроблено і реалізовано принципи одержання асфальтобетонів з заданим комплексом властивостей на основі концепції ресурсозбереження (найбільш дешеві матеріали – відходи виробництв; найменш витратні технології виробництва (без витрат на додаткову переробку відходів); найбільш ефективні методи проектування (математичне планування експериментів, метод єквідистантних кривих, змішані кореляційно-регресійні моделі); мінеральна частина рекомендованих у виробництво складів бетонів тільки з відходів виробництв; максимальна утилізація техногенної сировини; поступове ускладнення математичних моделей, їх висока точність і прогнозувальна спроможність; придатність моделей для проектування асфальтобетонів усіх класів сумішей, видів, груп, типів і різновидів гранулометрії, всіх марок для верхніх шарів дорожніх покриттів і дрібнозернистих для нижніх (щільних, пористих, високопористих) за ДСТУ Б В.2.7-199.

2. Класифіковані фактори спрямованого регулювання структури (ФСРС) асфальтобетону. За зростаючою складністю технічного виконання вони розділені на 4 рівні: 1) регулювання співвідношення вихідних компонентів; 2) введення інших мінеральних складових; 3) модифікація бітуму, мінеральних компонентів і асфальтобетонної суміші за допомогою ПАР, ВМС та інших добавок, технологічні впливи при змішуванні компонентів асфальтобетонних сумішей, їх укладанні й ущільненні в дорожньому покритті; 4) фактори активаційно-технологічної механіки (АТМ).

3. Обґрунтовано вибір техногенної сировини для асфальтобетонів у вигляді відходів найважливіших галузей виробництва: нерудної, металургійної, теплоенергетичної, цементної, коксохімічної та хімічної промисловостей. Виконано класифікацію мінеральних відходів за хімічним складом (вмісту оксидів лужних і лугоземельних металів) і структурою часток (щільні, тонкопористі і пористі) на 4 групи. Вивчено закономірності структуроутворення в асфальтобетонах з техногенною сировиною.

4. На основі закономірностей структуроутворення розроблені способи регулювання структури і властивостей асфальтових бетонів:

а) відходами подрібнення щільних карбонатних гірських порід як крупного так і дрібного заповнювача, у якого вміст до 6% часток дрібніше 0,071 мм при незначній кількості глинистих часток (до 0,5%);

б) комплексним бітумодьогтеполімерним в'яжучим (БДПВ), отриманого розчиненням відходу виробництва ПВХ у дьогті з одержанням дьогтеполімерного в'яжучого (ДПВ) і розчиненням останнього в бітумі. Метод ефективно регулює властивості асфальтобетону з використанням мінеральної інактивної техногенної сировини.

З використанням математичного планування експериментів і оптимізації розроблено метод проектування 26 систем асфальтобетонів, що містять техногенну сировину. Отримані ЕС-моделі властивостей бетону склали основу першого прогнозуюче – оптимізаційного комплексу (ПОКТ).

Оптимізацією за ЕС-моделями установлені склади асфальтобетонів із властивостями марки I при вмісті бітуму менш ніж 8% і з мінеральною частиною тільки на карбонатних відходах подрібнення з міцністю не нижче 60 МПа. Їх можна сполучати у різному відношенні з гранітними, чи з зернистими (до 20-30% у вигляді золошлакової суміші, ваграночного шлаку та ін), чи з пилоподібними (до 16% у вигляді доломітного, цементного пилу, золи віднесення ТЕС, шламу ливарного цеху та ін.) відходами будь-якої активності і структури часток.

Отримані склади бетону на інактивних гранітних відходах подрібнення і золошлакової суміші ТЕС при її утилізації до 48-50% і вмісті БДПВ=7,2ч7,8% (ПВХ=1,0ч1,6% від маси дьогтю, дьогтю 30% від маси БДПВ).

5. Встановлено, що шлам ливарного цеху і зола винесення ТЕС інтенсифікують ріст у бітумі кисневомістких сполук, прискорюючи старіння асфальтового бетону.

6. Розроблено новий підхід в проектуванні асфальтового бетону з використанням комп’ютерно-інформаційної технології, яка включає:

- метод проектування асфальтобетону за поліномами другого ступеня з 13 факторами і 4-ма примусовими взаємодіями. Моделі описують 30 фізико-механічних властивостей (пористість, водостійкість, міцність на стиск, вигин, пружність при різних температурах, зсуво- і тріщиностійкості та ін.) і враховують роль кожної з 10 фракцій мінеральної частини бетону з розміром часток сієніту від 20 до 0,071 мм, вапнякового мінерального порошку (фракція дрібніше 0,071 мм, 0 -20%), вмісту бітуму (3-8%) і його пенетрації (1,5-23 мм). Інформаційна ефективність розроблених ЕС-моделей у 139 разів, а узагальнених моделей міцності асфальтобетону на стиск, вигин, пружності з урахуванням різних температур у 164 рази вище, ніж моделей, отриманих без урахування ролі окремих фракцій мінеральної частини. Ці ЕС-моделі склали основу 2-го прогнозуюче-оптимізаційного комплексу (ПОК) як частини комп’ютерно-інформаційного методу проектування асфальтобетону.

На основі комп'ютерної оптимізації математичного моделювання розроблені високоінформативні ЕС-моделі, у яких вибираються найкращі варіанти взаємодій між факторами. Вони дають найбільш високу точність прогнозу і входять в ПОК.

Комп'ютерним способом по ЕС-моделях узагальнені криві щільних сумішей (ДСТ 9128, ДСТУ Б В.2.7-119); здійснена оцінка мінімумів і максимумів пористості мінеральної частини бетону у межах кожного типу гранулометрії; виконано аналітичний і графічний аналіз впливу кожного фактора на властивості асфальтобетону у будь-якій точці факторного простору.

Розрахунковим шляхом, а також експериментально отримані дані, що не суперечать гіпотезі: властивості двох складів асфальтобетону, що мають однаковий вміст того самого бітуму і мінерального порошку, однаковий зерновий склад, але різні за природою частки (щільні за структурою), змінюються еквідистантно залежно від витрати бітуму. На цій основі розроблено метод переходу від матеріалів еталонних ЕС-моделей до інших за природою і якістю (нові) матеріалів за рахунок визначення керуючих параметрів для кожної властивості Y_i=Y_нов(i)-Y_етал(i) в одній точці факторного простору.

- метод проектування асфальтобетону для умов виробництва, запропонований на основі ЕС-моделей (ці моделі входять в ПОК), у яких регулювання властивостей бетону здійснюється тільки фракціями крупного заповнювача (5–10; 10-20; 20-40 мм), вапняковим мінеральним порошком, бітумом і його пенетрацією, тому що комплекти технологічного устаткування на АБЗ не призначені для фракційного розсіву піску.

- метод проектування асфальтобетону на основі кореляційних моделей, що дозволяють прогнозувати 24 фізико-механічні властивості бетону (міцність на стиск при 50, 0 і мінус 10⁰С, на вигин, внутрішнє зчеплення, модулі пружності при різних температурах, зсуво- і тріщиностійкість та ін.) за 6 властивостями (міцність на стиск при 20⁰С, динамічний модуль пружності, одержуваний на ультразвуковій установці при 20⁰С, середня щільність бетону і мінерального каркаса, пористість асфальтобетону і мінерального каркаса), що визначаються на зразках, виготовлених з матеріалів еталонних ЕС-моделей.

Точність прогнозу зростає при проектуванні на основі змішаних кореляційно-регресійних моделей (у моделі уведені фракції крупного заповнювача). Їх можна застосовувати для асфальтобетонів, мінеральний каркас яких складається з щільних кислих гірських порід (граніти, сієніти, габро, андезити та ін.), а мінеральний порошок із щільного вапняку.

- ефективний метод проектування асфальтобетонів з використанням еквідистантної закономірності зміни їх властивостей, еталонних ЕС-моделей і ЕС-моделей виробничих складів (МЕК). Матеріали мінерального каркаса повинні бути щільними і можуть мати різний хіміко-мінералогічний склад (граніти, сієніти, габро, діорити, андезити, вапняки, жужільна суміш ТЕС, ваграночний шлак та ін.). Мінеральний порошок може бути будь-якого хіміко-мінералогічного складу і структури часток: із щільними частками вапняковий (до 20%), з пористими частками у вигляді шламу ливарного цеху, золи винесення ТЕС, цементного і доломітового пилу та інші (до 15%). МЕК входить у склад ПОК.

7. Розроблено рекомендації з проектування, виробництва і застосування асфальтових бетонів із властивостями марки I з використанням техногенної сировини для будівництва конструктивних шарів дорожніх покриттів.

8. Результати роботи впроваджені у виробництво асфальтових бетонів із властивостями марки I із карбонатних і гранітних відходів подрібнення, місцевого кварцового піску загальним об’ємом 376,51 тис. тонн і економічним ефектом 5931,95 тис. гривень.

В практику проектування складів асфальтового бетону в ВАТ “Державна акціонерна компанія “Автомобільні дороги України”, а також в інших виробничих підприємствах Донбасу впроваджені прогнозуюче-оптимізаційній комплекс ПОКТ, а також комп’ютерно-інформаційна технологія на основі ПОК.

Основні положення дисертації викладені в роботах:

1. Базжин Л.И. Нетрадиционная компьютерно-информационная технология проектирования асфальтового бетона на отходах производств: Монография. –Макеевка: ДонГАСА, 1998. – 126 с.

2. Базжин Л.І. Оптимізовані вісокоякісні асфальтові бетони на основі техногенної сировини: Монографія. – Макіївка: ДонДАБА, 1999. – 213 с.

3. Базжин Л.И. Математические модели свойств композиционных строительных материалов: Учеб. пособие.- К.: УМК ВО, 1989.- 88 с.

4. Базжин Л.И., Гавенко А.В. Исследование влияния фракционного состава асфальтового бетона методом случайного баланса // Новые исследования в строительстве: Сб. науч. тр. – Макеевка: ДГАСА. - 1993. - С. 22-26

5. Базжин Л.И. Применение комплексного вяжущего для получения асфальтового бетона с высоким качеством на основе использования золошлаковой смеси // Ресурсосбережение и экология промышленного региона: Сб. тр. - Т. 1. – Макеевка: ДГАСА. - 1995. - С. 12-13

6. Базжин Л.И. Использование отходов камнедробления для получения качественных составов асфальтовых бетонов // Вестник ДГАСА. – Макеевка: ДГАСА. – 1996. - Вып. 96-3 (4). - С. 113-114.

7. Базжин Л.И. Компьютерный вычислительный эксперимент в проектировании композиционного материала // Искусственный интеллект. – Вып. 2, 1998. - С. 99-104.

8. Базжин Л.И. Нетривиальная компьютерно-информационная высокая технология в проектировании асфальтового бетона на отходах производства // Вестник ДГАСА. – Макеевка: ДГАСА. – 1998. - Вып. 98-1(9). - С. 7-12.

9. Базжин Л.И. Математические модели прочности асфальтового бетона // Вестник ДГАСА. – Макеевка: ДГАСА. - 1999. - Вып. 99-2(16). – С. 97-100.

10. Базжин Л.І. Проектування асфальтового бетону за допомогою нетрадиційної комп’ютерно-інформаційної технології // Автошляховик України. - 1999. - № 2. – С. 42-44.

11. Базжин Л.И. Кремнеземистые пылевидные отходы производств в асфальтовых бетонах с заданным комплексом свойств // Вісник ДонДАБА. – 1999. - Вип. 99-3(17). - С. 82 – 87.

12. Базжин Л.И. Влияние отдельных фракций зернового состава минерального остова на физико-механические свойства асфальтового бетона // Современные проблемы строительства: Ежегодный научно-технический сборник. – Донецк: - Донецкий ПромстройНИИпроект, ООО “Лебедь”. – 1999. – С. 87-89.

13. Базжин Л.І. Вплив зернового складу мінерального каркаса на властивості асфальтового бетону в окремих типах гранулометрії // Автошляховик Украіни. - № 3. – 1999. – С. 44-46.

14. Базжин Л.И. Концепция ресурсосбережения в создании композиционного материала // Вісник ДонДАБА. – Макіївка: ДонДАБА. – 1999. – Вип. 99-5(19). – С. 92-95.

15. Базжин Л.И. Исследование влияния зернового состава минеральных материалов на свойства асфальтового бетона // Известия вузов. Строительство. – 2000. - № 12. – С. 33-38.

16. Базжин Л.И. ИК-спектроскопические исследования влияния золы уноса ТЭС на старение битума // Вісник ДонДАБА. – Макіївка: ДонДАБА. – 2000. – Вип. 2000-2(22). - С. 160-162.

17. Базжин Л.І. Асфальтові бетони із застосуванням золошлакових сумішей ТЕС і відходів виробництв органічних полімерів // Автошляховик України. - 2000.- № 1. – С. 38 - 40.

18. Базжин ЛІ. Карбонатні відходи подрібнення як сировина для одержання асфальтового бетону // Автошляховик України. - 2000.- № 2. – С. 40-43.

19. Базжин Л.І. Оптимізовані бітумомінеральні суміші з відходів подрібнення карбонатних гірських порід // Автошляховик України. – 2000 - № 3. – С. 37-40.

20. Базжин Л.И. Влияние фракционного состава минеральных каркасов на

свойства асфальтового бетона в отдельных типах гранулометрии // Известия вузов. Строительство. - 2000. – № 6. - С. 43 – 48.

21. Базжин Л.И. Эквидистантная закономерность изменения свойств асфальтового бетона // Известия вузов. Строительство. – 2000. - № 11. - С. 78-82.

22. Базжин Л.И. Компьютерное обобщение кривых плотных смесей асфальтового бетона // Известия вузов. Строительство. – 2000. - № 12. – С. 45-48.

23. Базжин Л.И. Системный анализ в создании композиционного материала

// Современные проблемы строительства. - Т. II: Ежег. науч.-техн. сб. – Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, ООО “Лебедь”. – 2000. – С. 49-53.

24. Базжин Л.И. Оценка морозостойкости асфальтового бетона в натурных условиях // Вісник ДонДАБА. – Макіївка: ДонДАБА. – 2000. - Вип. 2000-3(23). – С. 3-5.

25. Базжин Л.І. Відсів подрібнення відвального мартенівського шлаку – ефективний регулятор властивостей бітумомінеральних сумішей // Автошляховик України. - 2001.- № 1. - С. 37-39.

26. Базжин Л.И. Асфальтовые бетоны на основе отходов дробления гранитных горных пород // Вісник ДонДАБА. – Макіївка: ДонДАБА. – 2001. - Вип. 2001-2(27). – С. 64-66.

27. Базжин Л.И. Прогнозирование свойств асфальтового бетона с помощью прогнозирующе-оптимизационного комплекса // Известия вузов. Строительство. – 2001. - № 5. – С. 31-36.

28. Базжин Л.І. Шлам ливарного цеху як мінеральний порошок для асфальтового бетону // Автошляховик України. - 2001. - № 2. – С. 41-43.

29. Базжин Л.И. Оптимизация асфальтового бетона с учетом каждой фракции зернового состава минерального каркаса // Известия вузов. Строительство. – 2001. - № 7. – С. 27-30.

30. Базжин Л.И. Прогнозирование свойств асфальтового бетона с применением компьютерного вычислительного эксперимента // Известия вузов. Строительство. – 2001. - № 8 – С. 56-61.

31. Базжин Л.І. Якісні асфальтові бетоні із застосуванням відходів теплоенергетики // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2000.- Вип. № 409. - C. 3-8.

32. Базжин Л.И. Ваграночний шлак у якісних асфальтових бетонах // Автошляховик Украіни. – 2001. - № 2 - С. 37-39.

33. Базжин Л.І. Вплив окремих фракцій мінерального каркаса на пружні властивості асфальтового бетону за різних температур // Автошляховик України. – 2002. – № 1. - С. 34-35.

34. Базжин Л.И. Качественные битумоминеральные смеси на основе отходов дробления горных пород // Известия вузов. Строительство. – 2001. - № 9-10. – C. 49-55.

35. Базжин Л.И. Влияние факторов состава на сдвигоустойчивость асфальтового бетона // Известия вузов. Строительство. – 2002. - № 7 – С. 31-35.

36. Базжин Л.И.Оценка влияния на прочность асфальтового бетона при изгибе отдельных фракций минерального каркаса // Известия вузов. Строительство. – 2002. - № 9 – С. 56-59.

37. Базжин Л.І. Узагальнені математичні моделі міцності асфальтового бетону на вигин з урахуванням зернового складу мінеральної частини і різних температур // Автошляховик України. – 2002. – № 3. - С. 38-40.

38. Базжин Л.І. Вплив окремих фракцій мінеральної частини на водні властивості асфальтового бетону // Автошляховик України. – 2003. – № 1. - С. 40-42.

39. Базжин Л.И. Влияние компонентов асфальтового бетона на его пористость // Известия вузов. Строительство. - № 12.– 2003. – С. 32-36.

40. Базжин Л.И. Корреляционные математические модели прочности внутреннего сцепления в асфальтовом бетоне при различных температурах // Современные проблемы строительства: Ежег. науч. техн. сб. – Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект. – 2003. - № 1 (6) 2003. – С. 90-94.

41. Базжин Л.І. Математичне моделювання водних властивостей асфальтового бетону на основі виробничого зернового складу мінеральної частини // Автошляховик Украіни. – 2003. - № 5 - С. 28-30.

42. Базжин Л.І. Одержання математичних моделей міцності асфальтового бетону при стиску на основі комп’ютерної оптимізації // Автошляховик України. – 2003. – № 6. - С. 31-33.

43. Базжин Л.И. Корреляционные математические модели прочности асфальтового бетона на изгиб при различных температурах // Известия вузов. Строительство. - № 10. – 2004. – С. 24-29.

44. Базжин Л.И. Математические модели прочности асфальтового бетона на изгиб с учетом производственного зернового состава минеральной части // Известия вузов. Строительство. – 2004. - № 1. – С. 28-31.

45. Базжин Л.И., Доля А.Г. Корреляционные математические модели сдвигоустойчивости асфальтового бетона // Вісник ДонДАБА. – Макіївка: ДонДАБА. – 2004. – Вип. 2004-1 (43). – Том 2. – С. 41-44.

46. Базжин Л.І. Комп’ютерна оптимізація одержання узагальнених математичних моделей пружності асфальтового бетону з урахуванням зернового складу мінеральної частини і різних температур // Современные проблемы строительства: Ежег. науч.-техн. сб. – Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, ООО “Лебедь”. - 2004. – № 2(7) 2004. – С. 140-144.

47. А.с. 960139 СССР, С 04 В 13/30. Дегтебетонная смесь / Братчун В.И., Почапский Н.Ф., Золотарев В.А., Псюрник в.А., Гагацев В Г., Повзун А.И., Базжин Л.И., Стасюк Н.К. - № 3224821/29-33; Заявлено 22.10.80; Опубл. 23.09.82; Бюл. № 35. – 3 с.

48. Держпатент 13730 Україна, СО4В 13/30, CО8L95/00. В‘яжуче для дорожнього бетону / Братчун В.І., Почапський М.Ф., Золотарьов В.О., Грушко І.М., Базжин Л.І., Повзун О.І., Гріщенко П.М. - № 2986214; Заявл. 30.09.80; Опубл. 25.04.97; Бюл. № 2. – 1 с.

В опублікованих роботах зі співавторами автору належить: обгрунтування наукової проблеми, формулювання методичних особливостей дослідження, розробка і апробація методів моделювання, аналіз результатів досліджень [4, 45]; участь у виготовленні зразків бетону і випробування їх [47, 48];