Разработана новая методика и оборудование для автоматизированной оценки степени адгезии битума к щебню для дорожного строительства
Сотрудники лаборатории «Промышленные системы потоковой обработки данных» (ПСПОД) Центра НТИ СПбПУ совместно с индустриальным партнером Центра НТИ СПбПУ – ООО «Тетракуб» разработали и запатентовали аппаратно-программный комплекс (АПК) и методику для автоматизированной оценки степени адгезии битума к щебням различной природы.
Разработка велась совместно с заказчиком – крупнейшим в России производителем и поставщиком химической продукции для дорожного строительства ООО «Амдор».
В ходе реализации проекта был сконструирован прибор и разработана методика количественного определения степени адгезии битумного материала к щебню. Анализ основан на измерении площади и толщины остаточного покрытия битумом щебня после проведения испытаний, моделирующих нагрузки, которые возникают в процессе эксплуатации дорожного полотна. Измерение проводится с помощью фотосъемки образцов щебня и дальнейшего анализа цифровых изображений с использованием технологий машинного обучения.
Адгезионные свойства битумного вяжущего – ключевой фактор, определяющий качество и долговечность дорожных покрытий из асфальтобетона. По существующим нормативным документам в ходе первичных испытаний эксперт определяет адгезионные свойства битума «на глаз». Остаточная площадь битума на щебне оценивается в процентах в ходе осмотра образцов после испытаний методами кипячения (ГОСТ Р 58 406) или вращения в бутылке (EN 12697-11). Создаваемый АПК работает с обеими методиками и позволяет существенно снизить человеческий фактор при определении площади покрытия щебня битумом и значительно увеличить точность оценки степени адгезии.
В испытаниях по методике EN 12697-11 образцы щебня, покрытые битумом, выдержанные в термошкафу и высушенные на воздухе в течение часа, загружают в бутыли с дистиллированной водой. Бутыли поочерёдно нумеруются, закупориваются водонепроницаемыми крышками и устанавливаются на ролики аппарата для вращения бутылок фирмы Frowaq (Германия). Продолжительность вращения составляет 24 часа плюс-минус 10 минут, затем зерна щебня, покрытые остатками вяжущего, ополаскивают дистиллированной водой и выкладывают на силиконовые или бумажные салфетки так, чтобы образцы щебня не соприкасались друг с другом.
После 1,5-2 часовой выдержки при комнатной температуре и высыхания образцов образцы помещают в выдвижной лоток АПК для определения адгезии плёнки битума.
В закрытом состоянии в приборе поддерживаются необходимые для фотосъемки условия: отсутствуют воздействия внешних источников света, устранены переотражения объектов съемки. Устройство получает цифровое изображение щебня в плоскости, перпендикулярной оси объектива, и затем проводит анализ этого изображения с помощью нейросети.
Погрешность визуального способа оценки составляет от 15 до 30 %, в то время как цифровые методы позволяют снизить погрешность до 2-5%.
«Для дорожной отрасли данный проект может означать преодоление эпохи стандартов, опирающихся на субъективные методы оценки. Разрабатываемая методика дает высокую точность и повторяемость результатов испытаний и снижает влияние субъективных факторов. АПК поможет потребителям более объективно подбирать материалы для асфальтобетонного покрытия и избегать использования некачественных компонентов, которые позже могут привести к необходимости ремонтных работ.
В настоящий момент в группе независимых лабораторий проводятся испытания, которые уже на данном этапе показывают соответствие заявленной точности определения степени адгезии битума к щебням различной природы. Завершается интеграция прибора и методики с ГОСТ Р 58 406. Следующий шаг – передача прибора на опытную эксплуатацию в лаборатории крупнейших дорожно-строительных предприятий. Если мы получим отчеты о положительном опыте применения АПК, будем рассматривать запуск в серийное производство и встраивание прибора в существующие стандарты испытаний на степень адгезии. В этом мы видим перспективы для большого прогресса практики первичных испытаний на качество асфальта», — комментирует разработку заместитель генерального директора по финансам и развитию ООО «Амдор» Александр Вадимович Болдырев.
Разработанный аппаратно-программный комплекс унифицирует полученные данные и позволит в будущем создать цифровую базу исследований из различных источников, предоставив всем специалистам отрасли возможность сравнения результатов.
«В настоящее время имеющимися методиками оценки адгезии не представляется возможным получить достоверные результаты, так как методики условны. Они зависят от условий проведения испытаний, субъективности оценки количества оставшегося битума. Предполагаемое преимущество данной методики в снижении погрешности результатов испытаний очень вдохновляет, и мы с нетерпением ждём оборудование в своей лаборатории на опытное тестирование. Еще хочется отметить возможности данного оборудования для автоматического создания базы данных испытаний», – отмечает Наталья Васильевна Майданова, кандидат технических наук, заместитель директора по качеству, руководитель Научно-исследовательского центра ОАО «Асфальтобетонный завод №1».
Портативность прибора (0,5х0,4х0,5м, вес до 16 кг) делает его доступным для дорожно-строительных лабораторий и предприятий. Благодаря относительной компактности АПК можно без особых усилий встраивать в существующую приборную базу предприятия без выделения дополнительного места, а также свободно перемещать его между различными локациями.
На сегодняшний день на рынке отсутствуют полные аналоги разработки. Существующие в России и за рубежом программные решения применяются лишь в научных лабораториях и определяют площадь покрытия битумом щебня с различной точностью, что не позволяет получить репрезентативную выборку.
По данной разработке зарегистрирован патент на полезную модель «Устройство для определения адгезии битума». Авторы: Болдырев А.В., Казаков Д.В., Ракова В.В. Рег.№ 213922. Дата регистрации: 04.10.2022. Правообладатель: ООО «Амдор».
