Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования 10
1.1. Асфальтобетонные смеси и их технологические свойства 10
1.2. Структура асфальтобетонных смесей 17
1.3. Физика процесса уплотнения асфальтобетонных смесей 20
1.4. Влияние температуры смесей на сопротивление их деформированию в процессе уплотнения 43
1.5. Влияние гранулометрического состава смесей на их деформативность 50
1.6. Цели и задачи исследования 53
2. Методики исследований и материалы 56
2.1. Методика экспериментальных исследований 56
2.2. Методика исследования уплотняемости тонких асфальтобетонных слоев 58
2.2.1. Формирование структуры тонких асфальтобетонных слоев в процессе уплотнения 58
2.2.2. Методика исследования процесса уплотнения тонких асфальтобетонных слоев 62
2.2.3. Методика определения гранулометрического состава смеси после её уплотнения 67
2.2.4. Стенд для исследования процесса уплотнения тонких асфальтобетонных слоев 68
2.3. Материалы 75
3. Экспериментальные исследования режимов уплотнения тонких асфальтобетонных слоев в лабораторных условиях 78
3.1. Исследование процесса уплотнения тонких асфальтобетонных слоев катками статического действия 78
3.2. Анализ уравнений регрессии 94
3.3. Исследование изменения плотности от толщины уплотняемого асфальтобетонного слоя 106
3.4. Исследование гранулометрического состава тонкого асфальтобетонного слоя после уплотнения 114
3.5. Выводы по главе 126
4. Экспериментально-производственные исследования режимов уплотнения тонких асфальтобетонных слоев 128
4.1. Исследования процесса уплотнения тонких асфальтобетонных слоев в производственных условиях 128
4.1.1. Сравнительный анализ силового воздействия катков при уплотнении тонких и обычных асфальтобетонных слоев 129
4.1.2. Исследование влияния контактных давлений катков на коэффициент уплотнения тонких асфальтобетонных слоев 137
4.1.3. Исследование возможности получения максимальной плотности тонкого асфальтобетонного слоя 145
4.2. Корреляционная связь между контактными давлениями катков и давлениями при формовании асфальтобетонных образцов 153
4.3. Исследование уплотнения тонкого асфальтобетонного слоя с применением корреляционной зависимости 156
4.4. Методика по определению рациональных контактных давлений катков 160
4.5. Выводы по главе 166
5. Определение эффективности разработанной технологии уплотнения тонких асфальтобетонных слоев 168
5.1. Оценка экономической эффективности 168
5.2. Выводы по главе 177
Общие выводы и рекомендации 178
Литература 182
Приложения 193
- Влияние температуры смесей на сопротивление их деформированию в процессе уплотнения
- Методика исследования уплотняемости тонких асфальтобетонных слоев
- Исследование изменения плотности от толщины уплотняемого асфальтобетонного слоя
- Корреляционная связь между контактными давлениями катков и давлениями при формовании асфальтобетонных образцов
Введение к работе
Развитие промышленности и сельского хозяйства тесно связано с расширением сети автомобильных дорог, увеличением объёма работ по содержанию, ремонту и реконструкции действующих магистралей. Выполнение этих мероприятий на базе высокоэффективной дорожно-строительной техники и оборудования обеспечивает существенную экономию материальных, энергетических и трудовых ресурсов, наряду с применением современных техноло (% гий и новых технологических операций.
В настоящее время дорожное строительство развивается в направлении увеличения прочности и долговечности дорог, что обуславливает применение для устройства дорожных одежд дорогостоящих материалов. Однако вложенные средства и затраченные усилия оказываются напрасными, если нет чётких технологических рекомендаций по производству работ. В первую очередь это относится к тонким асфальтобетонным слоям. Всё чаще вопрос о ft технологии укладки и уплотнения тонких асфальтобетонных слоев возникает у дорожников при строительстве новых покрытий, а особенно при реконструкции старых. В строительстве многослойных дорожных покрытий, когда нижние слои обладают достаточной жёсткостью, нет необходимости делать верхний слой такой же по величине, как нижний, а с точки зрения экономии материала устройство тонкого верхнего слоя в этом случае более предпочтительно. Но тем не менее брак по качеству уплотнения чаще всего происходит • при устройстве тонких слоев. Основными причинами возникающего брака являются элементарные технологические упущения, ошибки и нарушения, отсутствие общих теоретических основ оптимизации параметров режимов работы уплотняющих средств с учётом постоянно меняющихся свойств сме-си в процессе уплотнения.
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Верхний слой дорожного покрытия принимает на себя основные нагрузки и воздействия окружающей среды, являясь одновременно шероховатым слоем, слоем износа и верхним защитным слоем многослойного дорожного покрытия, сохраняя от истирания и водонасыще-ния основные слои. Тип верхнего асфальтобетонного слоя и его состояние влияют на поведение транспортных средств на дороге, а значит, определяют и безопасность движения. Они также определяют стоимость перевозок и степень их воздействия на окружающую среду. Совершенствование механиза-ции строительства тонких асфальтобетонных слоев приведёт к повышению качества производства работ, снижению себестоимости продукции, повышению производительности машин, занятых в технологическом процессе. Важ t нейшим фактором в решении этой задачи является обоснование выбора ти пов катков и режимов их работы. Определение рациональных параметров и режимов работы катков при уплотнении тонких асфальтобетонных слоев является актуальной научно-технической задачей и позволит получать высоко-качественное асфальтобетонное покрытие, отличающееся своей прочностью и долговечностью.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ — взаимодействие рабочих органов катков с уплотняемой средой.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ - выявление закономерностей влияния параметров и режимов работы катков на эффективность уплотнения тонких асфальтобетонных слоев.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - повышение эффективности работы катков при уплотнении тонких асфальтобетонных слоев.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для реализации поставленной цели необхо- • димо решить следующие частные задачи:
1. Исследовать влияние параметров и режимов работы катков на эффективность уплотнения тонких асфальтобетонных слоев.
2. Изучить закономерности изменения сопротивления среды деформирова-нию в процессе уплотнения.
3. Обосновать рациональные интервалы значений контактных давлений и температур смеси при уплотнении тонких асфальтобетонных слоев.
4. Разработать методику расчёта рациональных параметров уплотняющих средств.
ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ предусматривает комплексный экспериментально-теоретический подход, включающий:
- анализ взаимодействия вальцов катка статического действия с уплотняемой средой;
- экспериментальные исследования в лабораторных условиях;
- разработку аналитического описания процесса уплотнения тонких асфаль-» тобетонных слоев катками на различных этапах уплотнения;
- экспериментальные исследования в производственных условиях.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА:
- получены регрессионные уравнения, описывающие изменение коэффици- ента уплотнения и сопротивления деформированию тонких асфальтобетонных слоев от температуры смеси, контактных давлений и толщины слоя, соответствующие всему процессу уплотнения;
• - установлен интервал рациональных температур укатки тонких асфальтобе тонных слоев;
- обоснованы величины контактных давлений катков влияющих на эффективность процесса уплотнения тонких асфальтобетонных слоев;
- определены изменения гранулометрического состава тонкого асфальтобетонного слоя после уплотнения.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ: fc - разработаны рациональные параметры и режимы работы катков, обеспечи вающие эффективность уплотнения асфальтобетонной смеси;
- определены рациональные значения масс катков, обеспечивающие сохранение гранулометрического состава асфальтобетонных слоев в процессе уплотнения;
- разработаны рациональные температурные интервалы уплотнения смесей.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на Между народной научной конференции «Современные проблемы транспортного строительства, автомобилизации и высокоинтеллектуальные научно-педагогические технологии» (г. Омск, 13-15 ноября 2000 г.), посвященной 70-летию образования Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии; на Международной научно-практической конференции «Пробле-мы автомобильных дорог России и Казахстана» (г. Омск, 15-19 октября 2001 г.); на Международной научно-практической конференции «Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура», & (г. Омск, 21—23 мая 2003 г.); на Международной научно-технической кон ференции «Дорожно-транспортный комплекс как основа рационального природопользования» (г. Омск, 23 - 25 ноября 2004 г.), посвященной 100-летию со дня рождения доктора технических наук, профессора К.А. Артемьева; на научно-технических семинарах и заседаниях кафедры ЭДМ СибАДИ (2000 — 2004 гг.).
ДОСТОВЕРНОСТЬ научных положений, выводов и рекомендаций под тверждена методологической базой исследований, основанной на фундамен тальных и достоверно изученных положениях теории уплотнения, адекватностью расчётных значений коэффициента уплотнения смеси значениям, полученным в производственных условиях, достаточным объёмом экспериментальных работ, использованием экспериментального стенда, применением современных методов обработки результатов исследований.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. Рекомендации по обоснованию выбора ра циональных параметров уплотняющих средств и технология уплотнения тонких асфальтобетонных слоев приняты к внедрению в структурных подразделениях г. Уфы ОУЗ ГУП «Башкиравтодор» и г. Ханты-Мансийска ГП «Северавтодор».
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе получен патент на изобретение.
СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 115 источников и приложений.
Общий объем работы составляет 208 страниц основного текста, в том числе 37 таблиц, 102 рисунка, 15 страниц приложений, содержащих рецепты смесей, применяемых в лабораторных и экспериментально-производственных исследованиях, акты внедрения результатов диссертации.
Диссертационная работа выполнена на кафедре «Эксплуатация дорожных машин» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
Влияние температуры смесей на сопротивление их деформированию в процессе уплотнения
Свойства асфальтобетонной смеси в значительной мере определяются температурой /6, 44, 59, 68, 70, 81, 87, 90, 103, 105, 111, 112/. В процессе уплотнения её сопротивление деформированию возрастает не только за счёт роста плотности, но и за счёт снижения температуры. При этом увеличиваются силы сцепления, вязкого трения, и, как следствие, необходимо повышать контактные давления для создания необратимых деформаций. Сниже-ние температуры приводит также к росту обратимой составляющей деформации.
Экспериментальные исследования в нашей и других странах с различны ми видами горячих смесей показали, что высокая эффективность взаимодей ствия уплотняющего оборудования с этими материалами достигается при температуре смеси выше 80 С /87, 105/. В работе /68/ подчёркивается, что при температуре 60 - 70 С катками статического действия весьма затруднительно обеспечить требуемую плотность покрытий и их качество. Это связано с тем, что с понижением температуры увеличивается толщина ориентированного слоя битума за счёт уменьшения битума на минеральных частицах, который при уплотнении почти не перемещается в межзерновое пространст во. Возникающие при уплотнении контактные напряжения на соприкасающихся частицах релаксируются битумной плёнкой без значительных деформаций.
В зависимости от температуры асфальтобетонная смесь может находиться в следующих структурных состояниях /15/: а) упругопластическом, при котором битумные прослойки до предела текучести обладают упругими и эла стачными свойствами, а при больших напряжениях - упруговязкими свойст вами; б) вязкопластичном, когда между зёрнами находятся полужидкие прослойки битума; в) упругохрупком, когда зёрна минерального заполнителя прочно связаны затвердевшим битумом. В последнем случае для повышения плотности (если она не была достигнута при более благоприятных температурных условиях) необходимо приложение чрезвычайно больших усилий, способных привести к разрушению как покрытия, так и основания.
Установлено /68, 90, 105, 111, 112/, что продолжительность остывания асфальтобетонной смеси после укладки зависит от следующих факторов: начальной температуры, толщины слоя, плотности смеси, типа средств уплотнения, температуры окружающей среды и погодно-климатических условий.
Проведённые стабилометрические испытания многощебенистых смесей типа А и малощебенистых типа В /32, 59, 113/ позволили определить максимальные значения их сопротивления уплотнению при различных значениях температуры (20 - 150 С) и плотности (ку = 0,7 - 1,0). Анализ этих данных показывает, что с понижением температуры смеси её сопротивление деформированию возрастает. Особенно интенсивный рост наблюдается при температуре Тсм = 50 - 60 С. Так, если в начале уплотнения (ку = 0,85) смесь типа А имеет сопротивление уплотнению 1,23 — 1,36 МПа при температуре Тсм = 100 - 120 С и скорости деформирования Vd = 10 мм/мин, то в конце этого процесса (ку = 1,0) при температуре Тсм = 50-60 С оно увеличивается до 3,7 - 3,2 МПа, то есть на 160 - 172 %.
Рост сопротивления при понижении температуры идёт интенсивнее для смесей, имеющих более высокую плотность. Например, для этого же типа смеси и скорости деформирования её остывание со 100 до 50 С при ку = 0,7 вызывает увеличение сопротивления уплотнению в 1,44 раза, в то время как при ку= 1,0 - в 2,7 раза.
Влияние температуры на изменение сопротивления асфальтобетонных смесей уплотнению неоднозначно. В начале процесса уплотнения (ку — 0,7) при остывании смесей со 120 до 60 С и Vd = 100 мм/мин наиболее интенсив » но происходит рост сопротивления для смесей с базальным типом структуры (тип В) по сравнению с поровой (тип А). Эта разница составляет 12 — 15 %.
С повышением плотности смесей до Ку = 0,9 эта разница увеличивается до 21 — 24 % и по окончании процесса уплотнения она практически исчезает.
Предел прочности и модуль деформации с понижением температуры прогрессирующе возрастают (рис. 1.6). Причём модуль деформации, являющийся мерой жёсткости материала, растёт быстрее, чем предел прочности. По данным работ /1, 115/, при снижении температуры смеси со 140 до 80 С модуль деформации возрастает в 6 раз, тогда как предел прочности — всего в 3 раза. Это обстоятельство затрудняет процесс уплотнения асфальтобетонной смеси.
Методика исследования уплотняемости тонких асфальтобетонных слоев
Структурообразование асфальтобетона начинается с момента объединения минеральных компонентов с битумом в смесительной установке и заканчивается уплотнением слоя смеси на дороге. В смесителе происходит перемешивание компонентов и их равномерное распределение в общем объёме смеси. Процесс уплотнения сводится к приложению тем или иным способом к поверхности слоя смеси уплотняющего воздействия, под действием которого происходит его деформирование. Он является завершающим этапом формирования структуры асфальтобетона путём сближения покрытых битумными плёнками минеральных зёрен и вытеснения защемлённого воздуха, в ре зультате чего увеличивается поверхность их сцепления и трения, а также число межзерновых контактов. В этот период происходит создание устойчивой структуры материала путём прочного заклинивания в его каркасе минеральных зёрен, обеспечивающих устойчивое сопротивление дорожного покрытия автотранспортным нагрузкам.
Уплотнение асфальтобетонной смеси происходит вследствие накопления в ней остаточных деформаций, возникающих в результате циклических воздействий уплотняющих нагрузок. Цикл уплотнения включает в себя период нагружения ти или период деформирования г,, характеризующийся интенсивным нарастанием напряжённого состояния смеси, и период последействия тпд, когда смесь находится в свободном состоянии от внешних давлений. В последнем периоде происходит интенсивное снижение внутренних напряжений в уплотняемом материале.
Эффективность уплотнения определяется величиной деформации, возникающей в результате действия контактных давлений ак под рабочими органами уплотняющих средств. Значения контактных давлений тк, с одной стороны, должны вызывать в уплотняемом материале необратимые деформации, с другой - не нарушать сплошности материала, т.е. при деформировании материал не должен разрушаться. В качестве критерия, который обеспечивает эти условия, как показывают исследования проф. В.Б. Пермякова, может быть принят предел текучести crT, характеризующий нарушение пропорциональности между напряжением т и деформацией є. В этом случае материал приобретает такое напряжённое состояние, при котором деформации растут интенсивнее, чем напряжения.
Таким образом, повышение эффективности процесса взаимодействия рабочих органов с уплотняемым материалом неразрывно связано с изучением закономерностей развития напряжённо-деформированного состояния с целью установления рациональной связи между контактными давлениями и прочностными свойствами материала. Если известны внутренние напряже ния, развивающиеся в уплотняемом материале при воздействии на них рабочих органов, время их действия, решение задачи выбора параметров машин становится возможным.
Асфальтобетонная смесь относится к материалам с коагуляционной структурой, в которой частицы твёрдой фазы соединены между собой битумными плёнками. Прочность коагуляционной связи зависит от многих факторов, главными из которых являются: вязкость битума, толщина битумной плёнки, температура и др.
Толщина битумных плёнок оказывает большое влияние на сопротивление смеси деформированию. Наличие толстых низковязких плёнок между минеральными зёрнами способствует высокой их подвижности друг относительно друга при воздействии уплотняющей нагрузки. И, наоборот, присутствие тонких высоковязких плёнок вызывает увеличение общей вязкости асфальтобетонной смеси и её сопротивление деформированию. При этом подвижность минеральных зёрен друг относительно друга уменьшается.
Многократные воздействия уплотняющих рабочих органов приводят к росту плотности смеси и уменьшению битумных плёнок. Вместе с этим установлено, что независимо от величины контактных давлений битумные плёнки утончаются, но не вытесняются полностью из зон межзерновых контактов. Таким образом, асфальтобетон остаётся материалом с коагуляцион-ными структурными связями независимо от степени уплотнения и величины внешних давлений.
Кроме того, как показали исследования проф. И.В. Королёва /8/, толщина битумных плёнок на минеральных зёрнах зависит от их размеров. Анализ данных показывает, что особый рост толщины плёнок наблюдается при увеличении размера частиц более 3 мм. Следовательно, присутствие битумных плёнок различной толщины на поверхности минеральных зёрен определяет их возможности перемещения под действием уплотняющих нагрузок в период тн. Преимущество имеют крупные минеральные зёрна, характеризующиеся наличием плёнок увеличенной толщины.
Величина относительного перемещения зёрен друг относительно друга будет зависеть от уровня возникающего напряжённого состояния в смеси и времени его действия.
В период нагружения тн в асфальтобетонной смеси одновременно развиваются обратимые (упругие, упруговязкие) и необратимые (вязкопластич-ные) деформации. Последние являются результатом взаимного перемещения и сближения минеральных зёрен с вытеснением части воздуха из пор смеси и миграции битума в межзерновом пространстве.
Интенсивное уменьшение объёма материала под воздействием уплотняющих средств наблюдается в начальной стадии уплотнения, когда он обладает рыхлой малопрочной структурой с неустойчивым расположением минеральных зёрен. В дальнейшем происходит уменьшение объёма с образованием многочисленных контактов частиц друг с другом через битумные плёнки. По мере роста плотности возможности взаимного перемещения минеральных зёрен ограничиваются, что является следствием сформировавшегося плотного каркаса асфальтобетона. На этом этапе уплотнения в материале заканчиваются процессы перегруппировки структурных элементов, и он приобретает свойства, исключающие возможность появления пластических (остаточных) деформаций в период эксплуатации.
При рассмотрении взаимодействия уплотняющих средств с асфальтобетонной смесью необходимо помнить, что величина контактных давлений должна быть соотнесена с сопротивлением смеси деформированию таким образом, чтобы в уплотняемом материале имело место только уменьшение объёма, связанное с накоплением остаточных деформаций. Чрезмерные давления вызывают недопустимо большие перемещения минеральных зёрен, приводящие к распиранию формирующегося каркаса в отдельных его зонах и разуплотнению смеси.
Исследование изменения плотности от толщины уплотняемого асфальтобетонного слоя
Целью рассмотрения этих зависимостей является определение рациональной температуры смеси, при которой можно достигнуть более высоких коэффициентов уплотнения при одном и том же контактном давлении. Анализ результатов исследования показывает, что во всех рассмотренных вариантах с увеличением температуры смеси с 80 С происходит снижение плотности. Затем после увеличения температуры смеси до 120 - 130 С и выше начинается рост плотности. Наибольший эффект уплотнения достигается во всех рассматриваемых случаях при 7К = 40 МПа. При этом максимальная плотность была получена для образцов hCJI = 2 - 3 см при температуре смеси 80 - 90 С, для hCJl = 4 см при Тсм = 80 - 110 С и для han = 5 см при Тсм = 80 - 140 С (см. рис. 3.9 -3.16). Кроме того, для слоев hCJl = 2 - 3 см значение ку= 1,0 не было достигнуто ни при каких значениях ок и Тсм. Максимальные значения ку = 1,000 — 1,007 были получены для слоев hCJI = 4 — 5 см при соответствующих значениях Тсм = 80 -ПО С и 80 -140 С (см. рис. 3.14 -3.16).
В реальных условиях уплотнения тонких слоев при выборе температуры асфальтобетонной смеси следует учитывать интенсивность охлаждения слоя в зависимости от погодных условий: скорости ветра и температуры окружающего воздуха. В случае выбора минимальной температуры смеси в конце укатки необходимо руководствоваться тем, чтобы обеспечить весь цикл уплотнения до того предела охлаждения асфальтобетонной смеси, после которого процесс уплотнения становится абсолютно не эффективен. Данные, полученные после обработки уравнений регрессии и анализа графических зави-симостей, позволили получить широкую картину процессов, протекающих при уплотнении тонких асфальтобетонных слоев, и оценить влияние каждого из параметров уплотняемого слоя. В первую очередь чтобы оценить влияние толщины асфальтобетонного слоя, по полученным данным были построены зависимости влияния высоты образца, уплотняющей нагрузки и температуры формования на коэффициент уплотнения (рис. 3.17 - 3.21). Данные исследования проводились, прежде всего, для определения рациональных параметров работы уплотняющих средств при устройстве тонких асфальтобетонных слоев, то есть необходимо было определить оптимальные значения температуры смеси Тсм при укладке и уплотнении, величину контактных давлений тк катков при уплотнении слоев до 5 см. На основе анализа результатов исследования можно сделать вывод о том, что конечная плотность слоя зависит от его толщины. имеют следующие значения плотности: при hCJl = 2 см ку = 0,948; при hCJI = 3 см ку = 0,955; при hCJl = 4 см ку = 0,963; при hcn = 5 см ку = 0,972 (см. рис. 3.18, 3.21).
Конечные значения плотности слоя меньше зависят от температуры смеси, при которой происходило их уплотнение (Тсм = 80-140 С), чем от его толщины. Абсолютные значения коэффициента уплотнения ку изменялись от 0,002 до 0,006 для образцов hcn = 2 — 5 см и ак = 5 МПа, при ак = 10 МПа - от 0,001 до 0,007 и при ак - 40 МПа - от 0,002 до 0,004 (см. рис. 3.17-3.21). Лабораторные исследования показали, что на тонком слое можно добиться высоких коэффициентов уплотнения, воздействуя на них максимальными контактными давлениями. Но в то же время может возникнуть такое состояние уплотняемого слоя, при котором нарушится условие эффективного уплотнения, то есть ат ак тп1,. Превышение предела прочности УПР приводит к разрушению уплотняемой среды. Далее асфальтобетонные образцы испытывались на сопротивление деформированию при температуре 50 С. Методика проведения экспериментов и весь подготовительный процесс описан в разделе 2.2.2. По полученным данным построены зависимости влияния коэффициента уплотнения на сопротивление деформированию для всех исследуемых образцов, представленные на рис. 3.22 - 3.25. Результаты исследования показали: 1. Образцам, имеющим меньшую высоту, соответствуют более высокие значения сопротивления деформированию R . Так, например, при уменьшении толщины слоя с hCJl = 5 см до hCJl = 2 см сопротивление деформированию возрастает в 11,9 раза (при ку = 0,93), а при уменьшении толщины слоя с hCJl = 4 см до hCJI = 2 см сопротивление деформированию возрастает в 6,3 раза (при ку = 0,93). С увеличением плотности от ку = 0,93 до ку= 1,0 сопротивление деформированию возрастает в 5,4 раза при уменьшении толщины слоя от hCJl = 5 см до hCJl = 2 см, а при уменьшении толщины слоя 1« 112 с hCJl = 4 см до hCJl = 2 см сопротивление деформированию возрастает в 4,2 раза (см. рис. 3.22 - 3.25). 2. Интенсивность роста сопротивления деформированию зависит от толщины уплотняемого слоя. С увеличением толщины уплотняемого слоя прирост сопротивления деформированию уменьшается.
Корреляционная связь между контактными давлениями катков и давлениями при формовании асфальтобетонных образцов
Сопоставление данных производственных и лабораторных экспериментов даёт возможность связать контактные давления 7 к при формовании образцов в лабораторных условиях и контактные давления реальных катков JK .
Используя результаты исследований, полученные в производственных условиях (см. рис. 4.23 - 4.26), и результаты, полученные в СибАДИ по опре 154 делению рациональных значений контактных давлений катков /32, 59/, была определена корреляционная связь между контактными давлениями катков и давлениями, при которых формовались образцы (рис. 4.27). Эта зависимость позволяет учесть полученные экспериментальные данные по предельным контактным давлениям и привести их к контактным давлениям катков при уплотнении асфальтобетонных слоев. Так, например, лабораторный образец сформован при контактном давлении cr"K = 22 МПа, а контактные давления катка в этом случае составят ?к = \ ,75 МПа. Используя результаты исследований, полученных по регрессионным уравнениям (раздел 3.2), и исследований по определению гранулометрического состава смеси (раздел 3.4), были определены максимальные значения контактных давлений при формовании образцов. Используя корреляционную зависимость, можно определить массы катков, воздействия которых не оказывают разрушающего эффекта на гранулометрический состав смеси. Достоверность полученных данных подтвердилась при испытании на экспериментальном стенде.
С учётом установленной корреляционной связи между тк и тлк были определены границы рациональных значений контактных давлений катков. Лёгкие катки массой меньше 5 т не следует применять при уплотнении тонких слоев. Эффективно уплотнять асфальтобетонную смесь после прохода асфальтоукладчика катками массой до 8 т, на промежуточном этапе — катками массой до 10 т и на завершающем этапе - использовать тяжёлые катки массой не более 12 т. При этом необходимо соблюдать рациональные температурные режимы уплотнения асфальтобетонных смесей. Технологические параметры катков и асфальтобетонной смеси по этапам уплотнения представлены в табл. 4.7.
На основании данных лабораторных и производственных исследований с применением корреляционной зависимости были произведены укладка и уплотнение тонкого асфальтобетонного слоя на опытном участке дороги в г. Ишиме. Для контроля качества покрытия применялся метод определения коэффициента уплотнения смесей в конструктивных слоях дорожных одежд /25/. Сущность метода заключается в определении отношения средней плотности кернов к средней плотности переформованных из них образцов (коэффициент уплотнения). На рис. 4.28, 4.29 и 4.30 показан процесс отбора кернов при контроле качества покрытия опытного участка.
Чтобы повысить точность и «чистоту» эксперимента, керны не переформовывались, а смесь для формования в лаборатории стандартных образцов отбиралась непосредственно из бункера асфальтоукладчика в процессе укладки опытного участка тонкого асфальтобетонного слоя. Средняя плотность кернов и сформованных образцов определялись по ГОСТ 12801-98 /25/.
Коэффициенты уплотнения, полученные на опытном участке, сравнивались с данными по вырубкам при проведении пассивного эксперимента в г. Магнитогорске при строительстве тонкого верхнего асфальтобетонного слоя объездной дороги. Пассивный эксперимент основан на регистрации значений показателей качества во время нормальной работы объектов исследования без введения каких-либо преднамеренных изменений /60/. Полученные экспериментальные данные сведены в табл. 4.8, а графическое представление сравнительного анализа коэффициентов уплотнения верхнего асфальтобетонного слоя представлено на рис. 4.31.
Проведённые выше исследования позволили определить для лёгких, средних и тяжёлых катков рациональные рабочие скорости укатки и количество проходов по одному следу. Чтобы избежать разрушения материала покрытия опытного участка, было сокращено количество проходов катков по одному следу, так как значительно меньшие пластические и упругие деформации в тонком слое ведут к тому, что сам материал вносит заметный вклад в чрезмерное «усердие» катка. Постепенное повышение прочности и жёсткости асфальтобетонного слоя повышает общее силовое воздействие катка и будет создавать перегрузки материала. Поэтому для уплотнения тонкого асфальтобетонного слоя было принято: для легкого катка 2 — 3 прохода по одному следу, для среднего 4-6 проходов и для тяжёлого 3-4 прохода. Из тех же соображений скорости катков надо увеличить, соответственно они распределились следующим образом: 6; 5,5 и 3 км/ч.
По проведённому сравнительному анализу коэффициентов уплотнения производственного и пассивного экспериментов виден результат применения оптимальных масс катков для уплотнения тонких асфальтобетонных слоев, а также параметров и режимов работы катков. Добившись в результате высоких коэффициентов уплотнения с сохранением заданной структуры смеси.
