Введение к работе
Актуальность работы. Уплотнение является завершающей операцией строительства асфальтобетонных покрытий, от качества выполнения которой напрямую зависит прочность, эксплуатационная надежность и долговечность покрытия. По мере ужесточения требований к качеству уплотнения, возникает необходимость в развитии и совершенствовании дорожных катков.
В последнее время наиболее популярными у дорожников становятся вибрационные дорожные катки. Одним из путей повышения эффективности их использования является определение рациональных режимов работы (скорости движения, частоты и амплитуды колебаний вальца, величины вынуждающей силы вибровозбудителя). Проведенный анализ выявил, что до сих пор нет четких и наиболее полных рекомендаций по эффективному использованию вибрационных катков, а существующие рекомендации зачастую носят противоречивый характер.
Проблема заключается в том, что на протяжении достаточно продолжительного периода времени вибрационные катки создавались не на основе фундаментального теоретического осмысления самого процесса уплотнения и особенностей механики силового взаимодействия рабочего органа катка с уплотняемым материалом, а эмпирическим путем, методом проб и ошибок через практический эксперимент.
Функционально-технологическая оценка виброкатков производится приблизительно и интуитивно по значениям отдельных показателей и параметров. Использование одного и того же вибрационного катка на различных режимах работы и в различных условиях может привести к различию в качестве получаемого покрытия. Динамические силовые воздействия вальцов катка могут оказаться излишне чрезмерными и привести не столько к уплотнению, сколько к разуплотнению, сдвигам и даже разрушению приповерхностной зоны слоя как на начальном этапе, когда смесь еще горячая и не достаточно плотная, так и на заключительном этапе за счет упругой отдачи поверхности уже заметно остывшей и плотной смеси. При этом реальная амплитуда колебаний вальца возрастает в 2-2,5 раза. Соответствующим образом растет его контактное давление, которое, зачастую, опережает рост предела прочности уплотняемого материала.
Становится очевидным, что для качественного уплотнения асфальтобетонных смесей необходимо обоснованно выбирать параметры вибрационных катков и режимы их работы с учетом изменяющихся свойств уплотняемого материала.
Объект исследования: процесс уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком.
Предмет исследований: закономерности взаимодействия вальца вибрационного катка с уплотняемым материалом.
Цель работы: повышение эффективности использования вибрационных катков при уплотнении асфальтобетонных смесей. Задачи исследований:
- разработать математическую модель процесса уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком;
- исследовать влияние контактных давлений и режимов уплотнения на образование остаточных деформаций в уплотняемой среде;
- определить рациональную толщину слоя асфальтобетонной смеси, уплотняемого вибрационным катком;
- подтвердить адекватность математической модели реальным процессам взаимодействия вальца катка с уплотняемой средой,
- разработать методику расчёта рациональных параметров вибрационных катков и эффективных режимов их работы.
Автор защищает совокупность научных положений, на базе которых разработана расчётная методика и режимы работы вибрационных катков.
Личный вклад в решение проблемы заключается в выполнении теоретических исследований; в проведении экспериментальных исследований; в анализе и обобщении результатов теоретических исследований, натурных испытаний, в разработке практических рекомендаций по режимам работы вибрационных катков.
Общая методика исследований предусматривает комплексный экспериментально-теоретический подход, включающий:
- разработку аналитического описания процесса уплотнения асфальтобетонных смесей катками на различных этапах уплотнения;
- экспериментальные исследования с целью сопоставления их результатов с результатами теоретических исследований.
Научная новизна:
- разработана математическая модель уплотнения асфальтобетонных смесей вибрационными катками, описывающая изменение напряжённо-деформированного состояния уплотняемой среды;
- получены реологические уравнения, связывающие величину контактных давлений с образованием в смеси остаточных вязкоштастических деформаций с учётом параметров вибрационных катков и режимов их работы;
- развиты теоретические положения по регулированию в технологическом процессе накопления остаточных деформаций, с учётом изменяющихся параметров уплотняемой среды.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена методологической базой исследований, основанной на фундаментальных и достоверно изученных положениях теории уплотнения, адекватностью расчётных значений коэффициента уплотнения смеси значениям, полученным в производственных условиях, достаточным объёмом экспериментальных работ, применением современных методов обработки результатов исследований.
Практическая ценность:
- разработана инженерная методика определения рациональных пара
метров вибрационных катков при уплотнении асфальтобетонных смесей; - разработана методика определения толщины слоя асфальтобетонной смеси, прорабатываемого вибрационным катком;
- разработана методика расчёта на ЭВМ параметров вибрационных катков и режимов их работы.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (г. Омск, 24-26 мая 2006 г.), II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (г. Омск, 23-24 мая 2007 г.), III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (г. Омск, 21-22 мая 2008 г.)
Реализация работы заключается во внедрении результатов исследований в МУП «Дорожно-ремонтное строительное управление» (г. Ноябрьск, ЯНАО Тюменская обл.) при планировании и организации работ при строительстве асфальтобетонных покрытий. Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе, при дипломном и курсовом проектировании по специальности 190603 и 270113 на кафедре «ЭДМ» СибАДИ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них две в изданиях, рекомендуемых ВАК, получен патент на полезную модель.
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 125 наименований и приложения.
Общий объём работы составляет 170 страниц, в том числе 64 рисунка, 6 таблиц и приложения на 30 страницах.
