Уплотнение асфальтобетонной смеси

Уплотнение асфальтобетонной смеси - основная технологическая операция, которая предопределяет физико-механические свойства покрытия. Недостаточное уплотнение асфальтобетонного покрытия - одна из основных причин его разрушения. Так, обследованием причин повреждения асфальтобетонных покрытий установлено, что 50 % всех разрушений объясняется недостаточным уплотнением. В процессе уплотнения при последовательных проходах катка смесь деформируется за счет уменьшения пористости, т.е. уменьшения объема уплотняемого слоя. При этом происходит формирование структуры асфальтобетонного покрытия.

В процессе уплотнения необходимо обеспечить такую степень плотности, при которой полностью исключается доуплотнение покрытия под воздействием автомобильного транспорта. Кроме того, при уплотнении должно быть обеспечено полное закрытие пор на поверхности покрытия, что препятствует поступлению в него воды.

На уплотняемость асфальтобетонных смесей оказывают влияние форма, шероховатость и количество щебня в смеси. Дробленые зерна с шероховатой поверхностью значительно повышают сопротивляемость асфальтобетона уплотнению, причем особенно это относится к дробленому песку. Поэтому в зависимости от перечисленных факторов, а также марки применяемого битума в смеси, ее вида и типа, толщины укладываемого слоя определяют состав уплотняющих средств и их технологический режим работы.

Уплотнение асфальтобетонных покрытий осуществляется тремя методами: укаткой, трамбованием и вибрацией. Для реализации этих методов созданы уплотняющие машины с гладкими металлическими вальцами, на пневматических шинах (метод укатки), трамбующие машины - оборудование асфальтоукладчиков (метод трамбования), вибрационные (метод вибрации).

Укатка - перекатывание металлического барабана или пневматического колеса по уплотняемой поверхности. В результате воздействия массы катка уплотняемый материал приобретает остаточную деформацию. Эта деформация по мере увеличения плотности будет уменьшаться и к концу укатки приблизится к нулю. Дальнейшее увеличение плотности материала может быть достигнуто лишь увеличением нагрузки на вальцы. Трамбование заключается в периодическом поднятии и свободном падении с определенной высоты на уплотняемый материал массивного тела. Вибрирование основано на передаче уплотняемому материалу колебаний, близких по частоте собственным колебаниям уплотняемого материала. Степень уплотнения асфальтобетонной смеси зависит от веса и типа уплотняющих средств, а также от числа их проходов по одному следу и характеризуется значением коэффициента уплотнения, который определяется как отношение плотности материала, взятого из покрытия, к плотности эталонного образца. Коэффициент уплотнения должен быть равен: для мелкозернистых смесей с содержанием щебня 40 % и более (типы А и Б) - не менее 0,99; для мелкозернистых смесей с содержанием щебня 30-40 % (тип В), песчаных смесей (типы Г и Д) и крупнозернистых смесей для нижнего слоя покрытия - не менее 0,98.

В процессе укатки обеспечивают такую максимальную степень уплотнения асфальтобетонной смеси, при которой полностью исключается доуплотнение покрытий под воздействием транспорта. Кроме того, при уплотнении должно быть обеспечено полное закрытие пор на поверхности покрытия, что препятствует поступлению воды в покрытие, обеспечивая его морозостойкость.

Интенсивность уплотнения, т.е. изменение плотности в единицу времени, зависит от максимально возможной плотности и уплотняемости материала.

Оптимального уплотнения можно достигнуть быстрее и экономичней при более высокой температуре асфальтобетонной смеси. Считается, что оптимальной температурой смеси при уплотнении является температура, на 60 °С превышающая температуру размягчения вяжущего, применяемого для приготовления асфальтобетонных смесей, т.е. 105-120 °С. Горячая смесь весьма пластична, податлива, она легко и быстро уплотняется. При высокой температуре вязкость битума относительно мала, поэтому минеральные зерна весьма подвижны и легко переориентируются под воздействием уплотняющих средств.

Особенности уплотнения асфальтобетонных смесей. Первый принцип уплотнения асфальтобетонных смесей состоит в том, что укатка должна начинаться в момент, когда асфальтобетонная смесь еще имеет высокую температуру и способна максимально уплотняться. С понижением температуры асфальтобетонных смесей производительность катков быстро уменьшается. Так, при понижении температуры асфальтобетонной смеси со 100 до 70 °С число проходов катка возрастает в три раза. В зависимости от температуры асфальтобетонной смеси в начале уплотнения при одном и том же количестве уплотняющих средств и одном времени уплотнения будет достигнута различная степень уплотнения (рис. 4.9).

Рис. 4.9. График зависимости коэффициента уплотнения Ку от температуры асфальтобетонной смеси Тс в начале уплотнения.

Уплотнение укаткой асфальтобетонных смесей наиболее эффективно при максимально высокой температуре асфальтобетонной смеси. Однако касательные усилия, развивающиеся в зоне контакта вальца катка и покрытия, могут превысить сопротивление асфальтобетонной смеси образованию сдвигов и разрыву сплошности (образование трещин). Остывание смеси в этом случае, необходимое для повышения ее вязкости (прочности), приводит к не использованию наиболее эффективного периода для уплотнения смеси.

В связи с этим необходимо максимально использовать на начальной стадии уплотнения (предварительное уплотнение) уплотняющие рабочие органы асфальтоукладчика. Уплотняющие рабочие органы асфальтоукладчика производят предварительное уплотнение после распределения смеси на всю ширину укладываемой полосы при максимальной температуре смеси и поэтому требуют минимальных затрат энергии. Предварительное уплотнение осуществляется посредством уплотняющих рабочих органов различного типа трамбующих, вибрационных, комбинированных. Вибрационные уплотняющие средства более эффективны, чем трамбующие. Предварительное уплотнение трамбующим брусом обеспечивает получение коэффициента уплотнения до 0,91, а вибрирующим брусом - 0,94. Наиболее эффективно комбинированное предварительное уплотнение одновременно трамбующим и вибрирующим брусьями.

В настоящее время серийно выпускаются асфальтоукладчики с рабочим органом, обеспечивающим высокую степень уплотнения смеси, применение которых может полностью исключить использование катков. Рабочий орган высокого уплотнения (рис. 4.10) включает в себя элементы предварительного и дополнительного уплотнения. Предварительное уплотнение осуществляется трамбовкой и вибрационным брусом, а полное - двумя рядами прессующих планок и дополнительным вибрационным брусом.

Модуль упругости — общее название нескольких физических величин, характеризующих способность твёрдого тела (материала, вещества) упруго деформироваться (то есть не постоянно) при приложении к нему силы. В области упругой деформации модуль упругости тела определяется производной (градиентом) зависимости напряжения от деформации, то есть тангенсом угла наклона диаграммы напряжений-деформаций: