12.Теоретические предпосылки уплотнения дорожных покрытий и основа­ний.

Для обеспечения нормального движения автомобилей одежда дол­жна иметь определенную жесткость и прочность, а дорожное покрытие— ровность, износостойкость и сопро­тивляемость воздействию колес ав­томобилей и атмосферных факторов.

Дорожная одежда состоит из нескольких слоев, и для достиже­ния поставленных требований каж­дый слой необходимо разровнять и уплотнить для создания общей проч­ной дорожной конструкции.

Дорожно-строительные материа­лы (щебень, асфальто- и цементобетонные смеси), укладываемые в процессе строительства автомобильной дороги, находятся в разрыхленном состоянии, и их плотность, а следова­тельно, прочность недостаточны для обеспечения нормального движения автомобилей. Вследствие этого уло­женные материалы требуют искусст­венного уплотнения, которое осуще­ствляют уплотняющими машинами.

Уплотнение происходит в боль­шинстве случаев в результате прило­жения к поверхности материала цик­лической нагрузки, которая харак­терна непрерывно следующими про­цессами нагрузки и разгрузки. В про­цессе нагрузки напряженное состоя­ние материала повышается до наи­большего значения, определяемого массой уплотняющей машины; при разгрузке напряженное состояние материала понижается, а затем через некоторый промежуток времени цикл повторяется. Теоретическое рассмот­рение процесса уплотнения цикличе­ской нагрузкой в значительной сте­пени осложняется тем, что свойства уплотняемого материала (плотность, прочность, упругость и пр.) по мере его уплотнения изменяются не толь­ко при переходе к последующему цик­лу загружения, но и в процессе од­ного и того же цикла.

Эффективность уплотнения мате­риалов в покрытии определяют раз­мером деформации уплотняемого объема материала. Поскольку дорожно-строительные материалы яв­ляются неоднородными, пластиче­ские сдвиги при нагрузке вначале локализуются в отдельных местах уплотняемого материала и лишь с те­чением времени распространяются на больший его объем. Значительная часть упругой деформации также протекает во времени.

Такие материалы, как асфальто- и цементобетонные смеси, относят к упруго-вязко-пластичным материа­лам, где фактор времени, а следо­вательно, и скорость изменения на­пряженного состояния имеют весьма существенное значение.

При уплотнении гравийных и ще­беночных материалов под воздействием внешней нагрузки преодоле­ваются силы трения, возникающие между весьма неоднородными по объему и форме зернами (частица­ми), и происходит их заклинивание. Процесс протекает также во вре­мени, и, следовательно, фактор вре­мени здесь имеет такое же значе­ние, как и при деформации упруго-пластичных материалов.

При приложении быстродейству­ющей и часто повторяющейся на­грузки (например, при вибрации) к таким материалам, как бетонная смесь, наблюдают явление тиксотропии, которое заключается в разжи­жении бетонной смеси при встряхи­вании. Бетонные смеси содержат большое количество коллоидных час­тиц, которые в присутствии жидкой фазы (воды) образуют студни (ге­ли) или золи. В гелях частицы свя­заны между собой и с водой и более устойчивы, чем золи, которые обла­дают меньшей вязкостью и харак­терны малой устойчивостью и легкой изменяемостью во времени.

Процесс тиксотропии обратим, т. е. с течением времени золи перехо­дят в более устойчивое образова­ние—гели.

Тиксотропное разжижение повы­шает эффективность уплотнения цементобетонных смесей, при котором период «отдыха» материалов между отдельными циклами нагрузок мень­ше времени, необходимого для об­ратного превращения золя в гель.

Следовательно, на процесс уп­лотнения дорожно-строительных ма­териалов влияет большое количество факторов, учет которых весьма за­трудняет теоретическое рассмотре­ние процесса уплотнения: размер, форма, прочность и другие свойства минеральной части, т. е. свойства твердой фазы материала; количе­ственное соотношение твердой, жид­кой и газообразной фаз; физико-механические свойства материала как многофазного в целом; макси­мальное напряжение, прикладывае­мое на поверхность уплотняемого материала и определяющее напря­женное состояние всего объема уп­лотняемого материала; время нахож­дения материала в напряженном со­стоянии и скорость изменения на­пряженного состояния; частота и число приложений циклической на­грузки.