13.Принципы выбора уплотняющих машин. Технология уплотнения слоев дорожных одежд.

В практике дорожного строи­тельства применяют следующие ме­тоды уплотнения: укатку, трамбова­ние, виброуплотнение.

При укатке по поверхности уп­лотняемого слоя перекатывается валец, под действием силы тяжести которого в слое материала образу­ется остаточная деформация. Эта деформация по мере увеличения плотности материала уменьшается и к концу укатки приближается к нулю: Дальнейшее повышение плотно­сти материала может быть достиг­нуто лишь увеличением нагрузки на валец.

Уплотняющее действие зависит от массы катка, площади контакта рабочего органа с уплотняемым сло­ем, скорости укатки и числа прохо­дов катка по одному следу.

Трамбование осуществляют пери­одическим поднятием какой-либо массы рабочего органа на высоту и ее последующим свободным падени­ем на поверхность уплотняемого материала. Для трамбования харак­терна большая глубина уплотнения. Поэтому такой метод применяют преимущественно для уплотнения грунтов слоями большой толщины. Для уплотнения слоев дорожной одежды метод трамбования исполь­зуют редко, так как сила удара должна быть ограничена во избежание разрушения зерен щебня в камен­ных слоях.

Виброуплотнение — метод, сущ­ность которого заключается в сле­дующем: колеблющаяся масса m сообщает кинетическую энергию час­тицам или зернам материала, рас­положенным в зоне вибровозбуди­теля, и приводит их в колебательное состояние.

Разные по крупности частицы или зерна получают различные ус­корения, взаимно перемещаются, и поры между крупными частицами заполняются более мелкими, благо­даря чему материал уплотняется.

Вибрационный метод особенно эффективен для уплотнения малосвязных материалов. Взаимодей­ствие между частицами (зернами) в этом случае определяется только силами трения. При вибрировании частицы (зерна) разделяются и со­противление материала уплотнению резко уменьшается. Если между час­тицами действует значительная сила сцепления, то при вибрировании они не разъединяются и основное преи­мущество метода не реализуется.

Эффект уплотнения вибрирова­нием зависит от амплитуды колеба­ний, их частоты, ускорения и массы вибровозбудителя. С увеличением амплитуды и массы вибровозбудите­ля уплотняющее действие вибриро­вания возрастает.

Уплотнение вибрированием при­меняют как раздельно, так и в со­четании с другими. Комбинирован­ные способы широко сочетаются с укаткой, трамбованием; их приме­няют в вибрационных дорожных кат­ках и вибротрамбующих машинах.

Для уплотнения слоев дорожной одежды автомобильных дорог широ­ко применяют самоходные катки многообразных параметров и прин­ципов действия рабочих органов.

По виду рабочих органов разли­чают катки с гладкими вальцами, пневмоколесные и с комбинирован­ными рабочими органами (рис. 14.2).

Наиболее распространены ком­бинированные катки с точки зрения уплотнения различных материалов— от суглинка, асфальтобетонных сме­сей до крупнообломочных, материа­лов.

По принципу действия самоход­ные катки делят на статические и вибрационные. Статический каток уплотняет под действием силы тя­жести и при перекатывании рабоче­го органа (вальцов) по материалу, вибрационный — под действием си­лы тяжести и периодического коле­бания одного или двух рабочих ор­ганов. Для создания вибрации в ва­лец встраивают дебалансный вибровозбудитель колебаний, приводимый в действие от двигателя через транс­миссию катка. Использование виб­рации позволяет снизить примерно 1,5—3 раза число проходов катка по одному следу, увеличивать толщи­ну уплотняемого слоя в 1,5 раза и более, уплотнять крупнообломочные материалы. По количеству вальцов различают катки двухвальцовые (тандем), трехвальцовые двухосные и трехвальцовые трехосные.

Равномерное уплотнение обеспе­чивают двухвальцовые катки с валь­цами, расположенными один за дру­гим, чем достигают равномерного уплотнения по всей ширине уплот­няемой полосы. Ширина обоих валь­цов одинаковая.

Двухосные трехвальцовые катки имеют относительно узкие задние вальцы и широкий ведомый перед­ний валец. Задние ведущие вальцы большего диаметра, чем передний, выходят за габариты катка и дают возможность подходить вплотную к высоким бордюрам. Трехосные трехвальцовые катки имеют вальцы оди­наковой ширины, два из которых — ведомые, направляющие. Трехвальцовые катки используют для окон­чательной отделки асфальтобетон­ных покрытий и выравнивания уп­лотняемого покрытия. Для уплотне­ния дорожных покрытий обычно слу­жат комплекты, состоящие из катков разных типоразмеров. Применение такого комплекта обеспечивает не­обходимое качество работ, которое в основном характеризует плотность и водонасыщение уплотняемого ма­териала, ровность и шероховатость поверхности покрытия. Критерием оценки комплектов являются произ­водительность и стоимость уплот­нения.

Например, эффект уплотнения асфальтобетонной смеси достигается тогда, когда контактное давление вальца или колеса катка с пнев­матическими шинами на уплотняе­мую поверхность приближается к пределу прочности слоя, но не пре­вышает его. При соблюдении этого условия невозможно достижение тре­буемых плотности и ровности покры­тия.

При использовании самоходных катков статического давления (дей­ствия) через определенное число про­ходов каток заменяют более тяже­лым. Это позволяет изменить кон­тактное давление в соответствии с по­вышением прочности слоя.

При последовательных проходах катка ввиду повышения жесткости смеси деформация слоя под вальцом катка после каждого прохода снижа­ется, что приводит к повышению кон­тактного давления. При работе од­ного катка контактное давление не может быть повышено более чем в 1,8—2 раза. Следовательно, процесс уплотнения необходимо вести не ме­нее чем тремя типами катков: лег­ким, средним и тяжелым, что под­тверждает практика строительства дорог.

На эффект уплотнения влияет на­пряженное состояние, которое опре­деляется контактным давлением. При этом продолжительность действия напряженного состояния, эквива­лентная числу проходов, оказывает на эффект уплотнения меньшее влия­ние.

Требуемая ровность покрытия достигается путем применения на последней стадии уплотнения трехвальцового трехосного катка с глад­кими вальцами.

Вибрационные катки имеют мень­шую массу, чем статические. При их использовании сокращаются номен­клатура машин и число катков, од­новременно находящихся на месте работы.

Вибрационное воздействие на уп­лотняемую смесь, имеющую темпе­ратуру 130—140 °С, оказывается невозможным из-за малой прочности смеси. Следует считать рациональ­ным применение вибрационных кат­ков в интервале температуры 125— 130 °С. При этом уплотнение смеси можно вести одним вибрационным катком массой 4—6 т, начиная уп­лотнение при выключенных вибра­торах.

Завершить укатку вибрационным катком до того, как температура смеси снизится до 100 °С, не всегда удается и необходимо на заключи­тельной стадии уплотнения приме­нять тяжелый каток статического действия.

Производительность виброкатков на 40—60 % выше статических.

Эффективность пневмоколесных катков заключается в следующем. Катки имеют высокую производи­тельность благодаря возможности начинать уплотнение при темпера­туре 130—140 °С, когда смесь под­вижная и легко уплотняется. Требуе­мая плотность может быть достиг­нута за 5—6 проходов, а не за 10—12, как при гладковальцовых статических катках.

Пневмоколесные катки успешно применяют для смесей с высоким содержанием щебня. Контактное давление зависит от давления воздуха в шинах. На кон­тактное давление оказывает влияние и жесткость шины. Кроме положи­тельных качеств, пневмоколесные катки имеют и отрицательные — не­возможность обеспечить требуемую ровность покрытий. Неровности в поперечном направлении образуются из-за наличия зазоров между коле­сами. Причиной неровностей в про­дольном направлении являются коле­бания всей массы катка, зависящие непосредственно от шины. В этом случае на заключительной стадии уплотнения следует применять тя­желый гладковальцовый трехосный каток статического действия.