1576

Между прочностью АГБ на сжатие при температуре 0 ºС R0сж и

прочностью на растяжение при расколе при температуре 0 ºС R0р сущест-

вует соотношение Rсж0 R0р , которое можно рассматривать в качестве кос-

венной характеристики его упругих свойств. Чем ниже отношение

Rсж0 R0р , тем более деформативен материал и выше его трещиностойкость

при динамических и температурных воздействиях.

Для исследования этого показателя использовался АГБ из смесей типа К и М, где в качестве минерального вяжущего использовался цемент и шлаковое вяжущее, а в качестве органического вяжущего – разжиженный битум и вспененный битум.

Составы испытуемых смесей приведены в табл. 3.4.

79

Как видно из результатов испытаний (табл. 3.5), отношение Rсж0 R0р

у АГБ из смеси типа К, с применением шлакового вяжущего и разжиженного битума, значительно ниже (2,64), чем у АГБ с применением цемента и вспененного битума (3,05). Такая же тенденция наблюдается и у АГБ из смеси типа М. АГБ с добавкой шлакового вяжущего имеет отношение

Rсж0 R0р = 2,25, а с добавкой цемента оно составляет 2,9.

Из анализа проведенных исследований можно предположить, что слои АГБ из смесей типов К и М на основе медленнотвердеющих минеральных вяжущих обладают лучшей деформативностью, а значит, и трещиностойкостью, по сравнению с АГБ, в состав которых входит цемент. Это соответствует теоретическим основам формирования структуры АГБ.

3.2. Определение рациональных технологических параметров производства работ

В производственных условиях длительность технологического процесса от приготовления смеси до укладки и уплотнения колеблется в значительных пределах по времени, в зависимости от организации работ и применяемых машин. За этот промежуток времени асфальтогранулобетонная смесь претерпевает изменения, связанные с непрерывно протекающей гидратацией минерального вяжущего, а также фи- зико-химическими процессами, происходящими при взаимодействии старого битума и каменного материала с пластификатором.

Для проведения исследований использовались составы асфальтогранулобетонных смесей, приведенные в табл. 3.6.

Влияние времени выдерживания смесей от приготовления до уплотнения на предел прочности образцов при сжатии и плотность образцов показано на рис. 3.8.

Анализ результатов показал, что с увеличением срока выдерживания смесей до уплотнения плотность и прочность возрастают до определенного периода времени.

Таблица 3.6

Составы асфальтогранулобетонных смесей, %

80

81

Время выдерживания смеси Т, ч

Рис. 3.8. Влияние времени выдерживания смеси от её приготовления до уплотнения на плотность (ρ) и предел прочности образцов при сжатии (Rсж): а – смесь № 1, тип К; б – смесь № 2, тип Б; в – смесь № 3, тип М;

1 – плотность образцов; 2 – предел прочности при сжатии (начало)

82

2,15 0,8

Время выдерживания смеси Т, ч

Рис. 3.8. Окончание

Оптимальное время выдерживания смеси состава № 1, тип К составляет 3 часа, при этом прочность достигает 148 % от контрольной (за контрольные прочности приняты прочности образцов, изготовленных из смесей, выдержанных перед уплотнением 1 час, испытание которых произведено в возрасте 90 сут для составов № 1 и № 3 и 28 сут – для состава № 2). Для смеси состава № 2, тип Б при оптимальном времени выдерживания 4 часа прочность достигает 140 % от контрольной. Для состава № 3, тип М оптимальное время выдерживания составляет 2 часа, при этом прочность достигает 138 %.

При более длительном выдерживании смесей происходит снижение прочности образцов до 100 % от контрольной и ниже. Этот допустимый или индукционный период выдерживания смесей составляет: для составов № 1 и № 3 – 6 ч, состава № 2 – более 6 ч.

Объяснение эффекта увеличения прочности образцов при оптимальном времени выдерживания смеси перед уплотнением заключается в особенностях формирования структуры материала, в состав которого входит органическое и медленнотвердеющее минеральное вяжущее.

В начальный период после приготовления смеси типа М, содержащей минеральное вяжущее, в ней преобладает коагуляционная структура с появлением кристаллизационной структуры в виде отдельных кристалликов. Процесс гидратации вяжущего идет в этот период с образованием на минеральных зернах гидросиликатных оболочек. Механическое воздействие (уплотнение) на смесь в этот период вызывает разрыв оболочек и доступ воды к минеральному зерну, что вызывает более глубокий процесс гидратации минерального зерна. На данной стадии, как отмечает-

83

ся в теории П.А. Ребиндера, коагуляционная структура тиксотропна и её разрушение не приводит к вредным явлениям. В данном случае это повышает прочностные показатели до 140 % и более от контрольных образцов.

Всмесях типа Б, содержащих разжиженный битум, идёт взаимодействие нового битума, как пластификатора со старым битумом. В результате образуется пленка на гранулах, которая снижает силы трения при уплотнении смесей. Качество этой плёнки зависит от времени воздействия пластификатора на старый битум. Оптимальное время воздействия пластификатора составляет 4 часа. После этого периода происходит увеличение вязкости битума за счет испарения разжижителя и других протекающих физико-химических процессов, что вызывает потерю плотности и прочности образцов при стандартном режиме уплотнения.

Врезультате проведенных исследований установлено также существенное влияние температуры, при которой происходит выдерживание асфальтогранулобетонной смеси от ее приготовления на дороге до уплотнения на прочность получаемого слоя. Так, например, для получения повышенной прочности АГБ при температуре 20 ºС необходимо смесь выдерживать 3–4 часа на дороге перед уплотнением, а при температуре 30 ºС этот период сокращается на 1–2 часа.

Вусловиях производства работ на дороге, в силу определенных обстоятельств (изменение погодных условий, нарушение отдельных технологических режимов, поломка машин и т.п.), может возникнуть необходимость в исправлении недопустимых отклонений и повторной переработке материала, уложенного в слой и уплотнённого катками.

Для моделирования этого процесса в лабораторных условиях из асфальтогранулобетонных смесей типов Б и К готовились образцы-цилиндры. Образцы хранились от 3 до 15 часов при температуре 20 ºС. Затем образцы измельчались до состояния смеси, и из них вновь формовались цилиндры. После повторного формования образцы типа Б хранились до испытания 28 суток, а типа К – 90 суток.

Результаты испытаний этих образцов показаны на рис. 3.9.

Из анализа приведенных данных следует, что после уплотнения слоя из асфальтогранулобетонной смеси возможна повторная обработка смеси состава № 1, тип К в течение 4 часов, а состава № 2, тип Б – до 11 часов.

Асфальтогранулобетон типа К после переформовки (в определенном временном режиме) не только не потерял прочность, но и превысил прочность контрольных образцов на 10 %.

84

Результаты, полученные в лабораторных условиях, были подтверждены при ремонте на опытном участке автомобильной дороги. При производстве работ на одной из захваток в процессе уплотнения смеси типа Б катком проявилась колейность на покрытии. Работы были прекращены. Было принято решение о повторном фрезеровании участка покрытия. Работы были продолжены и в течение 4 часов завершены. Проведенное обследование этого участка показало, что прочность покрытия соответствует проектным значениям.

3.3. Конструирование дорожной одежды

Большинство существующих дорог, требующих усиления, имеют искаженный поперечный профиль и неудовлетворительную продольную ровность, что отражается на комфорте и безопасности движения и усложняет содержание покрытия, особенно в зимнее время. Поэтому в проекте должны быть предусмотрены мероприятия по выравниванию покрытия.

На стадии сбора исходных данных осуществляют работы, включающие: оценку прочности дорожной одежды в соответствии с нормами ОДН 218.046-01 или указаниями ВСН 52-89; отбор кернов для определения продольного и поперечного профилей, толщину пакета монолитных слоев дорожной одежды и вида асфальтобетона, входящего в эти слои; бурение скважин для определения толщин остальных конструктивных слоев дорожной одежды и оценки состояния составляющих их материалов, в том числе грунта земляного полотна и основания; создание цифровой модели местности.

На дорогах с приведенной расчетной интенсивностью воздействия нагрузки Np > 2000 ед./сут регенерированный слой рассматривают в качестве верхнего монолитного слоя основания, на который должно быть уложено двухслойное асфальтобетонное покрытие общей толщиной 9–10 см.

На дорогах с 500 < Np > 2000 ед./сут на регенерированный слой может быть уложено однослойное покрытие из плотного асфальтобетона толщиной 4–5 см.

На дорогах с Np < 500 ед./сут регенерированный слой рассматривают в качестве слоя покрытия, на котором должна быть устроена поверхностная обработка.

Задавшись типом и толщиной покрытия, укладываемого поверх регенерированного слоя, рассчитывают его толщину по допускаемому упругому прогибу в соответствии с ОДН 218.046-01 и с учетом требуемого модуля упругости Етр, рассчитанного общего модуля упругости на поверхности слоя, подстилающего регенерированный, и ориентировочного значения кратковременного модуля упругости регенерирующего слоя при соответствующей расчетной температуре.

86

Регенерированный слой проверяют на сопротивление растяжению при изгибе при температуре покрытия 0 ºС.

Ориентировочные расчетные значения кратковременного модуля упругости Ер и среднего сопротивления растяжению при изгибе Rи, при времени воздействия нагрузки 0,1 с, для разных типов АГБ-смесей приведены в табл. 3.7 и 3.8 (в дальнейшем подлежат уточнению).

Некоторые предложения по конструкциям дорожных одежд с применением АГБ представлены на рис. 3.10.

87