- •ВВЕДЕНИЕ
- •1.2. Структура асфальтобетонной смеси
- •1.3. Свойства асфальтобетонных смесей
- •1.4. Хранение смесей в накопительном бункере
- •1.5. Транспортирование асфальтобетонных смесей
- •1.6. Загрузка смеси в кузов
- •1.7. Причины температурной сегрегации
- •1.8. Защита смеси от погодных воздействий
- •Контрольные вопросы
- •2.1. Статическое уплотнение
- •2.2. Трамбование
- •2.3. Виброуплотнение
- •Контрольные вопросы
- •3.1. Методы описания уплотнения асфальтобетонных смесей
- •Контрольные вопросы
- •4.1. Исследование изменения модуля деформаций
- •Контрольные вопросы
- •5. УКЛАДКА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
- •5.1. Классификация асфальтоукладчиков
- •5.2.1. Технологическая схема асфальтоукладчика
- •5.2.2. Толкающие ролики
- •5.2.3. Бункер
- •5.2.4. Питатель
- •5.2.5. Распределитель асфальтобетонной смеси
- •5.2.6. Рабочие органы
- •5.2.7. Система подогрева
- •5.3. Основные параметры трамбующего бруса
- •5.4. Основные параметры вибрационных плит
- •5.6.1. Скорость укладки
- •5.6.3. Одновременная укладка двух слоёв
- •Контрольные вопросы
- •6. МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ
- •6.1. Общая классификация дорожных катков
- •6.2.2. Основные параметры катков статического действия
- •6.3.1. Классификация вибрационных катков
- •6.6. Классификация вибровозбудителей
- •6.7. Расчет вибровозбудителей
- •6.8. Расчёт на прочность основных узлов дорожного катка
- •6.8.1. Расчёт элементов рулевого управления
- •6.9. Тяговый расчёт
- •6.10. Выбор двигателя
- •6.11. Автоматизация дорожных катков
- •Контрольные вопросы
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
К.В. Беляев, В.С. Серебренников
УКЛАДКА И УПЛОТНЕНИЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ.
ТЕОРИЯ И РАСЧЁТ
Омск 2015
0
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»
Кафедра «Эксплуатация и сервис транспортно-технологических машин и комплексов в строительстве»
К.В. Беляев, В.С. Серебренников
УКЛАДКА И УПЛОТНЕНИЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ.
ТЕОРИЯ И РАСЧЁТ
Учебное пособие
Омск
СибАДИ
2015
1
УДК 625.76 ББК 39.311 Б42
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор В.А. Мещеряков (СибАДИ);
кандидат технических наук, доцент В.И. Лиошенко (СибАДИ)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебного пособия.
Беляев, К.В.
Б42 Укладка и уплотнение асфальтобетонных смесей. Теория и расчет :
учебное пособие / К.В. Беляев, В.С. Серебренников. Омск: СибАДИ, 2015. 208с. ISBN 978-5-93204-814-6
Изложены теоретические основы процесса укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей, а также рассмотрена организация и технология производства работ. Даны основные сведения о технологических свойствах асфальтобетонных смесей и их изменении при взаимодействии с рабочими органами машин.
Рассмотрено устройство и особенности расчета машин для укладки и уплотнения асфальтобетонных покрытий. Освещаются вопросы применения современных средств автоматизации для асфальтоукладчиков и дорожных катков.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Наземные транспортно-технологические средства», «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и направлениям «Наземные транспортно-технологические комплексы», «Эксплуатация транспортно-техно- логических машин и комплексов».
Может быть полезно для инженеров и механиков дорожных ремонтно-строительных организаций, эксплуатирующих дорожно-строительную технику.
УДК 625.76 ББК 39.311
ISBN 978-5-93204-814-6 |
ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2015 |
2
Оглавление
Введение……………………………………………………………………………….5
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ И |
|
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ УПЛОТНЕНИЮ................. |
6 |
1.1. Конструкции дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием ................ |
6 |
1.2. Структура асфальтобетонной смеси............................................................. |
10 |
1.3. Свойства асфальтобетонных смесей ............................................................ |
13 |
1.4. Хранение смесей в накопительном бункере ................................................ |
15 |
1.5. Транспортирование асфальтобетонных смесей........................................... |
17 |
1.6. Загрузка смеси в кузов .................................................................................. |
20 |
1.7. Причины температурной сегрегации............................................................ |
23 |
1.8. Защита смеси от погодных воздействий ...................................................... |
25 |
Контрольные вопросы.......................................................................................... |
26 |
2. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА УПЛОТНЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ |
|
СМЕСЕЙ .................................................................................................................. |
28 |
2.1. Статическое уплотнение............................................................................... |
28 |
2.2. Трамбование .................................................................................................. |
29 |
2.3. Виброуплотнение .......................................................................................... |
30 |
Контрольные вопросы.......................................................................................... |
35 |
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА УПЛОТНЕНИЯ................. |
36 |
3.1. Методы описания уплотнения асфальтобетонных смесей.......................... |
36 |
3.2. Реологическая модель процесса уплотнения асфальтобетонной смеси |
|
катками статического действия........................................................................... |
41 |
3.3. Математическая модель процесса уплотнения асфальтобетонной смеси |
|
вибрационным катком.......................................................................................... |
50 |
Контрольные вопросы.......................................................................................... |
57 |
4. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ |
|
В ПРОЦЕССЕ УПЛОТНЕНИЯ............................................................................... |
58 |
4.1. Исследование изменения модуля деформаций............................................ |
58 |
4.2. Исследование изменения вязкости асфальтобетонной смеси..................... |
61 |
4.3. Исследование изменения предела текучести асфальтобетонных смесей... |
65 |
4.4. Исследование изменения плотности асфальтобетонной смеси |
|
в процессе уплотнения......................................................................................... |
69 |
Контрольные вопросы.......................................................................................... |
72 |
5. УКЛАДКА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ.............................................. |
73 |
5.1. Классификация асфальтоукладчиков ........................................................... |
73 |
5.2 Конструктивные элементы рабочего оборудования асфальтоукладчика.... |
78 |
5.3. Основные параметры трамбующего бруса................................................... |
90 |
5.4. Основные параметры вибрационных плит................................................... |
92 |
5.5. Тяговый расчёт.............................................................................................. |
95 |
3
5.6. Способы повышения производительности асфальтоукладчика |
................98 |
5.7. Автоматическая стабилизация положения рабочих органов |
|
асфальтоукладчика............................................................................................. |
110 |
Контрольные вопросы........................................................................................ |
120 |
6. МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ..................................................................... |
121 |
6.1. Общая классификация дорожных катков................................................... |
121 |
6.2. Катки статического действия...................................................................... |
129 |
6.3. Вибрационные катки................................................................................... |
146 |
6.4. Эксплуатационная производительность дорожных катков |
|
и способы ее повышения.................................................................................... |
158 |
6.5. Основные режимные параметры |
|
вибрационных катков......................................................................................... |
161 |
6.6. Классификация вибровозбудителей ........................................................... |
165 |
6.7. Расчет вибровозбудителей.......................................................................... |
171 |
6.8. Расчёт на прочность основных узлов дорожного катка ............................ |
180 |
6.9. Тяговый расчёт............................................................................................ |
184 |
6.10. Выбор двигателя........................................................................................ |
186 |
6.11. Автоматизация дорожных катков............................................................. |
187 |
Контрольные вопросы........................................................................................ |
199 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................... |
201 |
Библиографический список................................................................................... |
202 |
4
ВВЕДЕНИЕ
Асфальтобетонные покрытия капитального типа являются наиболее востребованными и распространёнными во всём мире.
Операции укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси обеспечивают требуемое качество поверхности и срок службы покрытия. Именно процесс уплотнения оказывает влияние на окончательное формирование структуры покрытия автомобильной дороги, которая определяет её эксплуатационные показатели, надёжность и долговечность.
Асфальтобетонная смесь является технологически сложным строительным материалом, обладающим упруговязкопластичными свойствами, которые непрерывно меняются в процессе её укладки и уплотнения. Учитывая, что от момента приготовления смеси до её окончательного уплотнения проходит всего несколько часов, и за это время прочность асфальтобетонной смеси увеличивается в несколько раз, а температура снижается от 160 С до температуры окружающей среды, снижаются её удобоукладываемость и удобоуплотняемость. Поэтому для эффективной работы необходимо применение высокопроизводительных машин, режимы работы которых способны создать требуемое напряжённо-деформированное состояние, способствующие активному образованию остаточных деформаций.
Стоимость операции уплотнения составляет всего 2 – 4 % от стоимости строительства автомобильной дороги, однако некачественное проведение этой операции приводит к значительным потерям.
В настоящее время комплекты машин для строительства асфальтобетонных покрытий представлены широким спектром. Они отличаются друг от друга техническими характеристиками и показателями, что создаёт трудности при формировании комплектов машин. В процессе работы необходимо непрерывно контролировать и оперативно изменять режимы работы этих машин в соответствии с изменяющимися свойствами уплотняемых материалов.
Полное использование потенциальных возможностей существующих машин и современных научных разработок при конструировании вновь создаваемых машин позволяет повысить их производительность и снизить стоимость производства работ и энергоёмкость процесса уплотнения.
5
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ УПЛОТНЕНИЮ
1.1. Конструкции дорожных одежд
сасфальтобетонным покрытием
Внастоящее время из покрытий капитального типа по-прежнему остаются наиболее распространёнными асфальтобетонные, которым присущи многие положительные свойства, основными из которых являются быстрое формирование готового покрытия и удобство в эксплуатации.
Наибольшеераспространениеполучили следующиеконструкции дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием (рис. 1.1) [13]:
– двухслойное асфальтобетонное покрытие на двухслойном основании (рис. 1.1, а);
– двухслойное асфальтобетонное покрытие на однослойном основании (рис. 1.1, б);
– однослойное асфальтобетонное покрытие на двухслойном основании (рис. 1.1, в).
Рис. 1.1. Конструкции дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием: 1 – верхний слой покрытия; 2 – нижний слой покрытия; 3 – верхний слой основания; 4 – нижний слой основания; 5 – слой основания;
6 – дополнительный слой основания
Асфальтобетонные смеси для слоев покрытия применяются в соответствии со СНиП 2.05.02–85, а для оснований – в соответствии со СНиП 2.05.02–85. Извлечения из них приведены в табл. 1.1.
6
Прочность дорожной одежды зависит от свойств материалов покрытия и основания, сочетания слоев из различных материалов в дорожной одежде и соблюдения технологии их укладки и уплотнения.
Прочность дорожной одежды характеризуется модулем упругости, сопротивлением растяжению при изгибе слоев из связных материалов и сдвигу для несвязных и пластично-связных материалов под действием нормальных и касательных сил. В соответствии с этим основными расчетными характеристиками слоев из асфальтобетона являются сопротивление растяжению при изгибе дорожной одежды от транспортных нагрузок и осевому растяжению при низкотемпературных усадках, сопротивление сдвигу от нормальных и касательных колесных нагрузок.
|
|
|
Таблица 1.1 |
|
|
Материалы слоёв дорожной одежды |
|||
|
|
|
|
|
Категория |
Верхний слой покрытия |
Нижний слой |
Основание |
|
дороги |
покрытия |
|||
|
|
|||
|
|
|
Горячие смеси для |
|
|
Горячие смеси для |
Горячие смеси |
пористого асфальто- |
|
I, II |
высокоплотного и плотного |
для пористого |
бетона марки II, |
|
|
асфальтобетонов типов А, Б, |
асфальтобетона |
высокопористого |
|
|
В и Г марки I |
марки I |
асфальтобетона |
|
|
|
|
марки I |
|
|
Горячие смеси для плотного |
|
|
|
|
асфальтобетона типов А, Б, |
То же марки II |
|
|
|
В, Г и Д марки II |
|
Горячие смеси для |
|
III |
|
Горячие смеси |
высокопористого |
|
Холодные |
для высоко- |
асфальтобетона |
||
|
||||
|
асфальтобетонные смеси |
пористого |
марки II |
|
|
типов Бх, Вх и Гх марки I |
асфальтобетона |
|
|
|
|
марки I |
|
|
|
Горячие смеси для плотного |
|
|
|
|
асфальтобетона типов Б, В, Г |
Горячие смеси |
|
|
IV |
и Д марки II. Холодные |
для пористого |
– |
|
асфальтобетонные смеси |
асфальтобетона |
|||
|
|
|||
|
типов Бх, Вх, Гх и Дх |
марки II |
|
|
|
марки II |
|
|
На сроки службы асфальтобетонных покрытий влияют также различия деформативных и теплофизических показателей покрытия и основания.
Чем больше различаются прочностные характеристики и линейное температурное расширение материалов покрытия и
7
основания, тем хуже их совместная работа под действием нагрузок, особенно при понижении температуры, когда возникает опасность развития температурных трещин.
Прочность и устойчивость асфальтобетона в покрытии.
Основными физико-механическими свойствами асфальтобетона в слоях дорожной одежды являются:
–прочность асфальтобетона при различных температурах, характеризующая сопротивление сжимающим силовым воздействиям при различных температурах;
–водостойкость, характеризующая потерю прочности асфальтобетона при водонасыщении;
–водонасыщение, характеризующее остаточную пористость материала;
–сдвигоустойчивость, характеризующая способность сопротивляться касательным напряжениям;
–трещиностойкость, характеризующая сопротивление растягивающим силовым воздействиям при низких температурах.
Однородность горячих смесей оценивается коэффициентом вариации предела прочности при сжатии при температуре 50 °С, а холодных смесей – коэффициентом вариации водонасыщения, которые должны соответствовать требованиям ГОСТ 9128 – 97. Методы определения показателей свойств асфальтобетона изложены в ГОСТ 12801 – 98.
Толщины слоев асфальтобетонного покрытия меняются мало:
–у двухслойного покрытия на двухслойном основании – верхний слой в пределах от 3,5 – 4 до 4 – 5 см, нижний слой в пределах
5 – 6 см;
–у двухслойного покрытия на однослойном основании – верхний слой в пределах от 3,5 – 4 до 4 – 5 см, нижний слой в пределах от 4 – 6 (5) до 8 см;
–у однослойного покрытия на двухслойном основании – слой покрытия не меняется – 5 см.
Толщины слоев основания изменяются в широких пределах [13], так как применяемые в слоях основания различные материалы имеют очень разные модули упругости, а также очень зависят от условий работы дорожной одежды (типа местности, типа увлажнения, толщины песчаного дополнительного слоя).
Решающим фактором выбора конструкции из нескольких равнопрочных является её стоимость в регионе, для которого конструкция дорожной одежды выбирается.
8
Дополнительными очень важными с точки зрения обеспечения прочности и надежности дорожной одежды факторами, определяющими выбор материалов и толщину слоев дорожной одежды, являются: сдвигоустойчивость асфальтобетона и других материалов с использованием органических вяжущих в слоях дорожной одежды, трещиностойкость слоев покрытия и основания.
Основное влияние на сдвигоустойчивость и трещиностойкость дорожной одежды и ее слоев оказывают климатические условия ее работы. Данные по климатическим условиям и ожидаемым температурам асфальтобетонного покрытия для ряда городов Российской Федерации (по СНиП 23–01– 99), входящих территориально в различные дорожно-климатические зоны, приведены в СНиП 2.05.02 –85.
Важной характеристикой полученной плотности покрытия является достигаемый коэффициент уплотнения, который вычисляют как отношение средней объёмной массы образцов, взятых из покрытия (кернов или вырубок), к средней объёмной массе образцов, переформованных из тех же кернов или вырубок [14]:
ky |
|
ср |
, |
(1.1) |
|
|
|||||
|
|
|
ст |
|
|
|
|
|
|
где ср средняя плотность образцов из покрытия, г/см3; ст средняя плотность переформованных образцов, г/см3.
Переформованные образцы изготовляют следующим образом. Образцынагреваютв термостатеилипесчаной бане. Нагретыйобразец размельчают, после чего полученную массу укладывают в формы и уплотняют на гидравлическом прессе.
Пресс включает в себя приспособление СоюздорНИИ для одновременного приготовления трёх образцов (рис. 1.2), которое представляет собой постоянно закреплённую на прессе кассету 4 с тремя взаимосвязанными цилиндрическими формами. Нижние вкладыши (пуансоны) 2 опираются шарнирно на нижнюю плиту пресса 1 и верхней частью введены в формы на глубину 2–3 см, верхние пуансоны 5 смонтированы на отдельном откидном приспособлении 6, шарнирно связанном с верхней плитой пресса 7. Кассета с формами заключена в коробку с масляным подогревающим устройством 3, с помощью которого поддерживают постоянную температуру стенок форм 60 – 110 °С. Для извлечения образцов из форм имеется специальное упорное устройство 8, также шарнирно связанное с верхней плитой 7. Для подъёма и опускания верхней плиты используют электродвигатель 9.
9