СибАДИНаправлен е 1. ТРАНСПОРТНОЕ

И СТРОИТЕЛЬНОЕ М ШИНОСТРОЕНИЕ

Секция 1.1. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ПРОЕКТИРОВ НИЯ

И ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕГАЗОВОЙ И ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

3

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИПРИКЛАДНЫЕИССЛЕДОВАНИЯМОЛОДЫХУЧЕНЫХ

Сборник материаловIII Международной научно-практической конференции

УДК 625.85.32

ПЕРСПЕКТИВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ СЕГРЕГАЦИИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

К.В. Беляев, магистрант гр. См-17МА1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

СибАДИАннотация. В статье рассмотрена одна их основных причин преждевременного разрушения асфальтобетонных покрыт й – сегрегация асфальтобетонной смеси на различных этапах строительства покрыт й. Пр водятся наиболее применяемые способы снижения сегрегации. В качестве перспект вного оборудования рассматриваются машины, осуществляющие дополнительную обработку смеси непосредственно перед её укладкой в покрытие. Рассмотрена конструкция, осуществляющая не только перемешивание смеси, но и дополнительную виброобработку, которая позволяет улучшить показатели удобоукладываемости и долговечности построенного покрытия.

Ключевые слова: асфальтоукладчик, асфальтобетонная смесь, перегружатель, виброобработка.

A PROMISING DESIGN OF EQUIPMENT TO ELIMINATE SEGREGATION

OF ASPHALT MIXTURES

K.V. Belyaev, student gr. См-17МА1

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Abstract. The article deals with one of the main causes of premature destruction of asphalt concrete coatings – segregation of asphalt concrete mixture at various stages of construction of coatings. The most used methods of reducing segregation are given. As a promising equipment are considered the machine performing additional processing of the mixture directly before laying the flooring. The design is considered, which carries out not only mixing of the mixture, but also additional vibration treatment, which allows to improve the indicators of workability and durability of the constructed coating.

Keywords: asphalt paver, asphalt concrete mix, reloader, vibration treatment.

Введение

Российская Федерация является одним из самых больших государств на планете. Развитость сети автомобильных дорог оказывает решающее значение на социально-экономические, военностратегические и др. аспекты развития государства. Большая протяжённость дорог требует громадных затрат на их строительство и содержание. В таких условиях, необоснованное уменьшение срока службы приводит к значительным потерям ресурсов, затраченных на строительство.

Фактором, оказывающим большое влияние на долговечность автомобильных дорог является качество строительства асфальтобетонных покрытий. Одним из свойств, влияющих на качество является сегрегация асфальтобетонной смеси. Различают два вида сегрегации – фракционную температурную.

Фракционная сегрегируемость смеси происходит в результате нарушения однородности по зерновому составу при отгрузке в накопительный бункер, загрузке в автосамосвалы, перевозке, выгрузке в приемный бункер асфальтоукладчика и укладке. Температурная сегрегация (рисунок 1) происходит в результате неравномерного остывания смеси в процессе её хранения, транспортирования, укладке и уплотнении [1].

При традиционной схеме строительства, в процессе загрузки асфальтобетонной смеси в кузов автосамосвала из бункера-накопителя асфальтобетонного завода, транспортирования и выгрузки в приёмный бункер асфальтоукладчика из кузова автосамосвала, происходит фракционная сегрегация асфальтобетонной смеси, в результате перемещения минеральных частиц более крупного размера к краям нижнего уровня кузова и приёмного бункера. Во время транспортирования, в кузове автосамосвала происходит более интенсивное остывание верхнего слоя смеси и в местах соприкосновения с днищем и бортами самосвала [2], по сравнению с частью смеси, расположенной в

4

Направление 1.Транспортноеистроительноемашиностроение

середине кузова, что вызывает объёмную температурную неоднородность асфальтобетонной смеси укладываемой на дорожное основание и ухудшение её технологических свойств (удобоукладываемость и удобоуплотняемость). В результате в уложенном слое образуются локальные участки, имеющие различный гранулометрический состав, температуру и уплотняемость. Сопротивляемость деформированию участков из остывшей смеси значительно выше, и рабочие органы уплотняющих машин не могут обеспечить требуемой плотности, как на других участках. В результате получается асфальтобетонное покрытие с разной плотностью и прочностью. С целью уменьшить сегрегацию, применяются различные способы.

СибАДИРисунок 1 – Температурная сегрегация, снятая инфракрасной камерой температурное поле поверхности

Основная часть

На стадии погрузки смеси в транспортное средство применяются различные схемы. Правильное выполнение этой операции предусматривает заполнение кузова несколькими порциями смеси вместо непрерывной полной загрузки. Порционная загрузка сокращает расстояние, на которое могут скатываться крупные зерна смеси, и таким образом сохраняет однородность смеси по зерновому составу (уменьшает сегрегацию смеси) [1].

Самосвал, независимо от его марки и длины кузова, должен загружаться несколькими замесами, которые располагают на разных участках кузова. Если самосвал загружается непосредственно из смесительной установки периодического действия, то требование загрузки несколькими замесами должно выполняться в обязательном порядке [2]. Для этого при загрузке самосвал должен смещаться после загрузки каждой из трех порций смеси. Первую порцию загружают в переднюю часть кузова. После этого самосвал подают вперед и загружают вторую порцию смеси к заднему борту. Третью порцию загружают в середину кузова между двумя предыдущими.

При длиннобазовом самосвале аналогичная процедура заполнения кузова выполняется пятью порциями: три первые – аналогично предыдущему варианту загрузки, четвертая и пятая – соответственно между первой третьей и второй и третьей порциями смеси. Такая последовательность загрузки позволяет свести к минимуму сегрегацию смеси и исключить клиновидность формы смеси, способствующую ее переохлаждению.

Сегрегация смеси может иметь место и при загрузке самосвала за один прием из накопительного бункера. В этом случае смесь принимает форму конуса. Более крупные зерна смеси будут скатываться вниз. Сегрегация может быть сведена к минимуму посредством загрузки самосвала и бункера несколькими порциями по аналогии с загрузкой из асфальтобетонной установки. Несмотря на то, что загрузка смеси в несколько приемов требует большего времени, чем загрузка за один прием, такой способ загрузки обязателен, т. к. асфальтобетонные смеси имеют тенденцию к сегрегации.

Для равномерного заполнения кузова никогда не следует принимать метод загрузки за один прием с одновременным продвижением самосвала под бункером. При такой схеме загрузки крупные зерна смеси будут непрерывно скатываться по образующейся поверхности в направлении заднего борта. В результате в асфальтобетонном слое будут появляться участки сегрегировавшей смеси с регулярностью ее объема, доставляемого самосвалом.

Практически всегда оператор асфальтобетонной установки, особенно в тех случаях, когда самосвал стоит на весах под бункером, стремится заполнить кузов до его номинальной грузоподъемности. Несмотря на то, что такая загрузка экономически выгодна, никогда не следует догружать смесь из

5

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИПРИКЛАДНЫЕИССЛЕДОВАНИЯМОЛОДЫХУЧЕНЫХ

Сборник материаловIII Международной научно-практической конференции

бункера до номинальной грузоподъемности малыми порциями в уже загруженный самосвал. Загрузка малыми порциями из бункера существенно повышает риск сегрегации смеси [1, 2].

При загрузке тремя порциями сегрегация значительно уменьшается (рис. 2, б), особенно если первая и вторая порции выгружены вблизи концов кузова так, что предотвращается скопление крупных зерен впереди и позади. Рекомендуется передвигать самосвал так, чтобы первая порция смеси загружалась как можно ближе к передней границе кузова, вторая – к его задней границе, а третья – посредине (рис. 2, б). При таком способе загрузки сокращается длина возможного «пробега» крупных зерен. Если же смесь была загружена за один прием (рис. 2, а), то сегрегацию можно уменьшить, быстро выгрузив смесь из самосвала в бункер асфальтоукладчика путем опрокидывания

под большим углом, не открывая задний борт. СибАДИРисунок 2 – Загрузка смеси в кузов:

а – при загрузке одной порцией крупные зёрна скатываются к бортам; б – при загрузке тремя порциями сегрегация уменьшается

Чтобы збежать температурной сегрегации, применяют кузова с подогревом, а также осуществляют перемеш ван е перед подачей в приемный бункер укладчика, в частности с помощью перегружателей. Другой пр ч ной является привычка часто «хлопать» боковыми стенками («крыльями»). Если это делать после каждого выгруженного самосвала, можно, кроме сегрегации крупных зерен, получить «холодные пятна», отстоящие друг от друга почти на равных расстояниях вдоль уложенной полосы, поскольку смесь в «крыльях» сильно охлаждается, пока укладывают остальную ее часть [2].

Измерения показали, что даже если температура «холодного пятна» всего на 14 °С меньше средней температуры смеси, выходящей из асфальтоукладчика, то после уплотнения в районе пятна воздушная пористость асфальто етона на 2 % более превышает среднюю, т.е. при средней пористости асфальтобетона в покрытии 5 % она получится в зоне «холодного пятна» больше 7 % [1], а это приведет к преждевременному появлению локальных повреждений покрытия.

Новый шаг в технологии строительства асфальтобетонных покрытий был сделан в 1987 г., когда в США появился мобильный перегружатель – shuttle buggy [1]. Он представляет собой передвижной бункер-накопитель (рис. 3), который дополнительно перемешивает асфальтобетонную смесь с помощью шнека непосредственно перед ее подачей в бункер асфальтоукладчика.

Рисунок 3 – Перегружатель асфальтобетонной смеси SB-2500

6

Направление 1.Транспортноеистроительноемашиностроение

Перемешивая материал в бункере, мобильный перегружатель выравнивает температуру и состав по всему объему смеси, ликвидируя фракционную и температурную сегрегацию. Поскольку из перегружателя смесь поступает в бункер укладчика по конвейерной ленте, без непосредственного контакта между ними, то отсутствуют удары, нарушавшие равномерное движение укладчика и тем самым существенно ухудшавшие плотность и ровность покрытия. Считают, что во избежание сегрегации приемный бункер движущегося асфальтоукладчика следует поддерживать все время заполненным смесью не менее чем на 25 % [1].

Однако введение в технологический процесс строительства дополнительной машины увеличивает стоимость производства работ и их энергоёмкость, и наиболее целесообразен для больших объектов, где требуется высокая производительность укладки.

СибАДИВ работе [3] предложен способ повышения однородности асфальтобетонной смеси устройством, расположенным на асфальтоукладчике, что позволяет улучшить её показатели удобоукладываемости и удобоуплотняемости, повыс ть качество укладываемого покрытия (рисунок 4).

Рисунок 4 – Асфальтоукладчик, оснащённый устройством повышения однородности асфальтобетонной смеси

1 – асфальтоукладчик, 2 – приёмный бункер; 3, 4 – опоры шнеков; 5 – шнек; 6 – привод вращения шнеков; 7 – регулировочная заслонка; 8 – защитный козырёк; 9 – вибролоток; 10 – ограничители.

а

Рисунок 4 – Питатель-смеситель асфальтоукладчика а) вид сверху; б) сечение.

7

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИПРИКЛАДНЫЕИССЛЕДОВАНИЯМОЛОДЫХУЧЕНЫХ

Сборник материаловIII Международной научно-практической конференции

В предложенном устройстве изменён питатель-смеситель асфальтоукладчика. Он содержит несколько шнеков в бункере, при этом по краям винтовой поверхности шнеков установлены лопасти – побудители перемешивания, увеличивающие диаметр шнека на высоту побудителя h = (2-3)dmax и шириной b = (3-5)dmax, (dmax – максимальный размер минерального заполнителя смеси), установленные через ¼ шага шнека, а сами шнеки установлены таким образом, чтобы при вращении побудители одного шнека заходили в рабочую полость соседнего шнека, в направлении противоположном движению асфальтоукладчика шнеки наклонены вверх под углом , а на выходе из зоны транспортирования и перемешивания смеси установлен вибрационный лоток, наклонённый вниз по ходу движения укладчика под углом =5…14 к поверхности укладываемого слоя смеси, в

где Dосн – основной д аметр шнека, мм, определяемый в зависимости от требуемой производительности асфальтоукладчика; h – высота побудителя, мм.

Межосевое расстоян е между шнеками Lо равно основному диаметру шнека Lо= Dосн. Длина шнека Lш, должна ыть не менее Lш ≥ 4Dш, длина вибрационного лотка

где L – общая дл на п тателя.

Днище бункера под шнеками выполнено рельефным, повторяющим траекторию движения побудителей, для устранен я «мёртвых зон» между шнеками, при этом, чтобы избежать заклинивания частиц минерального заполн теля, зазор между шнеком и днищем составляет m=(0,3-0,4)dmax.

Угол подъёма шнеков определяется углом наклона вибролотка , длиной шнека и вибролотка по

При вращении шнека, его по удители заходят в зону действия соседнего шнека, и забирают из неё асфальтобетонную смесь, в результате осуществляется не только разрушение образовавшихся конгломератов, но также их перемешивание, что позволяет устранить зерновую сегрегацию. Перемешав смесь, шнеки подают её на вибролоток для дальнейшего увеличения однородности гранулометрического состава и температуры.

В процессе виброобработки, между частицами смеси постоянно происходит образование и разрушение связей. За счёт этого крупные агрегаты распадаются на отдельные зёрна. Низкочастотное вибрирование смеси без пригруза создаёт эффект «кипящего» слоя [4], в котором перемешивание происходит наиболее эффективно. В результате виброобработки асфальтобетонной смеси она приобретает высокие показатели удобоукладываемости и удобоуплотняемости.

Вибролоток совершает колебания с частотой в диапазоне 17-26 Гц, с амплитудой 0,8-1,43 мм в зависимости от типа укладываемой смеси, (таблица) [4] и наклонён вниз по ходу движения асфальтоукладчика под углом =5-14 , для обеспечения необходимой производительности подачи асфальтобетонной смеси.

Таблица – Технологические режимы дополнительного вибродомешивания асфальтобетонной смеси

В предлагаемом способе изменена традиционная схема подачи асфальтобетонной смеси, с целью повышения её однородности.

После выгрузки смеси в бункер производится разрушение крупных агрегатов остывшей смеси и их перемешивание витками и побудителями шнеков, одновременно её транспортирование и перемешивание между шнеками побудителями, установленными на витках, что обеспечивает снижение фракционной и температурной сегрегации.

8

Направление 1.Транспортноеистроительноемашиностроение

Далее, со шнеков смесь попадает на вибрационный лоток, который совершает колебания с частотой и амплитудой, в зависимости от типа укладываемой смеси (таблица) и наклонён вниз по ходу движения асфальтоукладчика под углом =5-14 к поверхности укладываемого слоя смеси (в зависимости от производительности укладчика). Толщина слоя смеси на лотке регулируется заслонкой, установленной после шнека.

Под вибрационным воздействием асфальтобетонная смесь дополнительно подвергается интенсивному перемешиванию, с разрушением агрегатов и перераспределением битума в объёме смеси, которая становится более однородной и пластичной. После виброобработки, смесь поступает к распределительному шнеку.

Заключение

СибАДИИспользование новых элементов питателя-смесителя асфальтоукладчика представлено последовательно установленными транспортирующими шнеками с побудителями, увеличивающими диаметр шнека, входящ ми в зону действия соседних шнеков, и вибрационного лотка, наклонённого к горизонтальной поверхности укладываемого слоя под углом =5-14 , который совершает колебания с частотой 17-26 Гц, и амплитудой 0,8-1,43 мм. Установлено, что виброобработка позволяет повыс ть прочность асфальтобетона на 30-60% при температуре 20 С, и в 1,7-2 раза при температуре 50 [5].

Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить сегрегацию асфальтобетонной смеси оборудован ем, расположенном на асфальтоукладчике, повысить прочность и долговечность асфальтобетонных покрыт й.

Библиограф ческ й сп сок

1. Радовск й, Б.С. Сегрегац я асфальто етонных смесей и методы борьбы с ней в США. Дорожная техника, технология: каталог-справочн к / Б.С. Радовский. – СПб.: ИД «Славутич», 2007. – С. 26–40.

2. Пермяков, В.Б. Технолог ческ е машины и комплексы в дорожном строительстве (производственная и

снижения температурной и фракционной сегрегации асфальтобетонной смеси оборудованием, расположенном на асфальтоукладчике / Беляев К.В., Пермяков В. Б., Бахмет И.В. заявитель и патентообладатель ФГОУ ВО Сибирский государственный автомо ильно-дорожный университет. 2017109796, заявл. 23.03.2017; опубл. 04.04.2018 Бюл. №10

4. Давыдов, В.Н. Дополнительное ви роперемешивание асфальтобетонных смесей перед их уплотнением – путь к снижению вяжущего и повышения качества асфальтового бетона в изделиях и покрытиях / В.Н. Давыдов // Омский научный вестник. – 2004. – Вып. №1. – С. 89-92.

5. Маслов, А.Г. Научные основы и разработка поличастотных вибрационных машин для обработки и уплотнения асфальтобетонных и цементобетонных смесей: втореф. дис.… доктора техн. наук: 05.05.04 / А.Г. Маслов: Харьковский гос. политехнический ун-т. Кременчугский филиал. – Кременчуг, 1994 г. – 51 с.

Научный руководитель – Пермяков В.Б., д-р техн. наук, профессор кафедры «Эксплуатация сервис транспортно-технологических машин и комплексов в строительстве» ФГБОУ ВО «СибАДИ»

9