Методическое пособие 735

асфальтоукладчика. Температура смеси в зоне стыка зависит от времени между укладками смеси в смежные полосы покрытия. Повышение длины полосы укладки при постоянной скорости асфальтоукладчика приводит к увеличению времени укладки смеси на одной полосе, что приводит к снижению температуры смеси в зоне стыка полос. В этом случае продолжительность охлаждения асфальтобетонной смеси на крае полосы покрытия с учетом обеспечения температурных режимов горячей смеси определяется зависимостью

где L — длина захватки, м; vук — скорость укладки горячей смеси, м/мин; vтр — транспортная скорость асфальтоукладчика, м/мин; τпов — время на перемещении асфальтоукладчика с одной полосы на другую, мин.

При устройстве покрытия нежесткого типа соблюдается принцип непрерывности технологических процессов при работе механизированного звена машин. Установлено, что для соблюдения безопасных условий работы уплотняющих машин при укатке каток не должен приближаться ближе 1,0—1,5 м к выглаживающей плите асфальтоукладчика, а длина захватки катком должна быть в пределах 3—5 длины самого катка [9, 10]. Анализ параметров дорожных катков показал, что длина катков составляет 5—6 м, следовательно, минимальная длина участка укладки асфальтоукладчиком должна соответствовать 15—30 м (с учетом разгона и торможения).

С учетом сказанного выше необходимо обеспечить требуемые температурные режимы горячей асфальтобетонной смеси. Технологией работ предусматривается, что при уплотнении первой полосы вальцы катка не должны приближаться более чем на 10 см к кромке первой полосы [13, 19]. Начало уплотнения сопряженной полосы необходимо начинать по продольному шву. По результатам исследований установлено, что за счет передачи тепла в зоне стыка полос ее край дополнительно прогревается до 20 °С. Это позволяет сделать вывод, что уплотнение смеси на стыке полос необходимо выполнять после достижения максимального значения температуры в этой зоне в отличие от существующих рекомендаций ВСН 14-95, согласно которым уплотнять горячую смесь необходимо сразу после укладки сопряженного слоя покрытия.

Звено уплотняющих машин выбирается из условия обеспечения качества уплотнения смеси с учетом обеспечения температурных режимов. Общая длина захватки механизированного звена машин определяется зависимостью

где vук — рабочая скорость асфальтоукладчика, м/мин; τстр — время охлаждения горячей смеси в заданном температурном интервале, зависящем от типа смеси и марки битума, мин.

При устройстве покрытия с укладкой смеси на всю его ширину, при раздельной укладке полос и при одновременной укладке несколькими асфальтоукладчиками между длиной укладываемой полосы и скоростью асфальтоукладчика существует линейная зависимость. При укладке со смещением полос производительность асфальтоукладчика снижается за счет перемещения его с одной захватки на другую, что влияет на среднюю скорость укладки смеси и приводит к снижению его эффективности [13, 20].

Тогда длина полосы укладки в зависимости от температуры смеси при доставке к месту производства работы и температуры окончания укладки будет определяться как

где L — длина полосы укладки горячей смеси, м; τ — продолжительность укладки горячей смеси с учетом температурных режимов горячей смеси, мин; τп — время на перемещение асфальтоукладчика с одной полосы на другую, мин; vук — скорость укладки горячей смеси.

51

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

С учетом полученных зависимостей (см. табл.) и данных, представленных в работе [13], для заданного типа смеси и марки битума на рис. 10, 11 графически представлены результаты расчетов длины полосы укладки асфальтобетонной смеси при совместной работе двух асфальтоукладчиков с учетом условия обеспечения температурных режимов смеси в зоне стыка сопряженных полос.

Рис. 10. Зависимость длины полосы укладки горячей смеси от температуры воздуха при разных температурах смеси при укладке

(тип А, битум марки 60/90, толщина слоя полосы — 0,05 м, температура воздуха — 20 °С): 1 — температура при укладке — 160 С; 2 — 150 С; 3— 140 С; 4 — 130 С

Рис. 11. Зависимость длины полосы укладки горячей смеси от температуры горячей смеси при разной толщине слоя покрытия (тип А, битум марки 60/90, температура воздуха — 20 °С):

1 — при толщине слоя покрытия 0,03 м; 2 — 0,05 м; 3 — 0,07 м

Из представленных данных на рис. 10, 11 видно, что длина полосы укладки горячей асфальтобетонной смеси с учетом обеспечения температурных режимов в зоне стыка полос зависит не только от температуры воздуха, что учитывается рекомендациями ВСН 14-95 и ТР 103-00, но и от темпа охлаждения смеси.

Укладка горячей смеси в смежные полосы покрытия при совместной работе двух асфальтоукладчиков без учета обеспечения температурных режимов смеси в зоне стыка способствует образованию дефектов покрытия в процессе эксплуатации дороги. В качестве примера на рис. 12 представлены результаты моделирования распределения температуры смеси в зоне сопряжения полос при разных значениях температуры воздуха.

Из данных, представленных на рис. 12а видно, что при рабочей скорости асфальтоукладчика 2 м/мин и времени распределения смеси 10 мин смещение в плане асфальтоукладчиков между собой составляет 20 м, что соответствует принятым рекомендациям ВСН 14-95 и ТР 103-00. В то же время в зоне стыка полос возникают незначительные по длине участки, где нарушаются температурные режимы смеси при уплотнении, что и является причиной образования дефектов в рассматриваемой зоне. При значительном смещении асфальтоукладчиков между собой (рис. 12б) в процессе эксплуатации покрытия возникают участки со значительной протяженностью. Практика показывает, что такие участки покрытия требуют ремонтных работ уже через год эксплуатации дороги.

Учитывая вышесказанное, для повышения качества строительства многополосных покрытий нежесткого типа и устранения дефектов в зоне стыка сопряженных полос необходи-

52

мо оптимизировать смещение асфальтоукладчиков между собой во времени с учетом применяемых смесей и условий производства работ.

а)

Температура, 0С

Время, мин

б)

Температура, 0С

Время, мин

Рис. 12. Распределение температуры асфальтобетонной смеси в зоне стыка полос (скорость асфальтоукладчика — 2 м/мин, толщина слоя — 0,05 м, скорость ветра — 0 м/с, смесь типа А, битум марки 40/60 и 60/90):

а) температура воздуха — 5 С; б) температура воздуха — 20 С; 1 — температура в зоне стыка первой полосы, 0С; 2 — температура смеси в зоне второй полосы, 0С;

3 — температура начала укладки, 0С; 4 — температура окончания уплотнения, 0С

Выводы

1.Существующие рекомендации по определению длины полосы укладки асфальтобетонной смеси при устройстве сопряженных полос покрытия не полностью учитывают условия производства работ, влияющие на темп охлаждения горячей асфальтобетонной смеси.

2.Для обеспечения качества уплотнения при устройстве покрытия отдельными полосами температура нагрева края асфальтобетона в зоне стыка сопряженных полос должна составлять 100—110 °С.

3.При определении длины полосы укладки асфальтобетонной смеси двумя и более асфальтоукладчиками, а также при устройстве смежных полос одним асфальтоукладчиком с перемещением его с одной полосы на другую необходимо учитывать темп охлаждения горячей смеси, зависящий от условий производства работ.

Библиографический список

1.Алексиков, С. В. Укладка горячих асфальтобетонных смесей при ремонте покрытий городских дорог / С. В. Алексиков, О. Ю. Абдулжалилов, М. О. Карпушко // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Строительство и архитектура. — 2010. — № 17. — С. 35—42.

2.Алиев, А. М. Строительство автомобильных дорог и аэродромов. Т. 2 / А. М. Алиев. — М.: Академия, 2013. — 340 с.

3.Гиясов, Б. И. Расчет температуры асфальтобетона при устройстве стыков многополосных дорожных покрытий нежесткого типа / Б. И. Гиясов, Р. В. Куприянов, К. А. Андрианов, А. Ф. Зубков // Вестник МГСУ. — 2015. — № 3. — С. 17—29.

53

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

4.Гиясов, Б. И. Определение температуры нагрева поверхности выбоины дорожного покрытия при производстве ремонтных работ с применением горячих асфальтобетонных смесей / Б. И. Гиясов, А. Ф. Зубков, К. А. Андрианов // Вестник МГСУ. — 2014. — № 11. —С. 118—127.

5.Горелышев, Н. Г. Технология и организация строительства автомобильных дорог / Н. Г. Горелышев. — М.: Интеграл, 2013. — 551 с.

6.Емельянов, Р. Т. Исследование процесса уплотнения а/б-смеси по ширине укладки / Р. Т. Емельянов, А. П. Прокопьев, А. С. Климиов // Строительные и дорожные машины. — 2009. — № 7. — С. 1—5.

7. Зубков, А. Ф. Технология строительства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог / А. Ф. Зубков. — М.: Машиностроение, 2009. — 223 с.

8.Зубков, А. Ф. Технология строительства многополосных дорожных покрытий нежесткого типа / А. Ф. Зубков, В. Г. Однолько, Р. В. Куприянов. — М.: ИД «Спектр», 2015. — 232 с.

9.Зубков, А. Ф. Рекомендации по разработке технологических процессов строительства покрытий из горячих асфальтобетонных смесей / А. Ф. Зубков, К. А. Андрианов // Устойчивое развитие городов и инновации жилищно-коммунального комплекса: материалыV Междунар. науч.-практ. конф. — М., 2007. —С. 132—137.

10.Ищенко, И. С. Технология устройства и ремонта асфальтобетонных покрытий / И. С. Ищенко, Т. Н. Калашникова, Д. А. Семенов — М.: Аир-Арт, 2001. — 169 с.

11.Свидетельство № 20066113129 о гос. регистрации программы для ЭВМ. Моделирование и расчет температурных режимов дорожных одежд нежесткого типа в нестационарных условиях / Зубков А. Ф.; опубл. 9.09.2006.

12.Свидетельство № 2014660637 о гос. регистрации программы для ЭВМ / Куприянов Р. В; опубл.

13.10.2014.

13.Справочная энциклопедия дорожника: в 2 т. / под ред. А. П. Васильева. — М.: Информавтодор, 2004. — Т. I. Строительство и реконструкция автомобильных дорог. — 505 с; Т. II. Ремонт и содержание автомобильных дорог. — 507 с.

14.Цупиков, С. Г. Справочник дорожного мастера. Строительство, эксплуатация и ремонт автомобильных дорог / С. Г. Цупиков. — М.: Инфра-Инжененрия, 2009. — 924 с.

15.Büchler, S. Modellierung des Kälteverhaltens von Asphalten / S. Büchler, M. P. Wistuba // Strasse und

Autobahn. — 2012. — № 4. — S. 233—240.

16. Evdorides, H. T. A knowledge-based analyses process for road pavement condition assessment /

H.T. Evdorides, M. S. Snaitin // Proc. Insin. Civ. Engrs. Transp. — 1996. — Vol. 117. — P. 202—210.

17.Hofko, B. Einfluss der Verdichtungsrichtung auf das mechanische Verhalten von Asphaltprobekörpern aus walzsegmentverdichteten Platten / B. Hofko, R. Blab // Straße und Autobahn. — 2013. — № 7. — P. 522—530.

18.Lynne, F. Road: Massive impact / Lynne Fort // Roads & Bridges. — 2014. — № 5. — P. 28.

19.Snyder, Russell W. Asphalt Paving: Smoothing nerves / Russell W. Snyder // Roads & Bridges. — 2014. — № 3. — P. 42—46.

20.Wellner, F. Auswirkung der Alterung und des Schichtenverbundes auf den Beanspruchungs zustand von Asphaltbefestigungen / F. Wellner, S. Werkmeister, D. Ascher // Strasse und Autobahn. — 2012. — № 7. — P. 430— 437.

References

1. Aleksikov, S. V. Ukladka goryachikh asfal'tobetonnykh smesei pri remonte pokrytii gorodskikh dorog / S. V. Aleksikov, O. Yu. Abdulzhalilov, M. O. Karpushko // Vestnik VolgGASU. Ser.: Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2010. — № 17. — S. 35—42.

2.Aliev, A. M. Stroitel'stvo avtomobil'nykh dorog i aerodromov. T. 2 / A. M. Aliev. — M.: Akademiya, 2013. — 340 s.

3.Giyasov, B. I. Raschet temperatury asfal'tobetona pri ustroistve stykov mnogopolosnykh dorozhnykh pokrytii nezhestkogo tipa / B. I. Giyasov, R. V. Kupriyanov, K. A. Andrianov, A. F. Zubkov // Vestnik MGSU. — 2015. —

№3. — S. 17—29.

4.Giyasov, B. I. Opredelenie temperatury nagreva poverkhnosti vyboiny dorozhnogo pokrytiya pri proiz-

vodstve remontnykh rabot s primeneniem goryachikh asfal'tobetonnykh smesei / B. I. Giyasov, A. F. Zubkov,

K.A. Andrianov // Vestnik MGSU. — 2014. — № 11. — S. 118—127.

5.Gorelyshev, N. G. Tekhnologiya i organizatsiya stroitel'stva avtomobil'nykh dorog / N. G. Gorelyshev. — M.: Integral, 2013. — 551 s.

6. Emel'yanov, R. T. Issledovanie protsessa uplotneniya a/b-smesi po shirine ukladki / R. T. Emel'yanov,

A.P. Prokop'ev, A. S. Klimiov // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. — 2009. — № 7. — S. 1—5.

7.Zubkov, A. F. Tekhnologiya stroitel'stva asfal'tobetonnykh pokrytii avtomobil'nykh dorog / A. F. Zubkov. — M.: Mashinostroenie, 2009. — 223 s.

8. Zubkov, A. F. Tekhnologiya stroitel'stva mnogopolosnykh dorozhnykh pokrytii nezhestkogo tipa / A. F. Zubkov, V. G. Odnol'ko, R. V. Kupriyanov. — M.: ID «Spektr», 2015. — 232 s.

54

9.Zubkov, A. F. Rekomendatsii po razrabotke tekhnologicheskikh protsessov stroitel'stva pokrytii iz goryachikh asfal'tobetonnykh smesei / A. F. Zubkov, K. A. Andrianov // Ustoichivoe razvitie gorodov i innovatsii zhilish- chno-kommunal'nogo kompleksa: materialyV Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. — M., 2007. — S. 132—137.

10.Ishchenko, I. S. Tekhnologiya ustroistva i remonta asfal'tobetonnykh pokrytii / I. S. Ishchenko, T. N. Kalashnikova, D. A. Semenov — M.: Air-Art, 2001. — 169 s.

11.Svidetel'stvo № 20066113129 o gos. registratsii programmy dlya EVM. Modelirovanie i raschet temperaturnykh rezhimov dorozhnykh odezhd nezhestkogo tipa v nestatsionarnykh usloviyakh / Zubkov A. F.; opubl. 9.09.2006.

12.Svidetel'stvo № 2014660637 o gos. registratsii programmy dlya EVM / Kupriyanov R. V; opubl.

13.10.2014.

13.Spravochnaya entsiklopediya dorozhnika: v 2 t. / pod red. A. P. Vasil'eva. — M.: Informavtodor, 2004. — T. I. Stroitel'stvo i rekonstruktsiya avtomobil'nykh dorog. — 505 s; T. II. Remont i soderzhanie avtomobil'nykh dorog. — 507 s.

14.Tsupikov, S. G. Spravochnik dorozhnogo mastera. Stroitel'stvo, ekspluatatsiya i remont avtomobil'nykh dorog / S. G. Tsupikov. — M.: Infra-Inzhenenriya, 2009. — 924 s.

15.Büchler, S. Modellierung des Kälteverhaltens von Asphalten / S. Büchler, M. P. Wistuba // Strasse und

Autobahn. — 2012. — № 4. — S. 233—240.

16. Evdorides, H. T. A knowledge-based analyses process for road pavement condition assessment /

H.T. Evdorides, M. S. Snaitin // Proc. Insin. Civ. Engrs. Transp. — 1996. — Vol. 117. — P. 202—210.

17.Hofko, B. Einfluss der Verdichtungsrichtung auf das mechanische Verhalten von Asphaltprobekörpern aus walzsegmentverdichteten Platten / B. Hofko, R. Blab // Straße und Autobahn. — 2013. — № 7. — P. 522—530.

18.Lynne, F. Road: Massive impact / Lynne Fort // Roads & Bridges. — 2014. — № 5. — P. 28.

19.Snyder, Russell W. Asphalt Paving: Smoothing nerves / Russell W. Snyder // Roads & Bridges. — 2014. — № 3. — P. 42—46.

20.Wellner, F. Auswirkung der Alterung und des Schichtenverbundes auf den Beanspruchungs zustand von Asphaltbefestigungen / F. Wellner, S. Werkmeister, D. Ascher // Strasse und Autobahn. — 2012. — № 7. — P. 430— 437.

INFLUENCE OF CONDITIONS OF WORK

FOR A LONG STRIP ASPHALT PAVING MIXTURES

AT THE DEVICE MULTIBAND ROAD COATINGS

A. F. Zubkov, K. A. Andrianov, R. V. Kupriyanov

Tambov State Technical University

Russia, Tambov, tel.: (4752) 63-09-20, 63-03-72, e-mail: gsiad@mail.tambov.ru

A. F. Zubkov, D. Sc. in Engineering, Prof. of Dept. of Urban Construction and Highways

K. A. Andrianov, PhD in Engineering, Assoc. Prof., Head of Dept. of Urban Construction and Highways R. V. Kupriyanov, Engineer

Statement of the problem. In designing multiband road coatings at the junction of adjoining bands there are degrading characteristics of asphalt concrete compared to the major band surface, which causes premature rutting and cracks. In order for the qualityof construction to be high, the optimal length of the laying band should be identified in designing multiband coatings using an asphalt concrete mix considering the cooling rate and construction conditions.

Results. The results of the studies to determine the length of the strip laying asphalt mix, depending on the device coatings strips technology and production conditions of work are presented. The causes of defects in coating the junction area conjugate coating strips areaccounted for.

Conclusions. According to the research it is found that for determining the length of the strip laying asphalt mixture under separate coating strips of the device in order to ensure the quality of compaction adjacent strips the rate of cooling the mixture must be considered, which current recommendations do not fullytake into account.

Keywords: asphalt coating, multiband coating, adjoining strips, temperature of the mixture, conditions of production works.

55

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

УДК 693.78

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ ДВУМЯ АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКАМИ

Р. В. Куприянов, К. А. Андрианов, А. Ф. Зубков

Тамбовский государственный технический университет

Россия, г. Тамбов, тел.: (4752)63-09-20, 63-03-72, e-mail: gsiad@mail.tambov.ru

Р. В. Куприянов, инженер К. А. Андрианов, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой городского строительства и автомобильных дорог

А. Ф. Зубков, д-р техн. наук, проф. кафедры городского строительства и автомобильных дорог

Постановка задачи. Рассматривается задача определения температуры окончания эффективного уплотнения щебеночно-мастичного асфальтобетона. Устанавливается зависимость продолжительности технологических операций по укладке и уплотнению щебеночно-мастичного асфальтобетона при устройстве дорожных покрытий в зависимости от условий производства работ.

Результаты. Представлены результаты испытаний по определению температуры окончания эффективного уплотнения щебеночно-мастичного асфальтобетона. Установлено, что для ще- беночно-мастичного асфальтобетона нижняя температурная граница составляет 110—115 0С, что значительно выше температуры для горячих асфальтобетонных смесей. Качество асфальтобетонного покрытия на стыке сопрягаемых полос зависит от температуры смесей при укладке и уплотнении, а также определяется погодными условиями и временем смещения асфальтоукладчиков при совместной работе. Предлагается аналитическая зависимость для определения времени смещения асфальтоукладчиков с учетом обеспечения температурных режимов смесей при укладке и уплотнении.

Выводы. Установлена нижняя эффективная температурная граница уплотнения щебеночномастичной асфальтобетонной смеси, которая соответствует 115—110 °С. Доказано, что при устройстве многополосных покрытий нежесткого типа необходимо учитывать разницу в температуре горячей смеси по оси и краю полосы покрытия. Показано, что длина полосы укладки горячей смеси зависит от скорости асфальтоукладчика и продолжительности нахождения смеси в заданном температурном интервале с учетом свойств смеси.

Ключевые слова: щебеночно-мастичный асфальтобетон, температура, время смещения асфальтоукладчиков в плане при совместной работе, стык сопрягаемых полос покрытия.

Введение. Повышение интенсивности движения транспортных средств способствует снижению пропускной способности дорог. Для повышения пропускной способности и обеспечения безопасности движения возникает необходимость устройства многополосных дорожных покрытий, строительство которых предусматривает укладку и уплотнение асфальтобетонных смесей несколькими полосами в одном направлении.

В свою очередь, рост интенсивности движения и повышение осевой нагрузки от автомобилей на дорожные конструкции приводят к повышенному износу и разрушению дорожных покрытий, что способствует снижению транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дорог и требует привлечения дополнительных инвестиций для приведения дорог в нормативное состояние. Отмеченные тенденции предъявляют повышенные требования к эксплуатационным характеристикам асфальтобетонных покрытий, применению новых материалов, разработке новых и совершенствованию существующих технологий.

Разновидностью горячего асфальтобетона является щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА), который содержит 70—80 % щебня с улучшенной кубовидной формой зерен, способствующей созданию устойчивого каркаса покрытия при уплотнении.

© Куприянов Р. В., Андрианов К. А., Зубков А. Ф., 2016

56

При разработке технологии устройства покрытия с применением ЩМА используют опыт строительства дорожных покрытий для горячих асфальтобетонных смесей без учета особенности температурных режимов смесей [2].

Нормативным документом ГОСТ 31015—2002 установлена температура смеси при отгрузке потребителю и предельная температура при укладке. В то же время температура окончания процесса уплотнения не определена, что приводит в некоторых случаях к достижению недостаточной плотности асфальтобетона при устройстве дорожных покрытий.

Установлено, что между плотностью асфальтобетона и его прочностью, остаточной пористостью и водонасыщением существует прямая зависимость [8, 12]. С технологической точки зрения для достижения требуемых характеристик асфальтобетона при устройстве покрытия необходимо обеспечить эффективные температурные режимы укладки, начала и окончания уплотнения слоя покрытия, а также продолжительность работы уплотняющих машин [3—5, 11].

1. Экспериментальное обоснование поставленной задачи. С целью уточнения тем-

пературы асфальтобетона окончания эффективного уплотнения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси (ЩМАС) проведены исследования по методике, описанной в работах [3, 4]. За критерий принималось время, необходимое для достижения заданной плотности образца при разных температурах начала уплотнения горячей смеси. Полученные результаты представлены на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость времени действия нагрузки от температуры

при заданной плотности асфальтобетона

(h = 70мм, D = 70 мм, P = 40 МПа,

S = 3 мм/мин, битум марки БНД 60/90): 1 — ЩМА-15, ЩМА-20; 2 — ЩМА-10

Из представленных результатов видно, что в интервале температур 170—110 °С для смесей ЩМА-15 и ЩМА-20 время для обеспечения заданной плотности образца практически не меняется. Для смеси ЩМА-10 температурный интервал составляет 170—115 °С. При понижении температуры горячей смеси ниже 110—115 °С время начинает интенсивно возрастать. На основании этого можно сделать вывод, что минимальная температура эффективного уплотнения горячей ЩМАС соответствует температуре в пределах 110—115 °С, что значительно выше, чем при применении горячих смесей [5, 10, 17—22]. Это подтверждено практикой строительства покрытий с применением ЩМА. Следовательно, температура уплотнения ЩМАС выше, чем при использовании горячих асфальтобетонных смесей. Так, температура окончания уплотнения для горячего асфальтобетона равна 80 ºС.

Повышенное содержание щебня в ЩМА способствует изменению теплофизических параметров смеси, что влияет на продолжительность укладки и уплотнения слоя смеси. Известно, что горячая смесь независимо от ее типа и толщины слоя наиболее интенсивно охлаждается непосредственно после ее распределения по нижележащему слою дорожной конструкции [5]. Продолжительность интенсивного охлаждения смеси в зависимости от толщины укладываемого слоя находится в пределах от 5 до 20 мин. С уменьшением толщины слоя при укладке, а также увеличением разницы между температурами смеси при укладке и основания темп охлаждения смеси возрастает, что влияет на время, в пределах которого температура смеси соответствует температурным режимам.

При одновременной работе нескольких асфальтоукладчиков монолитность продольного шва обеспечивается за счет смещения одной машины относительно другой на расстояние 10—30 м [13, 14]. В то же время для обеспечения безопасных условий работы уплотняющих

57

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

машин длина рабочей захватки катком должна быть в пределах 3,0—3,5 длины самого катка. С учетом данных условий для обеспечения качества уплотнения в зоне сопряжения полос необходимо обеспечить требуемые температурные режимы горячей асфальтобетонной смеси. При укладке второй полосы покрытия за счет передачи тепла от горячей смеси нового слоя асфальтобетонная смесь первой полосы в зоне сопряжения полос дополнительно прогревается. Это позволяет при определенных условиях производства работ обеспечить соблюдение установленных температурных режимов смеси в процессе уплотнения. Начало уплотнения сопряженной полосы необходимо начинать по продольному шву [6, 9, 10].

На основании теоретических и экспериментальных исследований [5, 9] установлено, что при укладке дорожной полосы покрытия охлаждение смеси происходит не только по толщине слоя, но и на боковых поверхностях полосы, что повышает интенсивность охлаждения горячей смеси в зоне стыков сопряженных полос. Охлаждение смеси в зоне стыка зависит от условий производства работ и продолжительности во времени между укладками сопряженных полос покрытия. Это приводит к понижению температуры горячей смеси в зоне стыка полос ниже предельных значений и ведет к снижению физико-механических характеристик асфальтобетона (прочности, водонепроницаемости, плотности) при уплотнении, что и является причиной разрушения дорожного покрытия в процессе эксплуатации (рис. 2). Данное обстоятельство характерно для устройства сопряженных полос покрытия с малыми рабочими скоростями асфальтоукладчика, а также для тех случаев, когда не учитываются условия производства работ.

Рис. 2. Дефект дорожного покрытия на стыке двух полос

В качестве примера на рис. 3 представлены результаты моделирования распределения температуры горячей смеси в зоне стыка полос при устройстве смежных полос покрытия при температуре воздуха 20 °С и скорости при укладке 1 м/мин [7, 15, 16]. Из представленных данных видно, что в зоне сопряжения полос покрытия нарушены условия обеспечения температурных режимов при укладке асфальтобетонной смеси за счет времени смещения асфальтоукладчиков. Наличие такого нарушения температурных режимов при укладке приводит к образованию дефектов в процессе эксплуатации дороги.

Условие обеспечения температурных режимов на стыке сопряженных полос покрытия можно представить в виде

где tсм — температура смеси при укладке сопряженных полос, °С; [tсм] — допускаемая нижняя граница температурного интервала асфальтобетонной горячей смеси при ее уплотнении, °С.

58

Продолжительность нахождения горячей смеси в заданном температурном интервале характеризуется разницей температуры начала и окончания выполнения процессов и может быть представлена в виде

где ∆tсм — интервал температуры между началом tну и окончанием tор процесса укладки или уплотнения горячей асфальтобетонной смеси, ºС.

Рис. 3. Распределение температуры асфальтобетонной смеси в зоне стыка сопряженных полос дорожного покрытия (температура воздуха — 20 ᵒС, смесь ЩМА-20, марка битума БНД 60/90):

1, 2 — температура горячей смеси при укладке первой и второй полосы; 3 — температура смеси при укладке; 4 — температура окончания процесса уплотнения смеси

Следовательно, зная температурные интервалы начала и окончания технологического процесса по укладке или уплотнению смеси в зоне стыка полос, а также учитывая условия производства работ, можно определить время выполнения технологической операции при устройстве стыка сопряженных полос с учетом обеспечения температурных режимов применяемых смесей.

2. Результаты моделирования процесса охлаждения асфальтобетонной смеси.

Снижение температуры горячей асфальтобетонной смеси после ее укладки на основание дороги в зоне стыка сопряженных полос зависит от разных факторов и в общем виде может быть представлено в виде функции:

где tв — температура окружающего воздуха, ºС; tсм — температура смеси начала процесса, ºС; h — толщина слоя смеси, см; Vв — скорость ветра, м/с; Кш — безразмерный коэффициент, учитывающий снижение температуры смеси на стыке смежных полос, tос — температура основания, °С; τ — промежуток времени между распределением горячей смеси сопряженных полос, мин.

С учетом выражения (2) продолжительность технологической операции можно представить в виде

где tор — температура смеси при окончании процесса ее укладки в полосу покрытия, ºС. Для определения продолжительности выполнения технологических операций при уст-

ройстве многополосных покрытий нежесткого типа разработана программа, позволяющая моделировать тепловые процессы при устройстве многополосных покрытий нежесткого типа при разных условиях производства работ [7, 15, 16]. По результатам моделирования установлены зависимости продолжительности охлаждения горячей смеси при разной температуре укладки с учетом влияния температуры воздуха (рис. 4).

59

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Рис. 4. Зависимость времени охлаждения горячей смеси

в заданном температурном интервале с учетом температуры окружающего воздуха;

температура смеси при укладке: 1 — 180 °С; 2 — 160 °С; 3 — 140 °С

Анализ представленных на рис. 4 данных показал, что с учетом температуры окружающего воздуха независимо от температуры укладываемой смеси зависимости подчиняются общим закономерностям. Численные значения времени охлаждения смеси в зависимости от температуры воздуха при разных значениях температуры горячей смеси представлены в табл. 1.

Для установления общей закономерности влияния температуры воздуха на время охлаждения смеси при устройстве сопряженных полос покрытия данные табл. 1 представим в относительных величинах, принимая за единицу время охлаждения смеси при температуре воздуха 20 °С, и обозначим данную величину через коэффициент влияния температуры воздуха при укладке Кв (табл. 2).

Анализ данных табл. 2 показал, что температура воздуха в равной степени влияет на процесс охлаждения горячей смеси, независимо от ее температуры при укладке. Следовательно, влияние температуры воздуха на продолжительность охлаждения горячей смеси можно представить в виде зависимости (рис. 5).

Рис. 5. Зависимость коэффициента влияния температуры воздуха Кв на время охлаждения горячей смеси при устройстве

сопряженных полос покрытия

60