CC BY
17
Специальные машины и технологии
УДК 625. 815+693. 542. 524 В. Н. ДАВЫДОВ
Сибирская автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ВИБРОПЕРЕМЕШИВАНИЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ПЕРЕД ИХ УПЛОТНЕНИЕМ -ПУТЬ К СНИЖЕНИЮ ВЯЖУЩЕГО И ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА АСФАЛЬТОВОГО БЕТОНА В ИЗДЕЛИЯХ И ПОКРЫТИЯХ
Выполнены исследования по определению степени разрушения коагуляционной структуры асфальтобетонных смесей под воздействием объемно-направленной вертикальной вибрации. Разрушение первоначальной структуры, до предельного или близкого к нему уровня, достигается дополнительным виброперемешиванием (домешиванием) при определенных амплитудно-частотных режимах без пригруза. Это позволяет снизить расход вяжущего за счет перевода большей части объемного битума в структурированный и процесса равномерного его распределения более тонкими пленками на минеральных зернах. Для определения степени разрушения структуры (величины пластической прочности), предложен простой и доступный способ с использованием конического пластомера, измененной и запатентованной конструкции. Рассмотрены пути внедрения технологии дополнительного виброперемешивания при традиционном способе приготовления смеси и непосредственно при устройстве асфальтобетонных покрытий дорог.
Нашими и другими исследованиями доказано, что объемно-направленная вибрация является наиболее эффективной формой динамической энергии для разрушения коагуляционных структур асфальтобетонных смесей.
Происходит это за счет воздействия вибрационного поля [ 1 ]. При этом необходимо создать такие градиенты скоростей, определяемые частотой, амплитудой, временем и интенсивностью вибрации, которые способны разрушить первоначальную структуру смеси до предельного или близкого к нему уровня [2,3].
В процессе вибрации с вертикально-направленной амплитудой колебаний и интенсивностью, достаточной для разрыва контактов между частицами асфальтобетонной смеси, наблюдается две области.
Первая область, соответствующая переходу от виброожижения к виброкипению, характеризуется «вспуханием» слоя смеси без активного перемешивания. Во второй области, с дальнейшим увеличением интенсивности вибрации, смесь переходит в состояние весьма активного перемешивания («эффект
кипения воды»), сопровождающегося хаотичным движением минеральных частиц и возникновением потоков смеси вверх — в центре формы, вниз — по ее стенкам.
После прекращения воздействий вибрацией проявляется явление тиксотропии, выражающейся в полном или частичном восстановлении первоначальной структуры за определенный период времени. Происходит это быстрей, если система находится в относительном покое при постоянной температуре (достаточно в широком ее интервале). Поэтому изучение механизма разрушения и восстановления таких структур является очень важной задачей и без ее решения просто не представляется возможным установление оптимальных величин технологических переделов как в процессе приготовления асфальтобетонных смесей, так и в процессах их формования и уплотнения.
В наших исследованиях был выбран наиболее простой и практически доступный способ с использованием конического пластометра типа КП-3, но значительно измененной и усовершенствованной
конструкции [2]. Важной измеряемой характеристикой является пластическая (вязкостная) прочность, определяемая при малых скоростях деформации. Что понимается под пластической прочностью? Это наибольшее статическое напряжение, которое может определенное время не изменяясь существовать в системе и она является как бы мерой статической прочности структуры.
Величина пластической прочности является условной реологической характеристикой. Достоинством предложенной конструкции является то, что таким пластомером можно осуществлять многократные измерения как на одном и том же месте, так и по всей площади образца, изделия или покрытия. Другое достоинство в том, что измерения можно выполнять по ходу технологических переделов (в процессе приготовления, формования и уплотнения смеси).
Дополнительное виброперемешивание (домешивание) смеси перед уплотнением является одним из основных путей улучшения структуры асфальтового бетона на основе экономичных составов. Экономичных в результате снижения расхода вяжущего, Снижение происходит за счет уменьшения толщин битумных пленок, равномерно обволакивающих минеральные компоненты и перевода большей части объемного (свободного) битума в пленочное структурированное состояние. В чем преимущества тонких битумных пленок над толстыми слоями?
Исследованиями свойств битума в тонких пленках занимались многие отечественные ученые. По данным А С. Колбановской на свойства битума в тонких слоях большое влияние оказывает характер поверхности, на которой адсорбирован битум. На активной поверхности с уменьшением толщины битумных слоев (меньше Юмк), резко увеличивается когезия, являющаяся следствием ориентации структурных элементов битума. В более толстых слоях битума ориентирующий эффект ощущается значительно слабее.
Изучение разрыва стольных пластинок, склеенных битумом (слоем разной толщины), И.М. Руден-ской показало, что битум в пленках толщиной менее 10'2 см имеет свойства, приближающиеся к свойствам твердого тела.
Н.В. Горелышев получил данные о том, что на стальной подкладке, при изменении толщины битумной прослойки от 50 до 3 мк, критическое напряжение сдвига увеличивается почти в 10 раз. Оптимальная толщина битумной пленки мелкозернистого асфальтобетона, по данным М. Дьюреза, Д.Хвима и др., составляет 4-6мк.
Поданным И. А. Рыбьева, минимальные по толщине и континуальные по распределению пленки битума на минеральных зернах способствуют при уплотнении образованию наиболее прочной структуры асфальтового бетона. Для этого необходимо, чтобы значение отношения усредненной толщины (8) пленки битума в асфальтовом бетоне к усредненной толщине (5*) пленки битума в асфальтовом вяжущем веществе при их оптимальных структурах, стремилось бы к минимальному значению, что только возможно за счет уменьшения 6. В наших исследованиях это полностью подтвердилось [ 4 ].
Таким образом, для получения наиболее прочной системы необходимо создать такие условия, при которых наибольшая часть битума была бы в структурированном состоянии и в тонких пленках. Количество объемного битума должно быть сведено к минимальному. Как этого достичь? Для этого многими ис-I следователями рекомендуются следующие меропри-
ятия. Применение тщательно подобранных минеральных смесей, более совершенной технологии уплотнения, введение поверхностно-активных добавок и, наконец, интенсификация процесса перемешивания.
Из всех перечисленных мероприятий все же определяющим условием сокращения количества свободного битума и формирования требуемой структуры является применение более совершенной технологии перемешивания смеси. Этим не исключается применение перечисленных мероприятий, особенно уплотнения, но процесс перемешивания является пока единственным фактором, обеспечивающим равномерное распределение битума тонкими слоями на минеральных зернах асфальтобетонной смеси.
При производстве штучных асфальтобетонных изделий (плит) процесс дополнительного вибродомешивания и последующего виброуплотнения достаточно изучен и отработан. Получены значительные результаты. Расход битума в песчаных асфальтобетонных смесях снижен с 11 до 6 %, а прочностные показатели асфальтового бетона при этом можно увеличить в 2-3 и более раз за счет двурежимной технологии вибрирования [4].
Встает вопрос, как эти новые технологии использовать при устройстве традиционных асфальтобетонных покрытий? Это сразу позволило бы получить колоссальную экономию за счет значительного снижения в смесях дорогостоящего вяжущего и одновременно улучшить все физико- механические свойства асфальтового бетона, т.е. продлить его «живучесть» (сроки службы).
Решить эту проблему нужно и можно, на наш взгляд, тремя путями.
Первый — осуществлять виброперемешивание компонентов смеси непосредственно в асфальтобетонных установках, измененных конструкций, на основе объемно-направленной вертикальной, горизонтальной и т.п. вибраций.
Второй — не изменять конструкции асфальтобетонных установок. Традиционно приготовленные в них смеси, но с пониженным количеством битума, доставлять на объект в вибротермосах-миксерах. В них смесь вибродомешивается необходимое время непосредственно перед выгрузкой в приемный бункер асфальтоукладчика.
Третий — смесь также приготавливается в обычных смесительных установках, но с меньшим количеством битума. Доставляется традиционным способом в автосамосвалах, но выгружается в специальный дополнительный вибробункер, расположенный впереди асфальтоукладчика и соединенный с ним. В бункере смесь вибродомешивается объемно-направленной вертикальной вибрацией при заданных режимах и только затем подается в асфальтоукладчик, распределяется и сразу же уплотняется виброкатками, пневмокатками с меньшими энергозатратами [5] (меньшая масса катков, меньшее количество проходов по одному следу, меньшая длительность уплотнения и т.д.). Рассмотрим достоинства и недостатки каждого из трех путей.
Первый связан со сложностью соответствующего переоборудования асфальтосмесительных установок. Но даже если эти сложности будут преодолены, все равно потребуются вибромиксеры-термосы. При традиционной доставке смеси автосамосвалами потребуется специальный вибробункер, так как смесь в процессе транспортировки структурируется и эту структуру потребуется разрушить перед уплотнением.
Таблица
Технологические режимы дополнительного вибродомешивания асфальтобетонной смеси
№ П/П Вид смеси Тип смеси А, амплитуда колебаний, мм ш, частота, Гц Интенсивность вибрации, см2/с3 1 продолжительность вибрации, с
1 Многощебенистая А 1,42-1,43 17-18 99-119 25-35
2 Среднещебенистая Б 1,31-1.32 18-19 100-119 25-35
3 Малощебенистая В 1,20-1,21 19-20 99-119 30-40
4 Песчаная на дробленом песке Г 0,91-0,93 23-24 101-119 40-50
5 Песчаная на природном песке Д 0,80-0,83 25-26 100-121 50-60
Второй — требует создания специальных вибротермосов-миксеров. Если таковые будут разработаны, то это направление предпочтительней первого.
Третий — разработка конструкций дополнительных вибробункеров. Создание таких устройств, на наш взгляд, наиболее осуществимо. Но это совсем не исключает первое и второе направления.
На способ дополнительного виброперемешивания смеси по третьему направлению сотрудниками СибАДИ подана заявка на патент РФ. Задачей изобретения является обеспечение дополнительного непрерывного вибродомешивания асфальтобетонных смесей непосредственно на объекте строительства, что позволит снизить расход вяжущего и улучшить физико-механические показатели асфальтового бетона в покрытиях автомобильных дорог и объектов аналогичного назначения.
Достигается это объемно-направленной вибрационной обработкой асфальтобетонной смеси в вибробункере при определенных для каждого вида и типа асфальтобетонной смеси амплитудно-частотных режимах, интенсивности и продолжительности вибрирования, приведенных в таблице.
В процессе вибродомешивания в вибробункере постоянно возникают контакты между частицами смеси с пониженной и повышенной концентрацией битума. За счет этого интенсивно происходит процесс самопроизвольного удаления толстых пленок битума с поверхности раздела фаз, и объемный битум переводится в пленочный битум. Процесс перераспределения вяжущего продолжается до полного выравнивания концентрации битума на поверхности минеральных зерен. Этими режимами низкочастотного вибрационного воздействия смесь оптимально подготовлена к процессу ее последующего уплотнения при пониженном расходе битума и с меньшими энергозатратами на ее уплотнение, которая, после вибродомешивания в вибробункере, подается в распределительное устройство асфальтоукладчика, предварительно уплотняется трамбующим брусом и окончательно — дорожными катками.
На рисунке изображено устройство для дополнительного непрерывного вибродомешивания асфальтобетонной смеси, общий вид и разрез по корпусу вибробункера.
Устройство включает основную раму 1 с ходовым оборудованием и силовой установкой, приемный бункер с питателем 2 установленного на основной
раме 1, с возможностью перевода приемного бункера 2 в рабочее и транспортное положение, раму поворотную 3, гаситель виброколебаний 4 (например, пневмо-камеры), раму промежуточную 5, упругие опоры б (например пружины), корпус вибробункера7, вибровозбудитель 8 (например, валы с дебалансами), заслонку поворотную 9, распределитель готовой смеси 10, центральный и боковые каналы подогрева 11 и 12 для подогрева корпуса вибробункера 7, датчики температуры 13 и 14 корпуса вибробункера 7, узел 15 включения узла подогрева корпуса вибробункера 7. Устройство устанавливается впереди асфальтоукладчика и соединяется с ним. Устройство для дополнительного непрерывного вибродомешивания работает следующим образом.
В рабочем положении смесь из кузова самосвала поступает в приемный бункер 2, откуда питателем непрерывно подается в прогретый при необходимости корпус вибробункера 7, при максимальном наклоне поворотной рамы 3 и при закрытой заслонке 9 происходит наполнение корпуса вибробункера 7 ас-
А-А
Рис. Устройство для дополнительного непрерывного вибродомешивания асфальтобетонной смеси.
фальтобетонной смесью до рабочего уровня, и в процессе наполнения смесь постоянно подвергается вибрации с амплитудно-частотными параметрами, указанными в таблице, в зависимости от вида и типа асфальтобетонной смеси.
По мере наполнения корпуса вибробункера 7 до рабочего уровня начинают открывать заслонку поворотную 9, и вибродомешанная смесь поступает на распределитель готовой смеси 10, откуда она подается в приемный бункер асфальтоукладчика.
Раскрытием заслонки поворотной 9 и наклоном корпуса вибродомешивателя 7 за счет поворота рамы 3 достигается уравнивание скорости подачи материала из приемного бункера 2 и расхода материала на распредеоитель готовой смеси 10 таким образом, чтобы уровень материала в корпусе вибробункера 7 соответствовал рабочему уровню, а время домешивания соответствовало данным, указанным в таблице.
При необходимости асфальтобетонная смесь может подогреваться посредством подачи тепла через каналы подогрева 11 и 12 вибробункера 7 включением узла подогрева 15.
Библиографический список
1. Пат. 2001763 РФ, В28В 11/00. Способ изготовления изделий из асфальтобетонной смеси и технологическая линия для их изготовления /ВН. Давыдов, В.Н. Полубоярских, СВ. Чирков и др., №4945007/33; Заявлено 14.06.91; Опубл. 30.10.93; Бюл. №39-40. -С. 49-50.
2. Пат. 2094769 РФ, G 01 N 11 /00. Пластометр / В.Н. Давыдов, №94033257/25;Заявлено 12.09.94; Опубл. 27.10.97; Бюл.№30. - С.34.
3. Давыдов В.Н. Расширение технологических и эксплуатационных возможностей конического пластометра // Труды Сиб-АДИ: Сб. науч. тр. / СибАДИ. - Омск, 1998. - Вып. 2. 4.1. - С. 213-217.
4. Давыдов В.Н. Изготовление изделий из асфальтобетонных смесей: Учебное пособие. — Омск, 2003. — 217 с.
5. Давыдов В.Н., Ростовцев A.C. Методические указания по определению объемной массы и однородности уплотнения асфальтобетонной смеси в плитах СибАДИ радиоизотопным методом / СибАДИ. - Омск; ОмСХИ, 1983. - 38 с.
ДАВЫДОВ Вячеслав Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры производства строительных конструкций.
УДК «25 76 Р.Ф.САЛИХОВ
В. Н. ИВАНОВ
Сибирская автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРКА ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Эффективность использования парка машин в большой степени зависит от технического состояния единичной техники. В статье предложено решение актуальной задачи, которое заключается в определении продолжительности работы единичной техники на строительном объекте, момента вывода ее из эксплуатации, для проведения технических обслуживаний (ТО) и ремонтов дорожно-строительных машин. В результате решения поставленной задачи общая эффективность использования парка машин увеличилась на 46,3 — 54,2 %.
Эффективность использования парка машин в большой степени зависит от технического состояния единичной техники. Техническое состояние машины в процессе эксплуатации изменяется в сторону ухудшения, в связи с износом узлов и агрегатов дорожно-строительных машин (ДСМ). Динамика изменения технического состояния машин одного типоразмера, в зависимости от различных условий, режимов эксплуатации, квалификации машиниста, наработки с начала эксплуатации имеет различную величину. Т.е. в зависимости от технического состояния, машины одного типоразмера могут обладать различными индивидуальными особенностями.
Особенностью ДСМ является и то, что при неисправном техническом состоянии машина может быть работоспособной, а следовательно, участвовать в процессе эксплуатации.
Вследствие вышесказанного возникает задача, решение которой заключается в том, чтобы опреде-
лить, до какого момента необходимо эксплуатировать машину, с последующим выводом ее из эксплуатации, для проведения технических обслуживаний (ТО) и ремонтов ДСМ. Такого рода задача является многовариантной, поскольку в процессе ее решения учитываются индивидуальные особенности машин, входящих в состав парка ДСМ. Для решения задачи были предложены следующие этапы:
— разработать математическую модель оптимизации структуры и состава парка ДСМ с учетом проведения профилактических мероприятий;
— усовершенствовать методику определения рациональной периодичности проведения ТО и ремонтов;
— определить зависимость среднегодовой продолжительности неплановых ремонтов от среднегодовой продолжительности плановых профилактических мероприятий на примере автосамосвалов, машин для содержания дорог, скреперов;
