CC BY
159
Рис. 4. Распределение напряжений по сферическому сечению (5): а - нормальные напряжения б - касательные напряжения тт
Только для изотропных материалов с коэффициентом поперечной деформации ц = 0,5 в сферическом сечении упруго-линейного полупространства будут отсутствовать растягивающие радиальные напряжения ак, а также касательные напряжения хяе. В этом случае в сфе-
рическом сечении возникают только сжимающие радиальные напряжения, определяемые зависимостью (2). Среди грунтов с таким коэффициентом поперечной деформации можно назвать текучую глину.
В Ы В О Д
В результате теоретических исследований получены зависимости для определения нормальных и касательных напряжений, возникающих в сферическом сечении полупространства, нагруженного на поверхности нормальной сосредоточенной силой. Показано, что выводы, приведенные в учебниках по механике грунтов, можно использовать только для изотропных материалов с коэффициентом поперечной деформации ц = 0,5. В остальных случаях они дают недостаточно точные результаты.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Цытович, Н. А. Механика грунтов / Н. А. Цыто-вич. - М.: Высш. шк., 1973. - 280 с.
2. Бабков, В. Ф. Основы грунтоведения и механики грунтов / В. Ф. Бабков, В. М. Безрук. - М.: Высш. шк., 1976. - 328 с.
3. Рекач, В. Г. Руководство к решению задач по теории упругости / В. Г. Рекач. - М.: Высш. шк., 1977. - 216 с.
Поступила 23.06.2006
б
УДК 625.764/765
СКЛАДИРУЕМЫЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ЯМОЧНОГО РЕМОНТА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
Инж. ИГОШКИНА А. Ю.
Филиал «Институт дорожных исследований»
РУП «Белорусский дорожный инженерно-технический центр»
Несмотря на применение современных ма- фектов и, как следствие, потребности в со-
териалов и технологий при строительстве и ре- временных эффективных технологиях ямочно-
монте асфальтобетонных покрытий дорог, про- го ремонта продолжает оставаться актуаль-
блема устранения появляющихся на них де- ной, являясь одним из факторов обеспечения
безопасности движения на автомобильных дорогах.
Использование новых композиционных ремонтных материалов. Для ямочного ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог широко используются горячие асфальтобетонные и литые битумоминеральные смеси, которые, несмотря на удовлетворительные физико-механические показатели, имеют ряд недостатков: использование дорогостоящего оборудования для укладки (литые смеси), невозможность укладки материалов при достаточно низких температурах, короткий срок хранения смесей, необходимость извлечения литого асфальтобетона из ремонтной «карты» при устройстве поверхностной обработки.
Вопросы поиска эффективного состава и оценки степени слеживаемости холодных асфальтобетонных смесей привлекали и продолжают привлекать внимание исследователей [1, 2]. Современный российский опыт применения холодных смесей Мультигрейд [3], в основе которого лежит использование модифицированного вяжущего со структурой геля, обладающего ярко выраженными тиксотропными свойствами, показал стойкость таких смесей к избытку влаги, окислению и старению вяжущего, а также увеличенный срок службы ремонтного материала.
Альтернативой горячим литым битумоминеральным смесям являются холодные складируемые органоминеральные смеси (СОМС) на основе модифицированного вяжущего, благодаря которому обеспечиваются удобоуклады-ваемость смеси и ее лучшее уплотнение. Известно широкое использование добавки 8а8оЬй за рубежом в качестве модификатора битумов для снижения температуры укладки горячих литых битумоминеральных смесей. Отсутствие отечественного практического опыта использования данных добавок в холодных ремонтных материалах стимулировало проведение исследований в филиале «Институт дорожных исследований» для разработки рецептурных составов складируемых органоминеральных смесей.
Эти материалы представляют собой смесь битума, модифицированного добавкой 8а8оЬй, пластификатора и минеральной части из мелкозернистых фракций (складируемая органоминеральная смесь).
Процесс приготовления складируемой орга-но-минеральной смеси включает два этапа: 1-й этап - приготовление вяжущего, 2-й этап -приготовление смеси и затаривание.
Технологическая схема получения вяжущего представлена на рис. 1. СОМС готовят по традиционной технологии приготовления асфальтобетонных смесей в асфальтосмесительных установках.
Рис. 1. Технологическая схема приготовления модифицированного вяжущего: 1 - емкость с пластификатором; 2 -с добавкой; 3 - с битумом; 4 - смесительная емкость с мешалкой; 5 - емкость с готовым специальным вяжущим; 6 - насосы-дозаторы
Проведенные исследования показали (табл. 1), что с увеличением содержания добавки 8а80-Ьй до 3 % температура размягчения вяжущего, модифицированного добавкой, по сравнению с базисным битумом возрастает на 36 °С, а показатель глубины проникания иглы уменьшается в 2 раза. Испытания образцов смеси (табл. 2) производили по СТБ 1115 [4]. Прочность при сжатии при температуре 20 °С определяли по истечении 1 сут. после прогрева при температуре 95 °С.
Анализ физико-механических характеристик (табл. 2, рис. 2), а также результаты экспериментальных исследований показали, что состав органо-минеральной смеси с содержанием в базисном битуме модифицирующей добавки 8а8оЬй в количестве 3 и 25 % пластификатора в смеси является оптимальным. Такая смесь быстрее набирает прочность, более удобоукла-дываемая. Состав с содержанием 1 % 8а8оЬй и 15 % пластификатора рекомендуется для использования на производстве.
Таблица 1
Результаты испытаний модифицированного вяжущего
Наименование Битум БНД 90/130 Состав № 1 БНД 90/130 Состав № 2 БНД 90/130 Состав № 3 БНД 90/130 Состав № 1 + пластификатор Состав № 2 + пластификатор Состав № 3 + пластификатор
показателя 99 % + Ба8оЫ1 1 % 98 % + Ва8оЪй 2 % 97 % + Ва8оЪИ 3 % 15 % 20 % 25 % 15 % 20 % 25 % 15 % 20 % 25 %
Глубина проникания иглы при 25 °С, мм-1 96 79 62 49 183 250 341 282 336 До дна 306 До дна До дна
Температура размягчения, °С 46 51 59 82 41/48 36/48 28/47 45/51 41/50 38/50 71/79 66/80 38/80
Растяжимость, см при 25 °С >100 71 60 45 95 98 >100 86 91 >100 91 >100 >100
при 0 °С 5,2 2,6 1,8 1,0 28 44 66 26 32 48 38 66 40
Температура хрупкости, °С -15 -12 -8 -6 -16 -20 -25 -18 -18 -20 -25 -26 -26
Примечание. В числителе указана температура размягчения до прогрева, в знаменателе - после прогрева (5 ч при температуре 90 °С).
Таблица 2
Физико-механические показатели органоминеральной смеси
Наименование показателя Состав № 1 с Ба8оЪй при % пластификатора Состав № 2 с Ба8оЪй при % пластификатора Состав № 3 с Ва8оЪИ при % пластификатора
15 17,5 20 22,5 25 15 17,5 20 22,5 25 15 17,5 20 22,5 25
Водонасыщение, % по объему 6,3 7,2 8,4 7,5 7,2 6,0 8,2 9,0 10,0 9,1 7,0 8,2 8,5 9,0 8,9
Набухание, % по объему 2,5 2,7 2,8 2,5 2,0 1,9 1,7 1,8 1,6 1,5 3,1 2,7 2,8 2,7 2,2
Предел прочности при сжатии после прогрева при температуре 20 °С, МПа 1,25 1,21 1,25 1,32 1,4 1,10 1,12 1,2 1,24 1,3 1,3 1,35 1,4 1,42 1,5
Слеживаемость, число ударов 6 7 6 3 4 7 8 7 5 5 9 7 9 6 8
1= !Е -14-
О * <ч
.0 ■ ь *
■С & 11*
с 11 н
12 3
Технология производства ямочного ремонта с использованием таких смесей может производиться при температуре не ниже -10 °С и позволяет исключать операцию грунтовки дна и стенок ремонтной «карты», а также пропускать транспорт сразу же после уплотнения ремонт-
ного материала. Вследствие тиксотропных свойств вяжущего в слое ремонтного материала между зернами каменного скелета образуется пленка, которая при повышении окружающей температуры воздуха обеспечивает прочность связи с ремонтируемой поверхностью, способствующую затягиванию возникающих микротрещин. Сразу же после фазы «жесткого» уплотнения виброплитой, в течение которой формируется каркасный минеральный скелет в ремонтном материале, начинается фаза «мягкого» формирования верхней части слоя под воздействием колес транспорта. Через некоторое время структура поверхности ремонтной «карты» начинает напоминать хорошо выполненную поверхностную обработку, а через 3-4 месяца структура отремонтированного участка
Содержание добавки, %
Рис. 2. Влияние процентного содержания модифицирующих добавок на прочность образцов из холодной складируемой смеси
практически не отличима от многощебенистых асфальтобетонов.
Опытно-экспериментальные работы, проведенные на участке автомобильной дороги М1/Е30, показали целесообразность использования данного материала при относительно мелком проценте дефектов покрытия (площадь выбоин - до 0,5 м2).
Технико-экономическая перспектива целесообразности применения складируемых органоминеральных смесей. Не меньший интерес представляет собой экономический аспект сравнения традиционной и новой технологий (табл. 3, рис. 3).
Сравнительные показатели стоимости работ с применением различных смесей для ямочного ремонта (табл. 3, рис. 3) показывают, что применение энергосберегающей технологии укладки СОМС может дать значительный экономический эффект в части снижения стоимости эксплуатации машин и механизмов.
а б
Таблица 3
Сравнительные показатели стоимости работ и затрат труда при применении
различных материалов
Наименование показателя Горячая а/б смесь (ТП-4) Литая полу-жесткая а/б смесь (ТП-4) Литая текучая а/б смесь (КДМ-150) Асфаль- тогра- нулят (ПМ-107) СОМС (вибро- плита)
Стоимость машин и механизмов в дол. на 100 м2 209,7 207,8 129,1 818,1 2,4
Затраты труда, чел.-ч на 100 м2 21,1 20,9 10,45 35,57 35,57
Стоимость материалов в дол. за 1 т 33,4 39,5 39,5 52
50-
40-
10-
1 2 3 4 5
800.
700.
600.
500.
400.
300.
200.
100.
0
ЕИ
1 2 3 4 5
Рис. 3. Диаграммы сравнительной стоимости существующих и нового ремонтных материалов: а - стоимость работ на 1 т (дол. США) с учетом стоимости эксплуатации механизмов, затрат труда и стоимости материалов; б - стоимость эксплуатации машин и механизмов в расчете на 100 м2 (дол. США); 1 - горячая а/б смесь; 2 - литая п/жесткая а/б смесь; 3 - литая текучая а/б смесь; 4 - ас-фальтогранулят; 5 - СОМС
Фактический годовой экономический эффект от внедрения новой технологии ямочного
ремонта с применением складируемых органоминеральных смесей может быть рассчитан по формуле
Эг = (С: - С2К - ЕнКд
(1)
где Аг - годовой объем производства конкретного вида работ, м2; С и С2 - себестоимость единицы работ соответственно аналога и нового технического решения, руб.; Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный 0,12; Кдоп - дополнительные капитальные вложения на осуществление мероприятий нового решения, руб. (Кдоп = 0).
Для расчета экономической эффективности в качестве базового варианта приняты литые полужесткие асфальтобетонные смеси (табл. 4).
Таблица 4
Используемые технологии для расчета экономического эффекта
Базовый вариант (БВ) Новое решение (НР)
Ямочный ремонт литыми полужесткими асфальтобетонными смесями с использованием установки типа ТП-4 Ямочный ремонт складируемыми органоминеральными смесями
Сопоставление расчетных показателей по базовому варианту и новому решению приведены в табл. 5. В качестве базового варианта приняты литые полужесткие смеси как наиболее близкие по температурному режиму укладки (температура окружающего воздуха от -10 °С и выше).
60-
30-
20-
0
Таблица 5
Исходные данные для расчета экономической эффективности
Показатель БВ НР
Себестоимость работ на 100 м2 в ценах на 12.2005 г. 1580994 1485692
Годовой объем работ, м2 1547 1547
Используя формулу (1), определим фактический годовой экономический эффект от внедрения новой технологии ямочного ремонта с применением складируемых органоминеральных смесей на 100 м дорожного покрытия:
Эг = 1580994 - 1485692 = 95302 руб. в ценах на декабрь 2005 г.;
Эг = 44,3 дол. США.
В Ы В О Д Ы
1. Получен перспективный ремонтный материал, не требующий специального оборудования для его укладки, который отличается широким температурным диапазоном использования и тиксотропными свойствами. Это позволяет решать проблему предотвращения дефектов асфальтобетонного покрытия в весеннезимний период года.
2. Сравнительная характеристика стоимости работ с применением различных смесей для ямочного ремонта показывает, что использование СОМС и энергосберегающей технологии ямочного ремонта может дать значительный экономический эффект за счет снижения стоимости эксплуатации используемых машин и механизмов.
3. Возможность длительного хранения и круглогодичное использование ремонтных смесей повышают безопасность дорожного движения, особенно в период оперативной ликвидации ямочности на асфальтобетонных покрытиях автомобильных дорог.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Козлова, Е. Н. Холодный асфальтобетон / Е. Н. Козлова. - М.: Автотрансиздат, 1958. - 124 с.
2. Дорожный асфальтобетон / Л. Б. Гезенцвей [и др.]. -М.: Транспорт, 1985. - 350 с.
3. Поздняков, В. Р. Опыт применения холодных смесей Мультигрейд для текущего и аварийного ямочного ремонта / В. Р. Поздняков // Дорожная техника-2006: каталог-справ. - М., 2006. - 270 с.
4. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Методы испытаний: СТБ 1115-2004 / Минск, Министерство архитектуры и строительства Респ. Беларусь, 2004. - С. 12-15.
Поступила 25.10.2006
