CC BY
113
УДК 625.80.64
УКЛАДКА И УПЛОТНЕНИЕ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ
А.В. Захаренко1, С.С. Шабуров2, Ю.В. Кибирев3, Д.А. Милицын4
1,2Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
3,4ЗАО «Труд», 664017, г. Иркутск, ул. Академическая, 5 а.
Проанализирована совместная работа асфальтоукладчиков и катков различных марок по устройству асфальтобетонных покрытий из щебёночно-мастичных смесей. Даны рекомендации для выбора режимов укладки и уплотнения, приведены результаты испытаний. Табл. 3. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: укладка; уплотнение; асфальтобетон; каток; асфальтоукладчик; температура.
LAYING AND COMPACTING OF MACADAM MASTIC BITUMINUOUS CONCRETE MIXTURE A.V. Zakharenko, S.S. Shaburov, Y.V. Kibirev, D.A. Militsyn
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Closed Joint Stock Company "Labour", 5a, Akademicheskaya St., Irkutsk, 664017.
The article analyzes a combined work of pavers and rollers of different brands on making bituminous concrete coatings from macadam-mastic mixture. The recommendations on choosing laying and compacting regimes are given, the test results are provided. 3 tables. 2 sources.
Key words: laying; compacting; bituminous concrete; roller; paver; temperature.
Процесс уплотнения асфальтобетонной смеси является завершающим и важнейшим в технологии строительства покрытий, так как достигнутая степень уплотнения обеспечивает необходимую прочность и устойчивость конструкции к воздействию эксплуатационных и климатических факторов. Уплотнение осуществляется в два этапа: предварительное - рабочими органами асфальтоукладчиков, и окончательное -вальцами катков. Повышение степени предварительного уплотнения обеспечивает значимый экономический эффект, сокращая количество катков, обеспечивающих окончательное уплотнение с трёх типов (лёгкий, средний, тяжёлый) до двух или даже одного. Данное исследование проводится с целью выбора параметров эффективного взаимодействия асфальтоукладчиков и катков ЗАО «Труд», гарантирующего достижение нормативной плотности при возможном сокращении числа применяемых катков или числа их проходов при укладке и уплотнении щебёночно-мастичной асфальтобетонной смеси. Щебёночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) - относительно новый материал для строительства асфальтобетонных покрытий, ещё не применявшийся в нашем регионе. Исходя из анализа гранулометрического состава смеси (табл. 1), можно сделать следующие выводы:
- увеличенное содержание щебня (69%) фракции
10-20 мм обеспечивает высокое сопротивление укладке и уплотнению даже по сравнению с многощебенистыми смесями типа А;
- готовое покрытие (при качественном его устройстве) будет обладать продлённым сроком эксплуатации, улучшенной трещиностойкостью, повышенным значением коэффициента сцепления с автомобильным колесом и его малой зависимостью от увлажнения во время дождя.
Для укладки и предварительного уплотнения смеси использовался асфальтоукладчик «Vogele-1800». Его основным рабочим органом, обеспечивающим наибольшее уплотнение, является трамбующий брус. Виброплита обладает меньшим уплотняющим воздействием вследствие сниженной амплитуды колебаний (примерно в 5-10 раз). Размер опорной площадки трамбующего бруса в норме составляет 8-15 мм [1]. В процессе работы взаимное расположение трамбующего бруса и виброплиты периодически контролируется, иначе качества укладки и высокой степени предварительного уплотнения не достичь [2].
Согласно проектным данным, толщина готового покрытия на опытном участке, возводимом ЗАО «Труд», должна составлять 5 см. Исходя из рекомендаций [2], для смеси, наиболее близкой по своим свойствам к укладываемой многощебенистой смеси
1Захаренко Анатолий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры строительных, дорожных машин и гидравлических систем, тел.: 89148849742.
Zakharenko Anatoly, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Construction, Roadmaking Machinery and Hydraulic Systems, tel.: 89148849742.
2Шабуров Сергей Семенович, кандидат технических наук, профессор кафедры автомобильных дорог, тел.: 89025135889. Shaburov Sergey, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Automobile Roads, tel.: 89025135889.
3Кибирев Юрий Владимирович, главный инженер, тел.: (3952) 563912. Kibirev Yury, Chief Engineer, tel.: (3952) 563912.
4Милицын Дмитрий Александрович, начальник центральной лаборатории, тел.: (3952) 619920. Militsyn Dmitry, Head of the Central Laboratory, tel.: (3952) 619920.
Таблица 1
Зерновой состав смеси_
Материал Карьер номер карточки Содержание, % Содержание зёрен мельче данного размера, (мм), в % по массе
40 20 15 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,071
Щебень фракции 10-20 мм Анга-солка 327 69,0 69,0 62,5 28,5 1,3 0,6 0,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Щебень фракции 5-10 мм Анга-солка 326 9,0 9,0 9,0 9,0 8,2 0,2 0,1 0,1 0,00 0,0 0,00 0,0
Песок из отсевов дробления Анга-солка 325 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 11,6 9,7 6,7 4,73 3,2 1,94 0,85
Минеральный порошок Ново-Олхин-хин-ский извест вест-ковый завод 338 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 9,45 7,87
Битум БНД 90/130+ПАВ "БАП-ДС-3" (0,5% от кол-ва битума) ОАО "АНХК" ОАО "Ал-тайспе цпро-дукт" 328 - - - - - - - - - - - -
100,0 100,0 93,51 59,53 31,54 22,44 20,40 16,76 14,73 13,14 11,39 8,71
Пределы полных проходов (рекомендуемые ГОСТ 310152002) 100 100 100 90 70 50 42 25 30 20 25 15 24 13 21 11 19 9 15 8 13 8
типа А, процесс укладки должен происходить при следующих параметрах (табл. 2). Учитывая повышенное содержание щебня фракции 10-20 мм в ЩМА, следует ожидать увеличения сопротивления деформированию и продления времени активной релаксации внутренних напряжений, возникающих в материале при воздействии на него рабочих органов асфальтоукладчика. Необходимо повышать температуру укладки, уменьшать частоту колебаний трамбующего бруса и рабочую скорость укладчика. Амплитуда колебаний трамбующего бруса для такого тонкого слоя (5 см) должна быть минимальной - 5 мм (см. табл. 2).
Окончательное уплотнение, согласно СНиП 3.06.03-85 «Автомобильные дороги», осуществляется в три этапа: лёгким, средним и тяжёлым катками. В качестве лёгкого катка используется «Вотад BW-141» массой 8,3 т, среднего катка - «Вотад BW-161» массой 10,3 т, тяжёлого катка- «SANY YZC1211» массой 12,5 т или «Вотад BW-24R» массой 18 т с балластом. Как рекомендуется в работе [2], смеси высокоплотного и плотного асфальтобетонов типов А и Б, а также пористого и высокопористого с содержанием щебня вы-
ше 40% необходимо уплотнять сначала гладковаль-цовым катком массой 10-13 т, катком на пневматических шинах массой 16 т или вибрационным катком массой 6-8 т (4-6 проходов), а затем гладковальцо-вым катком массой 11-18 т (4-6 проходов). Согласно актам пробного уплотнения, представленным ОАО «Ханты-Мансийскдорстрой», при температуре укладки 155 °С в окончательном уплотнении участвуют средний каток «НАММ HD-90» массой 10 т (6-8 проходов) и тяжёлый каток «¡пдегБоН^апС Ой-158» массой 15,8 т (2 прохода). С учётом этого для окончательного уплотнения предложено два варианта использования техники:
- каток гладковальцовый BW-161 - 6 проходов без вибрации; каток гладковальцовый SANY YZC1211 - 4 прохода без вибрации;
- каток гладковальцовый BW-141 - 6 проходов в вибрационном режиме; каток пневмошинный BW-24R - 4 прохода.
Значительная энергоёмкость уплотнения ЩМА, вызванная высоким содержанием щебня, требует мощного силового воздействие катков. Однако по этой
Параметры укладки
Таблица 2
Тип смеси Температура смеси, °С Частота колебаний, К/мин Скорость движения укладчика, м/мин
трамбующего бруса виброплиты
А 130-140 660-840 2500-3000 1,7-2,5
ЩМА 150-160 600-660 2500-3000 1-2
Таблица 3
Физико-механические свойства смеси
Показатель Значение
по ГОСТ 31015-2002 фактическое
Плотность, кг/см3 - 2,49
Пористость минеральной части, % от 15 до 19 15,10
Остаточная пористость, % от 1,5 до 4,0 2,98
Водонасыщение, % по объёму от 1,0 до 3,5 1,50
Предел прочности при сжатии, МПа, при температуре: 20 °С 50 °С не менее 2,0 не менее 0,60 2,20 0,74
Водостойкость при длительном водонасыщении не менее 0,90 0,92
Сдвигоустойчивость по: - коэффициенту внутреннего трения не менее 0,92 0,94
- сцеплению при сдвиге при температуре 50 °С, МПа не менее 0,16 0,21
Трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0 °С, МПа не менее 2,0 не более 5,5 3,2
Сцепление вяжущего с минеральной частью ЩМАС-20, % не менее 3/4 поверхности покрыто плёнкой битума более 3/4 поверхности покрыто плёнкой битума
же причине применение вибрационной укатки весьма ограниченно вследствие возможного дробления щебня, входящего в состав смеси. Именно поэтому вибрация используется только на промежуточном этапе укатки и обязательно на высокой частоте (55 Гц), что создаёт минимальную возмущающую силу.
Практически исключает эффект дробления применение на заключительной стадии укатки пневмо-шинного катка BW-24R, массу которого рекомендовано увеличить до 24 т. Большое значение для достижения предельного уплотнения имеет температура укатки. Катком промежуточного уплотнения следует начинать работу при 145-150 °С асфальновой смеси, сразу после прохода асфальтоукладчика, обеспечивающего коэффициент предварительного уплотнения не ниже 0,95. На заключительном этапе температура укатки должна быть не ниже 100-110 °С. Скорость укатки также оказывает существенное влияние на уплотнение, так как при избыточном её значении недопустимо сократится время контакта вальцов и смеси, что приведёт к неполному развитию пластических деформаций, т.е. к фактическому недоиспользованию потенциальных возможностей катков. Так как на опытном участке небольшой протяжённости производительность катков не имеет определяющего значения, рекомендованы скорости укатки, близкие к минимальным: для гладковальцовых катков - 1-2 км/ч; для пневмошинных - 2-3 км/ч.
го слоя нет необходимости, поскольку опыт эксплуатации катков данных марок показывает, что глубина уплотнения превышает 10 см.
Проведённое опытное строительство ЩМА-покрытия на обходе мкр. Ново-Ленино (г. Иркутск) показало следующие результаты. Коэффициент предварительного уплотнения ЩМА после прохода асфальтоукладчика составил 0,95-0,96. После окончательного уплотнения катками первого варианта достигнут коэффициент уплотнения 0,99-1,00. Второй вариант использования катков обеспечил коэффициент уплотнения 1,00-1,01. Таким образом нормативная степень уплотнения достигнута. Анализ результатов показывает, что для дальнейшего применения возможен и третий вариант комплектования катков BW-161, BW-24R, особенно при понижении температуры окружающего воздуха, когда укатку смеси придётся заканчивать в условиях её ускоренного остывания. Физико-механические свойства смеси, определённые в лабораторных условиях, соответствуют требованиям стандарта и представлены в табл. 3.
Достигнутое значение остаточной пористости, безусловно, окажет существенное влияние на поведение покрытия при эксплуатации. Наблюдения за ним в зимний и весенний периоды позволят внести дополнительные коррективы в разработанную технологию для последующего широкого применения ЩМА в дорожном строительстве Приангарья.
В определении допустимой толщины уплотняемо-
Библиографический список
1. Динапак. Уплотнение и укладка дорожных материалов. тельстве. Производственная и техническая эксплуатация / Теория и практика. СПб., 1995. 86 с. Пермяков В.Б. [и др.]. Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. 444 с.
2. Технологические машины и комплексы в дорожном строи-
