Портал о строительстве и ремонтных работах

14.1. Общие сведения об уплотнении дорожно-строительных материалов

К числу материалов, которые подлежат уплотнению при устрой­стве дорожных оснований, относятся пески, песчано-гравийные смеси и щебень. Все эти материалы являются несвязными, состоящими из от­дельных частиц, крупность которых находится в пределах от 0,05 до 2 мм у песков и от 2 до 60-80 мм у гравийных смесей и щебня. При уплотнении происходит сближение частиц и их взаимная заклинка. Уп­лотнению препятствуют развивающиеся на контактах частиц силы тре­ния, а также наличие сцепления на этих контактах. Благодаря тому что таких контактов множество и силы сопротивления взаимному смеще­нию частиц различны, при действии нагрузки такие смещения не проис­ходят во всех местах одновременно, а устанавливается какая-то их оче­редность. При этом в первую очередь смещения происходят там, где сопротивления минимальны. После возрастания нагрузки смещения по­являются в новых местах. Такой характер деформации создает впечат­ление наличия между частицами вязких связей, хотя на самом деле они отсутствуют. Поэтому уплотнения слоев этих материалов не происхо­дит за однократное приложение циклической нагрузки. Для завершения процесса нагрузка должна прикладываться многократно.

Для дорожных покрытий применяются асфальтобетонные смеси, битумоминеральные смеси и цементобетон. Наличие такого вяжущего материала, как битум, коренным образом изменяет свойства щебня и гравия, являющихся в составе асфальтобетона и битумоминеральных сме­сей тем скелетом, который воспринимает нагрузки.

Наличие битума приводит к образованию между частицами минерального материала достаточно прочных и вместе с тем вязких связей. Поэтому эти материалы относятся к упруго-вязко-пластичным и для своего уплотнения требуют многократного приложения цикличес­ких нагрузок. Свойства асфальтобетонных и битумоминеральных сме­сей в сильной степени зависят от температуры. Обычно укладка и уп­лотнение горячих смесей происходит при температуре бО^-ЦО0. Укладка теплых смесей, приготовленных на менее вязких и жидких битумах, производится при более низких температурах. По мере уплотнения ввиду падения температуры смесей вязкость повышается на
несколько порядков, и поэтому особенно важно еще до более значитель­ного охлаждения смеси успеть уплотнить ее до требуемой плотности. В противном случае уплотнение вообще становится невозможным. При выборе параметров машин, служащих для уплотнения этих материалов, особенно важно иметь в виду быстрое возрастание сопротивлений сме­сей внешним нагрузкам, которое происходит не только ввиду сближения отдельных частиц и образования более плотной структуры, но и из-за непрерывного охлаждения смеси.

Применяемые при устройстве дорожных покрытий цементобетоны могут иметь разную жесткость. Следовательно, связи между частицами будут разной прочности. Однако все цементобетоны при встряхивании или вибрации обладают ярко выраженными тиксотропными свойствами. В результате таких воздействий связи между частицами этих бетонов полностью разрушаются и сами бетоны по своим свойствам приближа­ются к тяжелой жидкости. Поэтому для уплотнения цементобетонов вибрационный метод становится не только пригодным, но и единствен­ным технически целесообразным и экономически выгодным.

В настоящее время ввиду высоких скоростей движения автотранс­порта предъявляются повышенные требования к ровности поверхности дорожных покрытий. Эта ровность в значительной мере зависит от каче­ства уплотнения покрытия. Следовательно, машины для уплотнения дол­жны отвечать определенным требованиям. Они в первую очередь каса­ются интенсивности воздействия рабочих органов машин на слой уплот­няемого материала. При излишне высоких удельных давлениях на по­верхностях контактов рабочих органов с материалом будет иметь мес­то его пластическое течение (выдавливание) из-под рабочих органов, что при укатке влечет за собой еще и волнообразование, значительно ухуд­шающее ровность поверхности. Следует отметить, что все дорожностро­ительные материалы укладываются и уплотняются слоями, толщины которых иногда весьма незначительны. Поэтому развивающиеся под рабо­чими органами напряжения не локализируются внутри слоя, а передают­ся на его основание, которое может быть слабым. В этих случаях излиш­не интенсивные воздействия повлекут за собой неровности уже не толь­ко поверхности уплотняемого слоя, но и его основания, что значительно ухудшит качество работы. Вместе с тем при незначительных удельных давлениях не будет достигнута требуемая плотность уплотняемого слоя. Отсюда можно сделать вывод, что при уплотнении дорожных оснований и покрытий давления под рабочими органами машин должны быть опти­мальными. Ввиду того что сопротивляемость материалов в процессе их
уплотнения возрастает, должны также возрастать и удельные давления. Поэтому еще даже в большей степени, чем в случае грунтов, становится актуальным предварительное уплотнение материалов более легкими средствами.

Уплотнение дорожных оснований и покрытий может осуществляться укаткой и вибрационными методами. Применяемые для этого средства механизации могут быть разделены на катки и вибрационные машины. Катки устраивают только самоходными. Они могут быть с гладкими валь­цами и на пневматических шинах. На некоторых гладких катках один из вальцов при помощи специального механизма вводится в состояние колебательных движений. Такие катки называются вибрационными в отличие от обычных, называемых катками статического действия. Последнее название условно, так как при работе этих катков на поверх­ности уплотняемых материалов развиваются циклические нагрузки с высокой скоростью изменения напряженного состояния. Поэтому, стро­го говоря, эти катки никак нельзя назвать статическими.

Вибрационные машины применяются главным образом для уплотне­ния покрытий, устраиваемых из цементобетонных смесей. Часто вибра­ционными агрегатами снабжают машины, которые служат не только для уплотнения, но и для выглаживания бетонной поверхности, а иногда и для распределения бетона.

Катки на пневматических шинах для уплотнения асфальтобетон­ных и черных смесей стали применять недавно. В отличие от катков с гладкими вальцами эти катки не дробят щебень и поэтому могут уплот­нять смеси, составленные из слабых каменных материалов. Кроме того, при движении пневмокатков уплотняемый материал получает более равномерное обжатие, поэтому склонность его к волнообразованию мень­ше, чем при катках с гладкими вальцами, что допускает более высокие скорости движения. Особенно эффективны эти катки при уплотнении асфальтобетонных смесей с высоким содержанием щебня.

Катки на пневматических шинах с успехом применяют также при уплотнении щебеночных и гравийных дорожных оснований. Песчаные основания могут быть уплотнены этими катками при пониженных давле­ниях в шинах.

При движении катков поверхность уплотняемого материала подвер­гается воздействиям циклических нагрузок. Асфальтобетонные смеси Укладываются тонким слоем (4-8 см), поэтому при перекатывании ва­лец катка деформирует не только сам слой, но и его основание. Значит при расчете развивающихся на поверхности контакта напряжений еле-
дует принимать какой-то эквивалентный модуль деформации, который меньше модуля основания и несколько больше модуля горячего асфаль­тобетона. Эквивалентный модуль деформации в начале уплотнения ра­вен 20-25 МПа, а в конце — 50-80 МПа.

Выше отмечалось, что для получения ровного и плотного дорожного покрытия удельные давления на поверхности не должны превышать допу­скаемых пределов. Эти пределы для катков с гладкими жесткими валь­цами даны в табл. 14.1.

При уплотнении дорожных оснований и покрытий катками на пневма­тических шинах давление в них в начале укатки устанавливается рав­ным 0,2-0,3 МПа, а в конце — 0,55-0,6 МПа.

По мере уплотнения слоя материала его сопротивляемость внеш­ней нагрузке постепенно повышается, а следовательно, снижается с каж­дым проходом глубина погружения вальца катка. Это, с одной стороны, ведет к непрерывному повышению развивающегося на поверхности кон­такта максимального напряжения, а с другой — снижает глубину актив­ной зоны. Последняя определяется минимальным поперечным разме­ром поверхности контакта вальца с уплотняемым материалом. Таким минимальным размером является полухорда, стягивающая ту часть окруж­ности вальца, которая погружена в материал. Величина этой полухорды уменьшается по мере уплотнения. Оптимальную толщину уплотняемого слоя следует выбирать по глубине активной зоны. Здесь в связи с большой жес­ткостью уплотняемых материалов оптимальные толщины слоев меньше, чем при уплотнении грунтов. В зависимости от удельного линейного дав­ления они могут ориентировочно определяться по табл. 14.2.

Комментарии закрыты.