Укладка асфальтобетона при отрицательных температурах. Асфальтобетон при отрицательных температурах. Асфальтобетонных покрытий при пониженной температуре воздуха
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
температура ок- ружающего воздуха, температура асфальтобетонной смеси при ее укладке, толщина укладываемого слоя, а также скорость ветра. 13 Температура асфальтобетонной смеси и толщина укладываемо- го слоя имеют линейную зависимость с продолжительностью выпол- нения работ [4, 5]. Качественное уплотнение горячей асфальтобетонной смеси при пониженной температуре воздуха может быть обеспечено при пра- вильном выборе типа катков, выполнении ими минимально необходи- мой работы, а также соблюдении требуемой температуры смеси. Исследования, выполненные при строительстве автомобильных дорог, а также в лабораторных условиях, показали, что чем тоньше слой смеси, тем быстрее он охлаждается [4, 5, 15]. Завершать уплот- нение песчаных смесей типов Г и Д следует при охлаждении их до t = 60°С, а щебенистых смесей типов А и Б до t = 70°С. При устройстве тонких слоев (менее 5 см) и температуре окру- жающего воздуха от минус 5 до минус 10°С необходимое время на уплотнение составляет не более 10 мин. Этого интервала времени явно недостаточно для качественного уплотнения асфальтобетонного слоя. Более толстые слои в этих условиях могут сохранить необходи- мую для уплотнения смеси температуру. Результаты исследований и накопленный опыт [4, 5, 15, 16] позво- ляют выделить два основных направления устройства качественных асфальтобетонных покрытий при пониженной температуре воздуха. Первое направление основано на применении мероприятий, позволяющих снизить тепловые потери и увеличить интервал време- ни остывания смеси. Этого можно добиться за счет: 1) применения специальных добавок ПАВ и низкомолекулярных сополимеров, активированных минеральных порошков при приготов- лении асфальтобетонной смеси; 2) теплоизоляции кузовов автотранспортных средств; 3) увеличения толщины укладываемого слоя покрытия; 4) осуществления дополнительного поверхностного нагрева ос- нования или свежеуложенного слоя покрытия терморазогревателями; 5) использования перегружателей асфальтобетонной смеси с подогревом; 6) применение теплоизолирующих укрытий. 14 Увеличение толщины укладываемого слоя может осуществ- ляться путем одновременной укладки толстого (нижнего) и тонкого (верхнего) слоев покрытия при совместном их уплотнении. При этом по верху уложенного слоя (на период укатки) может укладываться теплоизоляционное укрытие в виде брезента (толщина 1–2 мм) или тонкого (3–5 мм) резинового полога, через которое и ведется уплот- нение смеси катками. Второе направление предусматривает интенсификацию процес- са укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси за счет применения эффективных и производительных асфальтоукладчиков и катков, а так- же усовершенствования отдельных технологических операций. С этой целью могут быть использованы асфальтоукладчики с повышенной степенью предварительного уплотнения смеси, имею- щие рабочий орган с двойным трамбующим брусом, с прессующими планками, а также виброкатки с высокой производительностью укатки. Большое значение имеет выбор технологии укладки и уплотне- ния слоя асфальтобетонной смеси при пониженной температуре воз- духа. Сочетание работы виброкатков со статическими катками на за- ключительном этапе уплотнения, уменьшение ширины укладываемой полосы (при недостаточном количестве катков) либо увеличение ко- личества катков на полосе укладки позволяют эффективно выполнять работы при пониженной температуре воздуха. При традиционной технологии строительства каждый после- дующий слой асфальтобетонной смеси укладывается на ранее уло- женный и уже остывший слой. В результате чего остывание уклады- ваемого верхнего слоя происходит в двух направлениях: с верхней поверхности происходит теплоотдача в атмосферу, а через нижнюю поверхность слоя – передача тепла в подстилающий слой. При сни- жении температуры воздуха меняются физические свойства материа- лов (подвижность, адгезия и др.), что влияет на эффективную про- должительность и качественное выполнение работ по устройству ас- фальтобетонного покрытия. В этой связи заслуживает внимания технология укладки асфаль- тобетонной смеси под названием «компакт-асфальт». 15 Наибольшее распространение технология «компакт-асфальт» получила в Дании, Швеции и Германии. Двухслойное асфальтобетонное покрытие, устраиваемое по технологии «компакт-асфальт», относится к категории комбинирован- ных дорожных покрытий. Комбинированные дорожные покрытия со- стоят из разных по составу, структуре и физико-механическим свойст- вам слоев асфальтобетона, объединенных в единый монолитный пласт под действием высокой температуры и давления [14, 16]. По технологии «компакт-асфальт» нижний слой, как правило, устраивается из мелкозернистой горячей асфальтобетонной смеси, а верхний (более дорогостоящий) – из щебеночно-мастичной (ЩМАС) или вибролитой асфальтобетонной смеси (ВЛАС). Суть технологии «компакт-асфальт» заключается в одновремен- ной укладке верхнего и нижнего (выравнивающего) слоев дорожного покрытия из различных типов асфальтобетонной смеси одним ас- фальтоукладочным комплексом за один его проход. Данный принцип устройства дорожных покрытий, когда верхний слой асфальтобетон- ного покрытия укладывается на еще не остывший нижний слой, назы- вается технологией «горячее по горячему» [14–16]. При технологии «горячее по горячему» оба слоя асфальтобе- тонной смеси сохраняют высокую температуру и подвижность, благо- даря чему в процессе уплотнения происходит их частичное объедине- ние за счет взаимопроникновения материалов. В результате этого степень сцепления (адгезия) между двумя слоями достигает макси- мальной величины, повышая тем самым устойчивость дорожного по- крытия к различным деформациям. При понижении температуры асфальтобетонных смесей их уп- лотняемость снижается, поэтому скорость остывания укладываемой асфальтобетонной смеси является одним из ключевых факторов, оп- ределяющим возможность ее качественного уплотнения в условиях пониженных температур воздуха. В этой связи метод «горячее по горячему», и в частности техно- логия «компакт-асфальт», позволяет повысить качество уплотнения 16 асфальтобетонной смеси в условиях пониженной температуры возду- ха и сильного ветра. Чем больше толщина верхнего слоя, тем сильнее этот слой на- гревает подстилающее основание, что обеспечивает лучшее сцепле- ние слоев между собой и возможность увеличения периода уплотне- ния слоя в интервалах температур, позволяющих обеспечить требуе- мый коэффициент уплотнения асфальтобетона [14]. Одновременная укладка двух слоев приводит к существенному снижению скорости остывания верхнего слоя асфальтобетонной сме- си за счет практически полного отсутствия теплопередачи в подсти- лающие слои. Это дает возможность повысить качество уплотнения за счет двух факторов: увеличения температуры смеси в период уп- лотнения и продления периода эффективного уплотнения. В этом случае сцепление между слоями достигает максималь- ной величины и отпадает необходимость в предварительной подгрун- товке нижнего слоя перед укладкой верхнего. Качественное сцепле- ние между слоями позволяет добиться высоких показателей качества асфальтобетонного покрытия при устройстве его при пониженных температурах воздуха. Помимо технологии «компакт-асфальт» устройство комбинирован- ных дорожных покрытий может выполняться также путем последова- тельной укладки и уплотнения нижнего и верхнего слоев с помощью двух асфальтоукладчиков, идущих друг за другом. Однако, хотя такой способ и близок по смыслу к технологии «компакт-асфальт», при его использова- нии возникает проблема образования колеи от ходовой части (гусениц) асфальтоукладчика верхнего слоя на уже уложенном нижнем слое. Важным преимуществом технологии «компакт-асфальт» являет- ся то, что она позволяет избежать этой проблемы, так как ходовая часть асфальтоукладочного комплекса не соприкасается с нижним слоем, оставаясь все время на твердой поверхности (рис. 1.1). К преимуществам технологии «компакт-асфальт» в условиях по- ниженной температуры воздуха можно отнести: – улучшение качества уплотнения асфальтобетонной смеси бла- годаря медленному остыванию и сохранению тепла между слоями; 17 – более качественное сцепление слоев благодаря их взаимо- проникновению и расклиниванию; – высокая устойчивость верхнего слоя дорожного покрытия к пластическим деформациям и сдвигам; – сокращение времени проведения работ (благодаря тому, что оба слоя укладываются за один проход); – увеличение периода уплотнения (два слоя, уложенные одно- временно, остывают дольше, позволяя таким образом совершить рас- четное количество проходов катков при оптимальной температуре асфальтобетонной смеси). Рис. 1.1. Асфальтоукладочный комплекс для одновременной укладки двух слоев асфальтобетонного покрытия по технологии «компакт-асфальт» К недостаткам технологии «компакт-асфальт» следует отнести: – высокую стоимость технологического оборудования; – большие габариты и громоздкость оборудования усложняет погрузку и транспортировку техники к месту проведения работ, а также затрудняет движение транспорта в процессе производства работ; – необходимость привлечения дополнительной спецтехники в виде мобильного перегружателя асфальтобетонной смеси. 1.2. Влияние толщины устраиваемого слоя асфальтобетона на процесс укладки и уплотнения при пониженной температуре воздуха При пониженных температурах воздуха в российской и зару- бежной практике вместо раздельного устройства двух слоев покры- тия часто практикуют укладку одного (более толстого) слоя. Напри- 18 мер, слои 7 см (нижний) и 5 см (верхний) заменяют на один толщи- ной 12 см [15]. В последние годы в ряде стран стали переходить на устройство трехслойных асфальтобетонных покрытий вместо традиционных двухслойных. Причем верхний слой износа из смеси на модифициро- ванном полимерами битуме из-за высокой ее стоимости стремятся укладывать тонким слоем (2–3 см), который достаточно быстро теряет свою температуру даже при положительных температурах воздуха. Возникает серьезная проблема качественного уплотнения такого тон- кого слоя, дорогого и быстро остывающего [14]. Немецкая подрядная фирма «Кирхнер» (Kirchner) вместе с Тех- ническим институтом г. Эрфурта провела удачные эксперименты по новой технологии укладки верхнего тонкого слоя покрытия сразу же на только что уложенный более толстый горячий слой, еще не уплот- ненный катками. Для этого использовались два укладчика, идущие друг за другом (рис. 1.2). Первый укладывал нижний толстый слой, второй – тонкий верхний. Рис. 1.2. Одновременная укладка двух слоев асфальтобетонного покрытия с помощью комбинированного асфальоукладчика Загрузка смеси во второй укладчик производилась сбоку с по- мощью ленточного транспортера специального погрузчика. Затем 19 осуществлялось совместное уплотнение двух слоев катками. За счет тепла нижнего толстого слоя верхний тонкий слой покрытия имел бо- лее продолжительное время для укатки. Фирма Кирхнер (Kirchner) усовершенствовала технологию ук- ладки так называемого «компакт-асфальта» (рис. 1.3) за счет приме- нения новой конструкции асфальтоукладчика, созданной путем ме- ханического наложения дополнительного укладочного модуля на су- ществующий стандартный укладчик. При этом два укладчика были соединены в один, способный вести одновременную укладку двух разных по толщине слоев и из двух разных типов смеси, но уплот- няемых катками совместно. Рис. 1.3. Конструкция покрытия из «компакт-асфальта» Новый комбинированный укладчик имеет два раздельных бунке- ра (поочередно заполняемых необходимым типом смеси с помощью ленточного транспортера-перегрузчика), два самостоятельных дизель- ных привода, два рабочих органа (у каждого трамбующий брус с вы- глаживающей виброплитой), но одно общее гусеничное ходовое уст- ройство и единую систему управления всеми агрегатами и органами. В середине ноября фирма «Корд» объединения «Дорстройпро- ект» при строительстве асфальтобетонного покрытия на мосту через реку Тигода, вблизи г. Кириши Ленинградской области, успешно при- менила подобную технологию. Верхний слой покрытия толщиной 2–2,5 см Нижний слой покрытия толщиной 6 см Слой основания толщиной 22 см Подгрунтовка жидким битумом 20 Температура воздуха во время строительства была в интерва- лах от минус 4 до минус 5°C, скорость ветра достигала 6–7 м/с. Вместо двух слоев по проекту (нижний слой 6 см из смеси типа Г и верхний слой 7 см из смеси типа Б) при длине моста 145 м и ширине покрытия 8 м были уложены: – в нижнюю часть покрытия тонкий слой толщиной 3 см из смеси типа Г; – в верхнюю часть покрытия толстый слой толщиной 10 см из смеси типа Б. Причем укладка слоя в 3 см и его предварительное уплотнение одним самоходным пневмокатком GPW15 фирмы Hamm (Германия) производились на повышенных скоростях (скорость асфальтоуклад- чика в пределах 3–4 м/мин, скорость пневмокатка – 6–7 км/ч). На заключительной фазе укатки более полезно и продуктивно использовать либо статический пневмокаток, либо каток с обрези- ненными вальцами. Последний предпочтительнее, так как он создает более высокое контактное давление (до 9–10 кгс/см 2 , у пневмокатка – не более 5–6 кгс/см 2 ), что очень важно для заключительного этапа уплотнения. Исследования показали, что, уплотнение слоев асфальтобетон- ной смеси толщиной более 10 см следует начинать самоходными кат- ками на пневматических шинах, а заканчивать – гладковальцовыми металлическими: двухосными двухвальцовыми или трехосными трех- вальцовыми. Такой режим уплотнения обеспечивает требуемую ров- ность слоя [14]. При укладке слоя асфальтобетонной смеси толщиной от 10 до 20 см необходима установка боковых упоров, предотвращающих раскатывание и разрушение кромки слоя. В качестве боковых упоров наиболее целесообразно использовать присыпные обочины и борто- вые камни, а также рельс формы или деревянные брусья прямо- угольного сечения, высота которых должна быть равна толщине ук- ладываемого слоя. Брусья помещают на основание и фиксируют их положение с внешней стороны штырями (по два штыря на брус длиной 4–5 м). 21 Упоры устанавливают по ходу движения укладчиков на 0,4–0,5 длины сменной захватки. Рекомендуется принимать следующие рабочие скорости движе- ния катков: на пневматических шинах – 6–10 км/ч, гладковальцовых – 4–5 км/ч, вибрационных – до 3 км/ч. Минимальная длина частного потока уплотняющих машин при устройстве асфальтобетонных покрытий не должна быть меньше 4–5 длин катка (чтобы исключить большое число сдвигов смеси при разгоне и торможении катка), что соответствует 20–25 м. Например, при строительстве автомобильной дороги М-20 «Санкт-Петербург – Псков – Пустошка – Невель» до границы с Рес- публикой Беларусь на участке обхода г. Луга были установлены дли- ны захваток в условиях укладки асфальтобетонного покрытия при по- ниженных и в том числе отрицательных температурах воздуха [16]. Технология устройства верхнего слоя основания (толщиной 9 см) и нижнего слоя покрытия (толщиной 6 см) шириной 4,5 м назначалась с учетом интервала пониженных температур воздуха до −1…−5°С. Перед началом работ было определено время остывания слоя асфальтобетонного покрытия (табл. 1.1) с учетом данных номограммы из «Методических рекомендаций по строительству асфальтобетонных покрытий при пониженных положительных и отрицательных (до минус 10°С) температурах воздуха» [4, 5]. Таблица 1.1 Толщина слоя, м Температура воздуха, °С Время остывания слоя Т, мин 0,06 +6…+9 35…36 +1…+5 25…27 0… −5 17…20 0,09 +6…+9 40…45 +1…+5 35…40 0… −5 30…33 Отрицательные температуры воздуха требовали быстрой уклад- ки асфальтобетонной смеси на минимально необходимой длине за- хватки (не менее 75–80 м) для нормальной работы отряда катков и не менее быстрой укатки асфальтобетона. 22 По указанному в таб. 1.1 времени остывания многощебенистой смеси от 130–125°С (начало укатки) до 70–65°С (конец укатки) и с уче- том производительности асфальтобетонного завода равной 160 т/ч была установлена скорость асфальтоукладчика (V, м/мин) и длина за- хватки (L, м) для эффективной работы трех катков (табл. 1.2). Табл. 1.2 показывает, что при непрерывной подаче к асфаль- тоукладчику асфальтобетонной смеси в количестве 160 т/ч и уклад- ке слоя толщиной 6 см и 9 см (шириной 4,5 м) отряд катков обеспе- чивал качественное уплотнение конструктивных слоев из асфальто- бетона с требуемым коэффициентом уплотнения при температуре воздуха выше 0°С. Таблица 1.2 Температура воздуха, °С Толщина слоя 6,0 см Толщина слоя 9,0 см Время остывания смеси, мин В = 4,5 м Время остыва- ния сме- си, мин В = 4,5 м Скорость укладчика, м/мин Длина захват- ки, м Скорость укладчи- ка, м/мин Длина захват- ки, м +6…9 35 3,9 135 40 2,6 105 +1…5 25 95 35 90 0… −5 17 65 30 75 min – 2,0 75 – 2,0 75 При температуре воздуха ниже 0°С время остывания смеси в слое толщиной 0,06 м составляло менее 17 мин. За это время ас- фальтоукладчик успевает подготовить захватку длиной 65 м, чего не- достаточно для эффективной работы трех катков. Поэтому укладка нижнего слоя покрытия толщиной 0,06 м при температуре воздуха ниже 0°С не применялась. Время остывания смеси в слое толщиной 0,09 м при температуре от 0 до −5°С составляло не менее 30 мин. За это время асфальтоук- ладчик успевал подготовить захватку не менее 75 м, и отряд из 3-х кат- ков успевал выполнить работу по уплотнению слоя в необходимом ин- тервале температур. Состав отряда для укладки асфальтобетонных слоев в усло- виях пониженных температур воздуха при строительстве автомо- бильной дороги М-20 «Санкт-Петербург – Псков – Пустошка – Не- 23 вель» до границы с Республикой Беларусь на участке обхода г. Луга приведен в табл. 1.3. Таблица 1.3 № п/п Наименование оборудования Количество, шт. Укладка слоя h = 0,09 м; В = 4,5 м Укладка слоя h = 0,06 м; В = 4,5 м 1 Щетка на базе трактора 1 1 2 Автогудронатор 1 1 3 Перегрузчик Shuttle Buggy SB – 2500 1 1 4 Асфальтоукладчик Vogele 2500 (1900) 1 1 5 Виброкаток Hamm HD 75 1 1 6 Виброкаток Dynapac CC 422 1 1 7 Статический каток Dynapac CS142 1 1 8 Поливомоечная машина (для заправки катков) 1 1 9 Фронтальный погрузчик Volvo L45 1 1 10 Заливщик швов 1 1 В состав работ по устройству нижнего слоя покрытия из горячей крупнозернистой пористой асфальтобетонной смеси марки I толщиной 0,06 м и верхнего слоя основания из горячей крупнозернистой порис- той асфальтобетонной смеси марки I толщиной 0,09 м входили сле- дующие технологические операции: – разбивочные работы; – очистка нижележащего слоя от пыли и грязи; – обработка поверхности основания вяжущим; – транспортировка и приемка на объекте асфальтобетонной смеси; – укладка смеси; – проверка ровности поверхности и поперечного профиля с ис- правлением дефектов; – уплотнение смеси. Разбивка слоя покрытия производилась на участке равном длине полосы укладки, укладываемой за один проход. Очистка нижележаще- го слоя от пыли и грязи осуществляется механическими щетками. Подгрунтовка основания 60%-ной битумной эмульсией произ- водилась за 1–6 ч до начала укладки, при этом температура эмуль- 24 сии должна была быть максимально допустимой. При отрицатель- ных температурах воздуха подгрунтовка производилась горячим жидким битумом. При устройстве подгрунтовки контролировались: равномерность распределения битумной эмульсии, ее температура и норма расхода. Транспортирование асфальтобетонной смеси к месту укладки производилась автомобилями – самосвалами. При доставке асфальтобетонной смеси к укладчику, вне зависи- мости от погодных условий, она подвергалась гранулометрической и температурной сегрегации (расслоению). Для ликвидации грануло- метрической и температурной сегрегации применялся перегрузчик асфальтобетонной смеси Shuttle Buggy SB – 2500 (емкость 25 т). Смесь из автомобилей-самосвалов выгружалась в перегружа- тель, где перемешивалась до однородного состояния, разогревалась и подавалась в бункер асфальтоукладчика бесконтактно скребковым транспортером. Укладка асфальтобетонной смеси производилась гусеничным асфальтоукладчиком Vogele Super, уплотняющие рабочие органы ко- торого работали в следующем режиме: частота оборотов валов трамбующего бруса 1000–1400 об/мин; вала вибратора плиты 2500– 3000 об/мин. На старте укладчика под подошву плиты подкладывал- ся брусок равный толщине слоя в неуплотненном состоянии. Для обеспечения хорошего сопряжения смежных полос произ- водился разогрев кромки ранее уложенной полосы с помощью инфра- красных излучателей. При окончании укладки смеси на установленной полосе слой ее клинообразно утончался. При возобновлении работ клинообразная часть слоя обрубалась вертикально по рейке или шнуру в направле- нии, перпендикулярном оси дороги. Толщина покрытия в местах об- рубки была не менее проектной. Для образования качественного поперечного стыка в месте об- рубки слоя вертикальная грань ранее уложенного слоя смазывалась битумом и на это место устанавливалась плита асфальтоукладчика. 25 Уплотнение асфальтобетонной смеси начиналось при темпера- туре не менее 125°С во избежание образования дефектов и неровно- стей на покрытии в процессе его укатки. В целях повышения прочно- сти покрытия смесь уплотнялась до получения наибольшей плотности в период, пока смесь не остыла ниже 70°С. Уплотнение смеси начиналось продольными проходами катка от края полосы с постепенным смещением проходов к кромке, обращен- ной к оси дороги, при этом следили, чтобы вальцы катка не приближа- лись к ней менее чем на 100 мм. Оставшаяся неуплотненная полоса укатывалась позднее. Подкатка производилась ведущими вальцами вперед, с пере- крытием предыдущего следа на 20–30 см, возвратно-поступательным движением по одной и той же полосе. Смена полосы всегда произво- дилась на ранее уплотненной полосе во избежание появления следов на слое. Каток двигался без остановки на уплотняемом слое и без пе- реключения передач. Первые проходы при уплотнении следующей полосы выполня- лись по продольному сопряжению с ранее уложенной полосы, при этом каток двигался вперед ведущими вальцами. При укладке конструктивных слоев смежными полосами качест- во сопряжения вновь укладываемой горячей полосы с холодной кром- кой ранее уложенной полосы обеспечивалось следующими техноло- гическими мероприятиями: – использованием газового инфракрасного терморазогревателя фирмы Abakus (Германия), который прогревал кромку холодной поло- сы до 90–120°С на глубину 1,0–1,5 см так, что фактически стыковка двух полос происходила не горячего асфальтобетона по холодному, а горячего по горячему; – уплотнение вновь уложенного асфальтобетона у такого шва осуществлялось специально выделенным гладковальцовым катком, чем и достигалась высокая плотность асфальтобетона у шва и необ- ходимая прочность самого шва, исключающая появление дефектов и разрушений [16]. |