Технология дорожных работ. Учебное пособие для студентов, обучающихся по специаль ностям Автомобильные дороги и аэродромы
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
43 3.4.1. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ВЕТРА НА ТЕМП ОХЛАЖДЕНИЯ ГОРЯЧЕЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ Ранее показано, что качество работ с применением горячих асфаль- тобетонных смесей зависит от температуры смеси при выполнении техно- логических операций по устройству и ремонту дорожных покрытий. Тем- пература смеси в начале и окончания работ влияет на продолжительность выполнения технологических операций, в результате которых обеспечи- ваются требуемые эксплуатационные показатели асфальтобетона. Одним из факторов, влияющих на процесс охлаждения горячей сме- си при устройстве дорожных покрытий, является скорость перемещения воздушных масс. Температура смеси при сравнительно небольшой тол- щине укладываемого слоя горячей смеси на нижележащий слой и боль- шой поверхности покрытия в значительной степени зависит от скорости перемещения воздушных масс. Поэтому при устройстве дорожных по- крытий с применением горячих асфальтобетонных смесей в нормативных документах введены ограничения на производство работ в зависимости от скорости ветра. Для уточнения влияния скорости ветра на процесс охлаждения горя- чей асфальтобетонной смеси при производстве работ по устройству до- рожного покрытия и при ремонте выбоин рассмотрены закономерности влияния скорости ветра на охлаждение горячей смеси. Для этого приме- нялась программа, разработанная на кафедре « Городское строительство и автомобильные дороги» ФГБОУ ВПО «ТГТУ». На рисунках 3.7 и 3.8 представлены зависимости охлаждения горячей смеси при устройстве дорожного покрытия и при ремонте выбоины на дорожном покрытии при равных условиях производства работ (температура воздуха 0 ºС; темпера- тура горячей смеси 150 ºС; толщина слоя 0,05 м). Рис. 3.7. Зависимость температуры смеси от времени при устройстве дорожного покрытия Время охлаждения, мин Т е м п ер ат ур а см еси , ° С 44 Рис. 3.8. Зависимость температуры смеси от времени при укладке в выбоину Из представленных на рисунке данных по охлаждению смесей в до- рожном покрытии и выбоине видно, что процессы охлаждения смесей протекают по одним и тем же законам. Различие заключается в том, что процессы охлаждения смеси в выбоине происходят более интенсивно, и это приводит к уменьшению времени нахождения горячей смеси в заданном интервале температур. Максимальная интенсивность охлаждения горячей смеси соответствует процессу укладки горячей смеси, и если при устройст- ве дорожного покрытия горячая смесь находится в заданном интервале температур в течение 20 мин, то при укладке в выбоину – в пределах 5 мин. Такое сокращение времени нахождения горячей смеси в заданном интерва- ле температур предъявляет повышенные требования к организации и про- изводству работ по ремонту выбоин с применением горячих асфальтобе- тонных смесей. В таблицах 3.3 и 3.4 представлены результаты моделирова- ния процесса охлаждения горячей асфальтобетонной смеси в выбоине по- крытия при разных температурах воздуха и скорости ветра. 3.3. Изменение температуры горячей смеси во времени в зависимости от скорости воздуха. Температура воздуха –20 °С Скорость, м/с Время, мин 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 160 136 114 96 80 69 59 51 44 2 160 133 110 91 76 63 54 46 39 4 160 130 106 86 71 59 49 41 35 6 160 128 102 82 66 54 45 37 31 8 160 125 99 78 63 51 41 34 28 Т е м п ер ат ур а , ° С Время, мин 45 3.4. Изменение температуры горячей смеси во времени в зависимости от скорости воздуха. Температура воздуха – 0 °С Скорость, м/с Время, мин 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 160 139 120 103 89 79 70 63 57 2 160 136 116 99 85 74 66 59 53 4 160 137 112 95 81 70 61 54 49 6 160 131 109 91 77 66 57 51 45 8 160 129 106 88 74 63 59 3448 43 Из представленных результатов моделирования тепловых процессов при устройстве дорожного покрытия, а также экспериментальных данных, можно сделать вывод, что наиболее интенсивно охлаждение горячей сме- си происходит в пределах 5…10 мин, где влияние скорости ветра на про- цесс охлаждения проявляется в меньшей степени, чем при дальнейшем охлаждении горячей смеси. При производстве ремонтных работ ввиду небольшой поверхности выбоины, сразу после укладки горячей смеси производят её уплотнение. Исследованиями А. А. Иноземцева установлено, что независимо от состава смеси, температуры воздуха и скорости ветра, процесс охлажде- ния подчиняется экспоненциальному закону. Скорость охлаждения горя- чей смеси зависит от коэффициента теплоотдачи смеси, теплоёмкости смеси, объёмной массы смеси и толщины укладываемого слоя. Следова- тельно, скорость охлаждения горячей смеси, при постоянной толщине слоя и теплоёмкости материала определяется коэффициентом теплоотда- чи, зависящим от скорости перемещения воздушных масс. Следовательно, можно предположить, что между скоростью ветра и темпом охлаждения горячей смеси существует зависимость. На рисунке 3.9 представлена за- висимость изменения температуры уложенной горячей смеси в выбоину на глубине 0,015 м от поверхности слоя с учётом скорости ветра через 5 мин после укладки. Используя зависимость для определения температуры горячей смеси при её транспортировке от места загрузки транспортных средств до её укладки, рассчитан темп охлаждения горячей асфальтобетонной смеси при разных температурах окружающего воздуха. Результаты расчётов представлены на рис. 3.10. 46 105 110 115 120 125 0 2 4 6 8 10 Скорость ветра, м/с те м п е р ат ур а см еси , гр а д С Рис. 3.9. Влияние скорости ветра на температуру горячей смеси: температура смеси при укладке 140 ºС; толщина слоя 0,05 м; измерение температуры на глубине 0,015 м от поверхности слоя; температура воздуха: 1 – +10 ºС; 2 – –10 ºС; 3 – –20 ºС Рис. 3.10. Зависимость темпа охлаждения горячей смеси от скорости ветра (температура воздуха –0 °С) На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы: 1. Охлаждение горячей смеси при устройстве дорожного покрытия и при укладке в выбоину дорожного покрытия при производстве ремонт- ных работ подчиняется одинаковым закономерностям. 2. Независимо от температуры воздуха и температуры смеси при укладке между темпом охлаждения горячей смеси и скоростью ветра су- ществует связь, которая подчиняется экспоненциальной зависимости. 3. Темп охлаждения горячей смеси зависит от разницы температур воздуха и горячей смеси. Контрольные вопросы к главе 3 1. Перечислите условия производства работ, влияющие на образо- вание зоны горячей смеси с пониженной температурой по отношению к общему объёму материала в выбоине. 1 2 3 Те мп е ра тур а см ес и , ° С Скорость ветра, м/с y = 0,0049x + 0,5002 0,49 0,5 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0 2 4 6 8 10 Скость ветра, м/с Те м п ох ла ж д ен и я сме си , 1 /ч Скорость ветра, м/с Те мп ох лаж д е ния сме си , 1/ ч 47 2. Объясните причину резкого понижения температуры горячей смеси в зоне контакта смеси в выбоине с поверхностью дорожного по- крытия. 3. Почему у прямого угла выбоины температура смеси меньше, чем в других местах контакта смеси с поверхностью покрытия? 4. Объясните причину разрушения асфальтобетона на стыке двух полос покрытия при их раздельной укладке. 5. Чем объясняется уменьшение влияния скорости ветра при произ- водстве ремонтных работ по отношению к устройству покрытия? Основная литература 1. Зубков, А. Ф. Технология ремонта дорожных покрытий автомо- бильных дорог с применением горячих асфальтобетонных смесей / А. Ф. Зубков, В. Г. Однолько, Е. Ю. Евсеев. – Москва : Издательский дом «Спектр», 2013. – 180 с. 2. Зубков, А. Ф. Технология устройства дорожных покрытий с учё- том температурных режимов асфальтобетонных смесей / А. Ф. Зубков. – Тамбов : Изд-во Першина Р. В., 2006. – 151 с. 3. Подольский, В. П. Технология и организация строительства ав- томобильных дорог / В. П. Подольский. Т. 2: Дорожные покрытия ; под ред. В. П. Подольского. – Москва : Академия, 2012. – 297 с. Дополнительная литература 4. Технология и организация строительства автомобильных дорог / Н. В. Горелышев и др. – Москва : Транспорт, 1991. – 551 с. 5. Ищенко, И. С. Технология устройства и ремонта асфальтобетон- ных покрытий / И. С. Ищенко, Т. Н. Калашникова, Д. А. Семенов. – Мо- сква : Аир-Арт, 2001. 6. Зубков, А. Ф. Разработка теплофизической модели при производ- стве ремонтных работ покрытий нежёсткого типа / А. Ф. Зубков, В. Н. Мат- веев, Е. Ю. Евсеев // Российская академия наук, Вестник Центрального ре- гионального отделения. – Тамбов–Воронеж, 2012. – Вып. 11. – С. 303 – 309. 48 Г л а в а 4 ОБОСНОВАНИЕ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЯМОЧНОГО РЕМОНТА ВЫБОИН ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ НЕЖЁСТКОГО ТИПА Качество работ по ремонту дорожных покрытий нежёсткого типа за- висит не только от свойств применяемого материала, но и от эффективно- сти применяемых механизмов при производстве работ. При образовании выбоины на поверхности покрытия и несвоевременном ремонте под дей- ствием нагрузок от транспортных средств по контуру образовавшей вы- боины происходит разрушение материала покрытия, возникают трещины и микротрещины, что способствует снижению прочностных характери- стик асфальтобетона и прогрессивному разрушению дорожного покрытия. Для устранения развития трещин и микротрещин на покрытиях техноло- гией работ предусматривается обрубка кромок выбоины с приданием ей любой конфигурации с прямолинейным очертанием. Для выполнения ра- бот по обработке кромок применяют фрезерные машины, дисковые пилы или перфораторы. Установлено, что применение перфораторов для обра- ботки кромок выбоины способствует образованию микротрещин в ас- фальтобетоне. Поэтому такой способ обработки кромок выбоины не ре- комендуется. С целью обеспечения сцепления укладываемого материала в выбоину и дородного покрытия производят её очистку от асфальтобетон- ного лома и грязи, подгрунтовку дна и кромок выбоины вязким битумом. В качестве ремонтного материала преимущественно используют горячие асфальтобетонные смеси, для уплотнения которых применяют малогаба- ритные гладковальцевые катки или вибрационные плиты. При повышен- ном увлажнении выбоины её просушивают сжатым воздухом (горячим или холодным). Для этой цели, в некоторых случаях, применяют тепловое воздействие на материал выбоины. Анализ технологий по ремонту выбоин на покрытиях нежёсткого ти- па с применением горячих смесей показал, что основными недостатками, способствующими низкому качеству ремонтных работ, является наруше- ние требований по подготовке основания покрытия, несоблюдение темпе- ратурных режимов горячих смесей при укладке и уплотнении и неэффек- тивное применение уплотняющих механизмов. 4.1. ВЫБОР УПЛОТНЯЮЩИХ МАШИН ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЯМОЧНОГО РЕМОНТА ПОКРЫТИЙ НЕЖЁСТКОГО ТИПА Установлено, что эксплуатационные параметры асфальтобетона за- висят от качества уплотнения, которое зависит от температурных режи- мов укладки и уплотнения, времени действия уплотняющей нагрузки на 49 материал и метода уплотнения. Выбор параметров уплотняющих средств зависит от физико-механических характеристик применяемого материала и способа его укладки. При распределении горячей смеси ручным спосо- бом, что происходит довольно часто при производстве ремонтных работ, коэффициент предварительного уплотнения горячего асфальтобетона на- ходится в пределах 0,7…0,75. За счёт низкого коэффициента предвари- тельного уплотнения и незначительной деформативной способности го- рячего материала, на начальной стадии уплотнения необходимо приме- нять механизмы с малыми контактными напряжениями, соответствующие прочностным характеристикам материала. С повышением плотности ма- териала силовые параметры уплотняющих машин должны увеличиваться. Выполнение этого условия возможно только при применении уплотняю- щих машин динамического действия с переменными силовыми параметра- ми. К таким машинам относятся вибрационные катки и вибрационные пли- ты. При незначительной площади ремонтируемой поверхности применение серийных дорожных катков нецелесообразно. Поэтому на практике при производстве ремонтных работ по устранению выбоин на поверхности до- рожного покрытия применяют ручные катки статического или вибрацион- ного действия. Анализ параметров катков, применяемых для этих целей, показал, что они не в состоянии обеспечить требуемые характеристики укладываемого в выбоину асфальтобетона. Известно, что для обеспечения качественного уплотнения необходимо, чтобы контактные напряжения под рабочим органом машины были близки к пределу прочности уплотняемого материала. При строительстве асфальтобетонных покрытий дорожные кат- ки, в зависимости от места назначения в технологическом процессе, име- ют линейные давления в пределах 40…100 кН/п.м. Линейное давление ручного катка статического действия соответствует 0,05…0,1 кН/п.м. Следовательно, обеспечить требуемые эксплуатационные показатели ас- фальтобетона при использовании такой технологии практически невоз- можно. Применение вибрационных ручных катков не устраняет данный недостаток, хотя его воздействие на горячую асфальтобетонную смесь более эффективно за счёт дополнительного динамического фактора. В то же время малая масса вибрационного катка при значительной вынуж- дающей силе не обеспечивает требуемой плотности материала по толщи- не слоя, что приводит к неравномерности уплотнения по толщине уплот- няемого слоя материала. Более эффективным для этих целей является применение вибрационных плит, которые в настоящее время получили широкое применение при производстве ремонтных работ на покрытиях нежёсткого типа. С целью уточнения качества уплотнения горячих ас- фальтобетонных смесей при применении вибрационных плит и сравнения 50 с традиционными технологиями устройства покрытия были проведены экспериментальные исследования при реконструкции автомобильной до- роги «Москва–Волгоград» на участке 423…431 км. В качестве базовой технологии для устройства асфальтобетонного покрытия с применением горячей смеси типа А, приготовленной на битуме марки БНД 60/90, при- нято звено машин, состоящее из асфальтоукладчика (с трамбующим бру- сом и выглаживающей вибрационной плитой) и звеном дорожных катков в составе среднего и тяжёлого типов. Температура горячей смеси при укладке и уплотнении измерялась на глубине одной трети от толщины уложенного слоя и соответствовала существующим рекомендациям по устройству дорожных покрытий. В процессе уплотнения температура смеси менялась в пределах от 130 до 85 °С. После укладки горячей смеси асфальтоукладчиком коэффициент предварительного уплотнения асфаль- тобетона составлял 0,935. Измерение коэффициента уплотнения произво- дилось плотномером ПАБ-1. В качестве сравниваемой технологии приня- то звено машин из асфальтоукладчика и вибрационной плиты массой 110 кг с контактной поверхностью 1800 см 2 . Величина вынуждающей си- лы соответствовала 25 кН. Полученные результаты измерения коэффици- ента уплотнения в зависимости от числа проходов по одному следу пред- ставлены на рис. 4.1. Из представленных данных видно, что применение вибрационных плит для уплотнения горячих асфальтобетонных смесей позволяет обес- печить более высокие показатели уплотнения. При уплотнении вибрации- Рис. 4.1. Зависимость коэффициента уплотнения асфальтобетона от числа проходов: ♦ – комбинированный каток статического действия; ■ – вибрационный каток, тандем, WВ151-АD; ▲ – вибрационная плита 51 оной плитой рост коэффициента уплотнения происходит интенсивнее, чем при уплотнении дорожными катками. Достигаемая величина коэффи- циента уплотнения выше, чем при работе звена дорожных катков. Полу- ченный эффект при уплотнении горячего асфальтобетона вибрационной плитой объясняется тем, что остаточная деформация уплотняемого мате- риала зависит не только от силового воздействия рабочего органа на ма- териал, но и времени его действия. При одинаковой рабочей скорости перемещения уплотняющей машины время действия на уплотняемый ма- териал у вибрационной плиты значительно больше. Если при укатке кат- ком время действия нагрузки за один проход на частицу материала со- ставляет 0,2…0,4 с, при работе катка на пневматических шинах 0,4…0,6 с, то при уплотнении вибрационной плитой время действия составляет 0,8…1,6 с. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что при определённых условиях производства ремонтных работ, применение технологии уплотнения горячих асфальтобетонных смесей вибрационны- ми плитами, при соответствующих их параметрах, эффективнее, чем до- рожными катками. Контрольные вопросы к главе 4 1. Дайте определение понятию «уплотняющая способность машины». 2. Какие силовые параметры катков влияют на процесс уплотнения материала? 3. Чем объясняется более высокая плотность уплотнённого асфаль- тобетона в выбоине вибрационными плитами по отношению к каткам? 4. Перечислите основные параметры вибрационных плит. Основная литература 1. Зубков, А. Ф. Технология ремонта дорожных покрытий автомо- бильных дорог с применением горячих асфальтобетонных смесей / А. Ф. Зубков, В. Г. Однолько, Е. Ю. Евсеев. – Москва : Издательский дом «Спектр», 2013. – 180 с. 2. |