Материал: Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура

варительной подкаткой до соответствующей плотности. Уплотнение производилось гладковальцовым катком 1 (рис. 1) с радиусом R = 17,5 см и шириной В = 33 см. С помощью съемных металлических грузов 2 регулировалось линейное давление таким образом, чтобы критерий силового воздействия q/R изменялся в пределах от 0,01 до 0,1 МПа. Участок уплотняемой полосы разбивался на две половины, одна из которых подвергалась вакуумированию после каждого прохода вальца с помощью вакуумной камеры 3. Разрежение в последней составляло 5…10 кПа. Каждый опыт проводился при постоянном значении параметра q/R. Количество проходов по одному месту было равно 8.

Рис. 2. Общий вид лабораторной установки

В результате исследований определялись рациональные значения параметра q/R, дальнейшее увеличение которого приводило к незначительному росту деформации, фиксируемой датчиками деформации слоя. Рациональные значения параметра q/R в зависимости от начальной плотности уплотняемого слоя асфальтобетонной смеси представлены в виде графиков на рис. 3а.

Следует отметить, что при малой начальной плотности и высокой температуре уплотняемого слоя использование больших значений параметра q/R было невозможно вследствие разрушения слоя, что сопровождалось сильным выдавливанием смеси из-под вальца.

Зная время воздействия вальца на уплотняемый слой и величину необратимой деформации слоя, которые определялись из осциллограмм, и приняв треугольный закон нагружения и соответствующий ему закон развития необратимой деформации, а также используя данные реологических характеристик слоев асфальтобетонной смеси, методом подбора на ЭВМ с применением специального алгоритма расчетов [14] определялись контактные давления под вальцом катка, соответствующие оптимальным значениям параметра q/R.

На рис. 3б приведены значения оптимальных контактных давлений в относительных единицах в зависимости от начальной плотности.

Предел прочности слоя асфальтобетонной смеси р определяется из [12].

Как видно из рис. 3б, рациональные значения относительных контактных давлений при уплотнении вакуумированных слоев асфальтобетонных смесей в 1,5…2,0 раза ниже, чем при

101

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

уплотнении невакуумированных слоев. Данное обстоятельство объясняется, во-первых, повышенным пределом прочности вакуумированных слоев асфальтобетонной смеси по сравнению с невакуумированными [12] в зависимости от текущей плотности, температуры и толщины слоя, что обусловливается улучшением структурных показателей [4], а во-вторых, снижением внутренних остаточных напряжений в уплотняемом слое [5], а следовательно, и модуля деформации слоя при его вакуумировании, что требует меньших контактных нагрузок со стороны рабочих органов уплотняющих машин.

Рис. 3. Рациональные значения параметра q/R (а) и контактных давлений (б) в зависимости от начальной плотности слоя асфальтобетонной смеси:

1 — невакуумированный слой асфальтобетонной смеси;

2 — вакуумированный слой асфальтобетонной смеси

Математическая обработка экспериментальных данных позволила с учетом (1) получить следующие аналитические выражения:

для невакуумированных смесей:

где k — коэффициент превышения контактных давлений для невакуумированных смесей относительно контактных давлений для вакуумированных смесей.

2. Проверка экспериментальных данных. Для проверки экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях, были проведены исследования по оценке рациональных значений параметра q/R при уплотнении с вакуумированием в производственных условиях с применением дорожных катков ДУ-54 и ДУ-47А [20], а также экспериментального катка с вакуумным устройством (ВУ) массой 4 т [7].

Выбор средств уплотнения осуществлялся таким образом, чтобы основной параметр катков — линейное давление — изменялся в пределах от 7 до 35 кН/м. Такие значения линейного давления катков q могут быть использованы при работе на температурах уплотнения смеси 100…140 оС и характерны для катков легкого и среднего типа. Комплексный параметр

102

используемых средств уплотнения изменялся в интервале 23…58 кН/м2. Исследования проводились при устройстве верхнего слоя участка автодороги Стрельна — Кипень — Гатчина из песчаной смеси.

Температура смеси в процессе экспериментальных работ изменялась незначительно и составляла 120… 125 °С. Толщина уплотняемого слоя была равна 5 см. Число проходов катка по одному следу изменялось от 4 до 8, а разрежение в вакуумной камере составляло 5…10 кПа. Результаты исследований, полученные укаткой с вакуумированием, сравнивались с результатами уплотнения без вакуумирования.

Влияние параметра q/R оценивалось по достигнутым оценочным показателям — коэффициенту уплотнения и показателю водонасыщения. Результаты исследований представлены на рис. 4 и в таблице [20].

а)

б)

Рис. 4. Зависимости изменения коэффициента уплотнения (1) и водонасыщения (2) от параметра q/R статических гладковадьцовых катков:

а) число проходов n = 4; б) число проходов n = 8;

— уплотнение с вакуумированием; — уплотнение без вакуумирования

103

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Примечание: *числитель — уплотнение дорожными катками с ВУ; знаменатель — уплотнение статическими дорожными катками; Ку — коэффициент уплотнения; W — водонасыщение.

С ростом значения параметра q/R увеличивается плотность и снижается водонасыщение для сравниваемых вариантов уплотнения. Однако в случае уплотнения с вакуумированием достигаются более высокие показатели коэффициента уплотнения и более низкие показатели водонасыщения.

Интенсивное изменение их происходит при увеличении параметра q/R от 0,02 МПа до 0,03 МПа. Дальнейшее увеличение параметра не ведет к изменению оценочных показателей. На рис. 4а при n = 4 смещение границы происходит в сторону больших значений q/R.

Выводы

1.Анализ полученных результатов показывает, что рациональные значения параметра q/R при уплотнении с вакуумированием при температуре 125…120 °С и начальном коэффициенте уплотнения 0,91 составляет 0,03…0,035 МПа при числе проходов n = 8.

2.Расхождение между результатами производственных испытаний и результатами лабораторных исследований не превышает 10 %, что является вполне удовлетворительным.

3.Представленные результаты исследований позволяют определять рациональные контактные давления под вальцами катков и выводить технологические параметры выбираемых катков на оптимальные режимы работы, включая скорость движения, параметры вибрации и число проходов, с обеспечением максимального эффекта уплотнения асфальтобетонных смесей и высокого качества асфальтобетонов.

Библиографический список

1.Бадалов, В. В. Исследование катков при уплотнении асфальтобетонных дорожных покрытий: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.05.04: защищена 28.03.1974 / Владимир Вачаганович Бадалов. — Л., 1974. —

17 с.

2.Зубков, А. Ф. Сопоставление параметров вибрационных и статических катков для уплотнения асфальтобетонных смесей / А. Ф. Зубков, Н. Я. Хархута // Исследование современных способов и средств уплотнения грунтов и конструктивных слоев дорожных одежд: Труды СоюздорНИИ. — 1975. — Вып. 84. —

С. 124—132.

3.Зубков, А. Ф. Исследование параметров вибрационных катков при уплотнении асфальтобетонных покрытий: автореф. дис…. канд. техн. наук / А. Ф. Зубков. — Л., 1974. —16 с.

4.Иванченко, С. Н. Исследование влияния вакуумирования на структуру дорожно-строительных материалов при их уплотнении / С. Н. Иванченко, С. В. Носов // Исследование рабочих процессов и динамики вибрационных машин с регулируемыми параметрами. — Ярославль: ЯПИ, 1984. — С. 21—23.

5.Иванченко, С. Н. Напряженно-деформированное состояние материала при уплотнении катком с вакуумным устройством / С. Н. Иванченко, А. А. Шестопалов // Исследование и испытание строительных машин и оборудования. — Хабаровск: Изд-во Хабаровск. гос. техн. ун-та, 1993. — С. 58—64.

6.Коваленко, Ю. Я. Исследование самоходных вибрационных катков для уплотнения асфальтобетонных смесей: автореф. дис… канд. техн. наук / Ю. Я. Коваленко. — Л., 1979. — 23 с.

104

7.Ложечко, В. П. Исследование рабочего процесса гладковальцового катка с вакуумным балластным устройством: автореф. дис. … канд. техн. наук / В. П. Ложечко. — Л., 1981. — 19 с.

8.Носов, С. В. Влияние технологических параметров дорожных катков на уплотнение асфальтобетонной смеси / С. В. Носов // Строительные и дорожные машины. — 2001. — № 7. — С. 5—7.

9.Носов, С. В. Выбор параметров и режима работы вибрационного катка с вакуумным устройством для уплотнения асфальтобетонных дорожных покрытий: автореф. дис…. канд. техн. наук: 05.05.04: защищена 2.11.1989 / Сергей Владимирович Носов. — Л., 1989. — 16 с.

10.Носов, С. В. Динамическая модель вибрационного катка с вакуумным устройством / С. В. Носов, В. В. Носов // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1991. — № 7. — С. 101—107.

11.Носов, С. В. К вопросу по определению модуля деформации уплотняемых слоев дорожностроительных материалов / С. В. Носов, В. В. Носов // Известия вузов. Строительство. — 1991. — № 10. — С. 104—108.

12.Носов, С. В. Определение прочностных характеристик вакуумированных асфальтобетонных смесей для устройства дорожных покрытий / С. В. Носов //Оптимальные вибрационные рабочие процессы в строительстве. — Ярославль: ЯПИ, 1989. — С. 33—38.

13.Носов, С. В. Особенности технологии уплотнения дорожных покрытий катками при использовании на них вакуумных устройств / С. В. Носов // Строительные и дорожные машины. — 1999. — № 9. — С. 6—9.

14.Носов, С. В. Разработка технологий уплотнения дорожных асфальтобетонных смесей и грунтов на основе развития их реологии: автореф. дис. … д-ра техн. наук / С. В. Носов. — Воронеж, 2013. — 34 с.

15.Носов, С. В. Технологические режимы работы уплотняющих машин и закономерности уплотнения дорожно-строительных материалов на основе развития их реологии / С. В. Носов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2011. — № 3 (23). — С. 87—98.

16.Носов, С. В. Технология уплотнения горячих асфальтобетонных смесей с применением вибрационных катков с вакуумным устройством / С. В. Носов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2012. — № 4 (24). — С. 53—63.

17.Носов, С. В. Уплотнение асфальтобетонных смесей с вакуумированием / С. В. Носов // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2010. — № 3. — С. 36—39.

18.Подольский, Вл. П. Развитие реологии дорожно-строительных материалов на пути совершенствования технологий их уплотнения / Вл. П. Подольский, О. В. Рябова, С. В. Носов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2011. — № 3 (23). — С. 99—108.

19.Хархута, Н. Я. Выбор типа и режима работы катков при уплотнении асфальтобетонных смесей / Н. Я. Хархута, А. А. Шестопалов // Автомобильные дороги. — 1983. — № 3. — С. 24—25.

20.Шестопалов, А. А. Влияние параметров катков и температуры на уплотняемость асфальтобетонных смесей укаткой с вакуумированием / А. А. Шестопалов, С. Н. Иванченко, С. В. Носов // Рабочие процессы и динамика машин и механизмов для разработки, уплотнения грунтов и вибрационного формования изделий. — Ярославль: ЯПИ, 1986. — С. 57—61.

References

1.Badalov, V. V. Issledovanie katkov pri uplotnenii asfal'tobetonnykh dorozhnykh pokrytii: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk: 05.05.04: zashchishchena 28.03.1974 / Vladimir Vachaganovich Badalov. — L., 1974. — 17 s.

2.Zubkov, A. F. Sopostavlenie parametrov vibratsionnykh i staticheskikh katkov dlya uplotneniya asfal'tobetonnykh smesei / A. F. Zubkov, N. Ya. Kharkhuta // Issledovanie sovremennykh sposobov i sredstv uplotneniya gruntov

ikonstruktivnykh sloev dorozhnykh odezhd: Trudy SoyuzdorNII. — 1975. — Vyp. 84. — S. 124—132.

3.Zubkov, A. F. Issledovanie parametrov vibratsionnykh katkov pri uplotnenii asfal'tobetonnykh pokrytii: avtoref. dis…. kand. tekhn. nauk / A. F. Zubkov. — L., 1974. — 16 s.

4.Ivanchenko, S. N. Issledovanie vliyaniya vakuumirovaniya na strukturu dorozhno-stroitel'nykh materialov pri ikh uplotnenii / S. N. Ivanchenko, S. V. Nosov // Issledovanie rabochikh protsessov i dinamiki vibratsionnykh mashin s reguliruemymi parametrami. — Yaroslavl': YaPI, 1984. — S. 21—23.

5.Ivanchenko, S. N. Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie materiala pri uplotnenii katkom s vakuumnym ustroistvom / S. N. Ivanchenko, A. A. Shestopalov // Issledovanie i ispytanie stroitel'nykh mashin i oborudovaniya. — Khabarovsk: Izd-vo Khabarovsk. gos. tekhn. un-ta, 1993. — S. 58—64.

6.Kovalenko, Yu. Ya. Issledovanie samokhodnykh vibratsionnykh katkov dlya uplotneniya asfal'tobetonnykh smesei: avtoref. dis… kand. tekhn. nauk / Yu. Ya. Kovalenko. — L., 1979. — 23 s.

7.Lozhechko, V. P. Issledovanie rabochego protsessa gladkoval'tsovogo katka s vakuumnym ballastnym ustroistvom: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk / V. P. Lozhechko. — L., 1981. — 19 s.

8.Nosov, S. V. Vliyanie tekhnologicheskikh parametrov dorozhnykh katkov na uplotnenie asfal'tobetonnoi smesi / S. V. Nosov // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. — 2001. — № 7. — S. 5—7.

9.Nosov, S. V. Vybor parametrov i rezhima raboty vibratsionnogo katka s vakuumnym ustroistvom dlya uplotneniya asfal'tobetonnykh dorozhnykh pokrytii: avtoref. dis…. kand. tekhn. nauk: 05.05.04: zashchishchena 2.11.1989 / Sergei Vladimirovich Nosov. — L., 1989. — 16 s.

105