Рубрика: Без рубрики

Дальнейшее увеличение уплотняющих напряжений приводит к качественному изменению связей и их упрочнению, что важно для такого процесса, как строительство дорожных оснований. От сжатия минеральной части материалов со структурой контактного типа увеличивается площадь контактов и возрастают силы трения и сцепления по этой площади.

Структурное сопротивление уплотнению возрастает по мере увеличения числа структурных связей и их упрочнения. Регулировать такое сопротивление можно путем подбора гранулометрического состава и смены режимов уплотнения, которые использует также укладка тротуарной плитки под ключ.

Для уплотнения слоев дорожных одежд в настоящее время применяют три основных способа воздействия на материал: статический, вибрационный и ударно-вибрационный. Первый применяется при укатке катками различных типов, второй — при уплотнении виброкатками, третий — вибротрамбующими органами укладчиков.

Наиболее распространено уплотнение катками (укатка). Этот способ обеспечивает требуемое качество уплотнения при высокой производительности и малой стоимости работ. Укатка применяется для уплотнения материалов как с коагуляционно-кристаллизационной, так и с контактной структурой и, таким образом, является достаточно универсальным способом, которым пользуется механизированная укладка тротуарной плитки.

Уплотняющее действие катков зависит от максимальных контактных давлений, площади контакта с уплотняемым слоем, особенностей эпюры контактных давлений, скорости укатки и числа проходов. Площадь контакта колеса с уплотняемым слоем и форма эпюры контактных давлений определяют толщину прорабатываемого слоя.

Скорость укатки в большой мере влияет на эффективность уплотнения, особенно в тех случаях, когда материал обладает резко выраженными вязкими свойствами. Уменьшение скорости укатки таких материалов приводит к увеличению их плотности и прочности. При этом, однако, уменьшается производительность уплотнения и несколько возрастает его стоимость.

Число проходов катков влияет на скорость укатки и на качество уплотнения. Суммарное время воздействия на материал пропорционально числу проходов. Время воздействия оказывает большее влияние в начале уплотнения, чем в конце его.

Для укатки применяют катки на пневматических колесах и жестко-барабанные катки. Катки на пневматических колесах удобны для уплотнения слоев из укрепленных грунтов.

Трещины являются следствием температурного деформирования основания в осенне-зимний период. Их принято называть отраженными. Для уменьшения количества отраженных трещин применяют специальные конструктивные и технологические решения. Наиболее эффективные из них — фрагментирование жесткого (полужесткого) основания и устройство трещинопрерывающих прослоек между слоями, которые основание дорожного полотна.

Основания из не обработанных вяжущими щебеночных и гравийных материалов, устраиваемые под покрытия из асфальтобетонных и органоминеральных смесей, должны быть минимально деформируемы под воздействием нагрузок и природных факторов во избежание образования трещин и разрушения покрытий. В этих случаях модуль упругости основания должен быть таким, чтобы изгибающие напряжения в покрытии не превосходили допускаемых напряжений с учетом повторных нагрузок.

Чтобы дорожные основания автомобильных дорог дольше служили, для уменьшения их толщины используют щебеночные, гравийные смеси и грунты, применяемые в качестве оснований. Их обрабатывают вяжущими. Лучшие результаты обеспечивают комплексные методы обработки материалов (двумя вяжущими или вяжущим в сочетании с ПАВ).

Когда идет строительство оснований дорожной одежды с бескорытным профилем, самый нижний слой основания (чаще всего дренирующий) устраивают на всю ширину земляного полотна. Все последующие слои оснований делают шире на 15-25 см с каждой стороны по отношению к вышележащему слою. За счет этого обеспечивается большая устойчивость конструкции и ее надежность.

Перед устройством слоев оснований проводят работы по подготовке земляного полотна, так как по нему осуществляется движение строительного транспорта, что вызывает образование колей и нарушение ровности поверхности.

В связи с этим проводят планировочные работы, придавая земляному полотну требуемый поперечный уклон, до- уплотняют, а иногда и укрепляют верхнюю его часть. Грунт земляного полотна необходимо укреплять в случаях, когда он обладает невысоким модулем упругости и значительно ухудшает физико-механические свойства при воздействии воды.

Укрепляют грунт путем введения в него минеральных добавок в виде песка, шлака, отходов камнедробления. При отсыпке насыпи из глинистых грунтов хороший эффект достигается при обработке их стабилизаторами на кислотной основе.

При использовании изола грунт над и под прослойкой на толщину не менее 10 см не должен иметь зерен крупнее 40 мм, а содержание зерен размером 5-40 мм не должно выходить за пределы допустимого зернового состава грунта. Строительство дорог в России учитывает этот момент.

В случае использования полиэтиленовой пленки грунт не должен иметь зерен крупнее 20 мм, а содержание зерен размером 5, 20 мм не должно выходить за пределы допустимого зернового состава грунта. При укладке гидроизолирующего материала между прослойками из НСМ требования к крупности грунта не предъявляются. Отдельные полотнища пленки, когда идет строительство автомобильных дорог, склеивают или сваривают.

Полиэтиленовая пленка не должна находиться под воздействием прямой солнечной радиации более 2-3 ч, отсыпку и надвижку грунта следует вести узким фронтом. Изол следует засыпать грунтом в день его укладки.

Строительство дорожных оснований применяет смеси, имеющие минимальную пористость и проектируемые по кривым плотных смесей.

В гравийный материал марки Др12 и выше рекомендуется добавлять щебень в количестве не менее 25% по массе для лучшей его уплотняемости и повышения несущей способности слоя.

При устройстве оснований дорог I-III категорий содержание в щебне зерен пластинчатой и игловатой формы не должно превышать 35% по массе. Для исключения подвижности слоя и увеличения его объема при насыщении водой содержание пылевато-глинистых частиц в минеральном материале ограничивается 5%.

Готовить смесь можно на смесительной установке и непосредственно на дороге. Лучшие показатели слоя основания обеспечиваются при смешении компонентов смеси в установке. В этом случае смесь легко оптимизировать путем дозирования и введения в мешалку недостающих фракций минеральных материалов и обеспечить ее оптимальное увлажнение.

Для получения подобранного состава смеси на дороге на нижележащий слой основания вывозят и распределяют ровным слоем с помощью автогрейдера необходимое количество более крупного материала, затем к нему постепенно добавляют более мелкие материалы. Спланированные материалы поливают водой для обеспечения оптимальной влажности, перемешивают автогрейдером до образования однородной смеси, распределяют по ширине слоем одинаковой толщины и уплотняют.

В случае приготовления смеси в смесительной установке распределение ее целесообразно осуществлять самоходным распределителем.

Подготовка дорожного основания учитывает, что при введении в грунт воды интенсивность перемешивания несколько уменьшается, так как между частицами и агрегатами грунта и цемента возникают силы сцепления. Перемешивание увлажненной цементо-грунтовой смеси должно обеспечить равномерное распределение влаги. Этому содействует введение воды под давлением в распыленный грунт.

Для равномерного перемешивания цемента с грунтом необходимо 3—5 воздействий роторного механизма. Это требует 3—4 проходов фрезы по одному следу или одного прохода современной грунтосмесительной машины. Данные механизмы использует и укладка тротуарной плитки  .

На перемешивание битумоминеральных и асфальтобетонных смесей влияют следующие факторы:

• температурный режим перемешивания;
• продолжительность перемешивания;
• тип смесителей.

На перемешивание материалов с органическими вяжущими и минеральных заполнителей большое влияние оказывает температурный режим. Требуемая температура компонентов смеси обеспечивает надлежащую смачиваемость минеральных заполнителей вяжущим и сокращает время перемешивания. Исследования показали, что время перемешивания смеси существенно влияет на качественные показатели асфальтобетона и дорожные основания автомобильных дорог.

С увеличением продолжительности перемешивания основные физико-механические свойства асфальтобетона (пределы прочности на сжатие при температуре 50 °С и на растяжение при температуре 0 °С, коэффициенты водостойкости, морозостойкости, водопоглащения и др.) улучшаются. Сначала разброс показателей (среднеквадратичное отклонение) уменьшается, а затем начинает возрастать.

Максимальная однородность достигается при оптимальной длительности перемешивания. Необходимость установления оптимальной продолжительности этого процесса подтверждается экономически: излишнее его увеличение не улучшает качество смеси, а ведет к увеличению энергоемкости процесса, т.е. снижает его экономическую целесообразность. Наилучшее перемешивание обеспечивается в мешалках принудительного действия.

На качество перемешивания влияет последовательность загрузки материалов в мешалку. Наилучшие результаты достигаются при предварительном перемешивании сухих минеральных материалов в течение 30% общего времени перемешивания и последующем перемешивании их с вяжущим (битумом или дегтем) на протяжении оставшегося времени.

Строительство оснований дорожной одежды использует жесткобарабанные катки для уплотнения щебеночных слоев, слоев из битумоминеральных смесей и асфальтобетона. По сравнению с катками на пневматических шинах они имеют меньшую площадь контакта с материалом, что объясняется большей жесткостью вальца.

Контактные давления жесткобарабанных катков большие, а время воздействия на материал — меньшее, чем у катков на пневматических колесах, поэтому строительство и ремонт дорог применяет их для укатки материалов с повышенным сопротивлением уплотнению и слабо выраженными вязкими свойствами. На уплотнение слоев дорожных одежд из укрепленных грунтов сильное влияние оказывают содержание и свойства жидкой фазы, дисперсность грунта, толщина слоя, режим работы уплотнителей.

Наиболее эффективным средством уплотнения слоев из укрепленных грунтов являются катки на пневматических шинах. Значительное влияние на эффективность уплотнения грунтов, укрепленных органическим вяжущим, оказывает скоростной режим уплотнения. Такие слои обладают повышенной вязкостью, что требует увеличения продолжительности воздействия на материал. Укладка тротуарной плитки на песок это учитывает.

Регулирование скорости укатки позволяет воздействовать на структуру и прочность материала. В конце уплотнения структура слоев формируется вследствие сближения частиц и агрегатов грунта и выжимания пленок связанной воды и вяжущего из зон контактов между ними. Скорость укатки влияет на ориентацию частиц и число контактов между ними. Вследствие повышенной вязкости вяжущего этот процесс медленно развивается во времени.

Уменьшая скорость укатки на последних проходах, можно уменьшить силы вязкого сопротивления и инерционные силы и обеспечить наиболее прочную структуру материала.

На эффективность уплотнения грунтов, укрепленных цементом, оказывают влияние количество и свойства вяжущего. Цемент при гидратации связывает часть воды, находящейся в грунте. В результате этого уменьшается толщина водных пленок, возрастают силы трения и сцепления. Грунт становится более жестким и менее пластичным, что требует увеличения усилий уплотняющих воздействий, но в то же время позволяет несколько сократить время воздействия на материал и число проходов катков.

Значительное влияние на прочность уплотняемого слоя оказывает интервал времени между перемешиванием и уплотнением.

Дорожные основания автомобильных дорог являются основными несущими слоями дорожной одежды. Поскольку основное их назначение состоит в воспринятии подвижной нагрузки и обеспечении несущей способности дорожной одежды, толщина слоя (слоев) основания значительно превышает толщину покрытия. В связи с этим для снижения стоимости дорожной одежды для строительства оснований желательно максимально использовать местные строительные материалы.

На дорогах местной сети основание дорожного полотна, как правило, состоит из одного или двух слоев, а на дорогах I—III технической категории — из трех и более слоев, причем верхний слой основания выполняют из наиболее прочных и качественных материалов. Нижний (нижние) слой основания целесообразно устраивать из местных материалов (песчано-гравийная смесь, рыхлые горные породы, отходы промышленности). Особенно эффективно применение перечисленных материалов в укрепленном виде.

Нижнее основание дорожного покрытия, укладываемое непосредственно на земляное полотно, называется дополнительным. В зависимости от назначения оно может быть подстилающим, морозозащитным или дренирующим. Этот слой вносит определенный вклад в обеспечение требуемого модуля упругости дорожной одежды, но основным его назначением является улучшение водно-теплового режима земляного полотна и удаление воды из дорожной одежды.

Количество слоев оснований и их толщина зависят от величины подвижной нагрузки, номенклатуры имеющихся строительных материалов, климатических и гидрологических условий. Материал для основания выбирают путем технико-экономических расчетов с учетом обеспечения необходимого срока службы слоя основания и всей дорожной одежды.

В зависимости от вида применяемых материалов дорожные основания бывают:

• цементобетонными;
• асфальтобетонными;
• из битумоминеральных смесей и различных минеральных материалов, как обработанных, так и не обработанных вяжущими;
• из грунтов или промышленных отходов в укрепленном виде.

Конструкцию дорожной одежды необходимо назначать с учетом специфики работы слоя основания. Основания, устраиваемые из цементобетона и материалов, укрепленных минеральными вяжущими, обладают высокой прочностью, ровностью, долговечностью. Однако в покрытиях из асфальтобетона или битумоминеральных смесей, укладываемых на такие основания, возникают трещины, копирующие швы или трещины основания.

Дополнительные слои предназначены для обеспечения стабильной работы дорожной конструкции под действием климатических и грунтово-гидрологических факторов (морозозащитные, дренирующие, изолирующие, капилляропрерывающие) и размещаются между такими слоями, как основание дорожной одежды и поверхность земляного полотна.

При устройстве морозозащитных слоев бетонные смеси с легкими заполнителями, пористые каменные материалы, обработанные вяжущими, укрепленные грунты и золошлаковые смеси с легкими заполнителями приготавливают в смесителях принудительного перемешивания. Температура смеси при укладке должна быть не ниже 5 °С. Бетонные смеси с легкими заполнителями укладывают на подготовленное земляное полотно с помощью бетоноукладочных машин. Их использует и мощение тротуарной плиткой, цена которого оптимальна.

Поперечные и продольные швы устраивают путем вставки реек или нарезают в свежеуложенном бетоне. Движение построечного транспорта по теплоизолирующему слою разрешается только после того, как прочность материала достигнет не менее 70% проектной.

Теплоизоляционные плиточные материалы (пенопласт и т.п.) укладывают таким образом, чтобы плиты равномерно опирались на поверхность земляного полотна. При необходимости выравнивают поверхность земляного полотна песком. К такому методу прибегает и укладка тротуарной плитки.

При двух- и трехъярусном теплоизолирующем слое швы нижележащего ряда плит перекрывают вышележащими плитами. Первый над плитами слой дорожной одежды отсыпают на толщину не менее 0,25 м в плотном теле способом «от себя».

Дренирующие и капилляропрерывающие прослойки из НСМ и гидроизолирующие прослойки из различных материалов (изол, бентонитовые маты, полиэтиленовая пленка, стабилизированная 2% канальной сажи, и др.) устраивают начиная с низовой (по отношению к направлению стока воды) стороны.

Полотнища материала укладывают внахлестку с перекрытием на 0,30 м и закрепляют деревянными колышками или скобами. Допускается полотнища материала сшивать или сваривать с перекрытием не менее 0,15 м. Гидроизолирующий материал укладывают на спланированное грунтовое основание, коэффициент уплотнения которого должен быть не менее 0,98. Передвижение транспортных средств или строительных машин непосредственно по уложенному материалу абсолютно не допускается.

Жесткость слоев из щебеночных (гравийных) материалов весьма велика, что требует повышенных давлений при уплотнении, но вязкие свойства таких слоев, когда идет строительство и ремонт дорог, проявляются незначительно. Вследствие этого при их уплотнении широко применяются жесткобарабанные катки, которые благодаря малой площади контакта с жестким материалом развивают значительные уплотняющие давления. Скорость укатки таких слоев ограничивается требованиями ровности слоя и может быть повышена на последних проходах до 6-10 км/ч.

Допускаемое давление на поверхность слоя зависит от прочности каменного материала. Увеличение линейных давлений может привести к разрушению отдельных щебенок. Строительство оснований дорожной одежды учитывает этот момент.

На уплотняемость асфальтобетонных смесей решающее влияние оказывают структура и свойства жидкой фазы — органического вяжущего. Так как эта структура во многом зависит от температуры, то, регулируя последнюю, можно влиять на весь процесс уплотнения. Значительное влияние оказывают также содержание щебня, его крупность и минералогический состав.

Об уплотняемости асфальтобетонных смесей можно судить по специальному испытанию в лабораторных условиях, которое заключается в следующем. Смесь помещают в термостатную форму и уплотняют на гидравлическом прессе повторными нагрузками, которые в известной мере моделируют воздействие катков при укатке. Одновременно измеряют плотность смеси и модули упругости. К такому исследованию прибегает строительство дорог в России. Смеси на известняках и подобных им основных породах уплотняются лучше, чем смеси на кислых породах типа гранитов.

На структуру вяжущего и уплотняемость асфальтобетона значительное влияние оказывает температура слоя: чем она ниже, тем больше вязкость и меньше уплотняемость смеси.

Изменение температуры слоя влияет на сцепление асфальтобетона, которое быстро возрастает с понижением температуры. Угол внутреннего трения от температуры практически не зависит и определяется крупностью и содержанием минеральной составляющей.

Для уплотнения асфальтобетонных смесей применяют катки на пневматических колесах и жесткобарабанные катки с металлическими вальцами.

Значительная площадь контакта катков на пневмоколесах с асфальтобетонным слоем неуплотненной смеси обеспечивает более продолжительное воздействие на уплотняемый слой.

При приложении нагрузки в материале возникает волна напряженно-деформированного состояния, которая распространяется тем быстрее, чем больше плотность и модуль упругости материала. Строительство дорожных оснований это учитывает.

Под воздействием напряжений сначала происходит упругое сжатие минеральной части и пленок жидкой фазы в зонах контакта между ними. По мере нарастания напряжений разрушаются структуры жидкой фазы в тонких пленках, уменьшаются их прочность и взаимные сдвиги частиц и агрегатов.

При этом увеличивается плотность материала, происходит увеличение количества разрушенных минеральных частиц и агрегатов в единице объема и энергетическая переориентация связей в контактах частиц. Вследствие более плотной укладки частиц между ними возникают новые контакты и связи. Насыщенность связями в единице объема возрастает.

Дальнейшее увеличение напряжений приводит к выжиманию пленок жидкой фазы из зон контакта между минеральными частицами и агрегатами. Процесс влечет за собой упрочнение связей, так как толщина пленок в этих зонах уменьшается, а прочность их возрастает. Укладка тротуарной плитки на бетонное основание придерживается данного правила.

Прочность материала на этом этапе весьма существенна. Так, даже небольшое уменьшение толщины пленки приводит к значительному увеличению ее прочности.

Регулирование сопротивлений, возникающих при уплотнении грунтов, возможно за счет изменения количества жидкой фазы, изменения ее структуры под влиянием температурных воздействий и применения различных активных и структурообразующих добавок, а также путем регулирования режима уплотнения. Проект строительства дороги включает в себя эти данные.

Под воздействием уплотнителя в материале возникает волна напряженно-деформированного состояния, вызывающая упругое сжатие частиц и агрегатов. Дальнейшее увеличение напряжений приводит к необратимым сдвигам и смещению минеральных частиц и агрегатов.

Сдвигам препятствуют силы трения и сцепления по площадкам контакта. Сдвиги могут развиваться в том случае, если напряжения от уплотняющей нагрузки вызовут нарушения связей, т.е. если напряжения превысят силы и трения, и сцепления.

Смещение частиц и агрегатов приводит к увеличению плотности материала вследствие увеличения количества частиц и агрегатов в единице объема и энергетического переориентирования частиц.

Строительство дорог в России для приготовления бетонной смеси использует виброперемешивание. Бетонная смесь приводится в колебательное движение. Вязкость раствора при этом уменьшается, что способствует интенсивному перемешиванию его с минеральной частью. Щебенки при колебательном движении многократно соударяются и равномерно распределяются в объеме смеси.

Строительство промышленных территорий учитывает, что оптимальная частота колебаний зависит от массы минеральных частиц и вязкости раствора. Поскольку в бетонной смеси имеются частицы различной крупности, наиболее эффективным является разночастотное вибрирование.

Виброперемешивание может производиться в специальных вибросмесителях, а также в обычных бетономешалках принудительного действия при установке в барабане высокочастотных глубинных вибраторов. Их использует и механизированная укладка брусчатки.

Лопастные мешалки применяются для приготовления подвижных бетонных смесей, бетономешалки с противоточным перемешиванием для приготовления малоподвижных жестких смесей.

Структура материала, определяющая его прочность и долговечность, в значительной степени формируется в результате уплотнения. Уплотнение слоя до требуемых параметров является одним из основных принципов физико-химической механики.

Уплотнение ответственная технологическая операция, цель которой обеспечить требуемую структуру материала, прочность и долговечность слоев дорожных одежд. Это достигается механическими воздействиями на материал и увеличением его плотности.

Задачами проектирования технологии уплотнения слоев дорожных одежд является выбор методов уплотнения, типов машин, а также обоснование наиболее эффективных технологических режимов скорости и числа воздействий уплотнителей, температуры воздуха и смеси, продолжительности уплотнения.

Уплотнение завершает цикл технологических операций по устройству дорожных одежд, что обусловливает повышенные требования к нему. При этом учитывается ряд особенностей: оборудование, применяемое для уплотнения, проще оборудования для размельчения и перемешивания; стоимость уплотнения ниже стоимости предшествующих операций; уплотнение оказывает решающее влияние на формирование структуры материала, качество финишных работ, производительность труда и темпы поточного строительства дороги.