Строительство дорожных покрытий из горячих и теплых асфальтобетонных смесей

Асфальтобетон из горячих и теплых смесей представляет собой сложный строительный материал, и свойства его находятся в зависимости не только от интенсивности движения транспорта, но и от природных условий.

При положительной температуре асфальтобетон обладает свойствами вязкопластического материала, а при отрицательной - упругого и даже жесткого. Изменение температуры резко влияет на деформативные свойства асфальтобетонных покрытий, сказываясь на их состоянии и работоспособности. Летом при наибольшей температуре воздуха поверхность асфальтобетонных покрытий нагревается до 70-80°С. Битумы, применяемые в горячих и теплых смесях, обычно имеют температуру плавления не выше 33-51°С. Поэтому температура покрытий может быть выше температуры плавления битума. Свободный, неструктурированный битум начинает плавиться, и асфальтобетон размягчается. На дорожном покрытии образуются вмятины от выступившего битума, волны, колеи и наплывы.

Для того чтобы асфальтобетон был в летний сезон малодеформируемым и сдвигоустойчивым, смеси должны быть с большим количеством щебня и в уплотненном состоянии иметь пустоты (1-5%) для возможного расширения битума при нагревании. Когда наступает осенний сезон, пористый асфальтобетон насыщается водой, которая разрушает его, отслаивая битумные пленки от минерального материала и создавая микротрещины. С наступлением холодной погоды или при внезапных морозах после теплой погоды асфальтобетон не успевает деформироваться и на покрытиях появляются трещины. Вода, заполнившая осенью пустоты в асфальтобетоне, замерзает, увеличивается в объеме и разрушительно действует на асфальтобетон. Для лучшего противодействия трещинообразованиям и насыщению водой асфальтобетонные смеси должны быть с более пластичным битумом и плотные.

Весной асфальтобетон еще более насыщается водой, основание под покрытием и земляное полотно также насыщаются водой, становятся менее устойчивыми и жесткими, что способствует повышению прогибов асфальтобетонного покрытия, которое, находясь в упруго-жестком состоянии, оказывает слабое сопротивление, и на таких покрытиях образуются многочисленные трещины (сетка трещин). Все это затрудняет проектирование и выбор асфальтобетонной смеси.

Для удовлетворения всех этих требований созданы различные по составу и свойствам асфальтобетонные смеси. Горячие асфальтобетонные смеси приготовляют с более вязким битумом, чем теплые, они обладают большей прочностью. Теплые смеси приготовляют с менее вязким битумом, они более деформативны, поэтому их применяют в районах с резкими изменениями температуры.

Строительство асфальтобетонных покрытий из горячих и теплых смесей включает подготовительные работы, подвозку, раскладку и уплотнение смеси, отделочные работы. В подготовительные работы входят подготовка основания, проверка его соответствия проекту, разбивочные работы, очистка основания от пыли и грязи, установка боковых упоров, а при автоматизации работ - укладка копирных струн и обрызгивание основания битумной эмульсией, разжиженным или жидким битумом. Обрызгивание или подгрунтовка необходимы для лучшего сцепления основания с дорожным покрытием.

Горячие и теплые смеси укладывают после подготовительных работ по основанию, на котором разлитый битум или выделившийся из эмульсии битум уже загустели. Работы проводят подразделения машин, обеспечивающие производительность, отвечающую заданным срокам работ и мощности асфальтобетонного завода. Автотранспортное предприятие выделяет автомобили-самосвалы требуемой грузоподъемности для перевозки смеси.

Важным фактором в обеспечении качества будущего покрытия являются погодные условия. Весной работы начинают при температуре воздуха не ниже 5°С при оттаявшем и сухом основании. Осенью заканчивают устройство основания и покрытия, когда температура воздуха снижается до -5°С - для теплых смесей. При более низкой температуре укладку смесей производят по специальным правилам.

Нижний слой асфальтобетона укладывают по выравнивающему слою, используя пористые смеси для лучшего сцепления с верхним слоем покрытия. Верхний слой покрытия укладывают аналогично нижнему. Желательно, чтобы работы производились последовательно одна за другой, пока нижний слой не остыл, не запылился и не загрязнился грузовыми автомобилями, подвозящими смесь. Это обеспечивает более качественное сцепление слоев, что повысит прочность и сдвигоустойчивость покрытия.

Подача асфальтобетонной смеси как для нижнего, так и для верхнего слоев идет непрерывно. Дальность перевозки смеси во избежание ее остывания устанавливается в зависимости от вида смеси, погоды и состояния путей подвоза. В жаркую погоду горячие смеси можно перевозить на расстояние до 40-50, а теплые - до 60-80 км. В прохладную погоду горячие смеси не следует перевозить более чем на 20-30, а теплые - на 40-50 км. При перевозке смеси в холодную погоду на дальние расстояния кузовы автомобилей-самосвалов оборудуют для обогрева выхлопными газами, а также закрывают брезентами, укрепленными на деревянных рамах. Температура доставленной на место работы смеси должна обеспечить качественную укладку и уплотнение.

Порядок укладки устанавливают в зависимости от ширины покрытия путем определения числа и ширины полос укладки с учетом использования уширителей асфальтоукладчика. При ширине 6-7 м необходима укладка двумя полосами. Если ширина проезжей части 7,5 м при общей ширине асфальтобетонного покрытия 9 м, необходима укладка трех полос.

При больших объемах работ во избежание образования продольных трещин в местах сопряжения полос смесь укладывают одновременно на всю ширину покрытия с применением широких (широкозахватных) укладчиков или двух-трех однополосных. На уширениях, закруглениях и виражах смесь укладывают малыми укладчиками одновременно с работой основного укладчика.

При укладке толстых слоев усложняются работы по доставке смеси, так как ее требуется в 3-5 раз больше, чем на устройство тонкослойных покрытий. Чтобы повысить производительность, применяют преимущественно асфальтоукладчики с шириной укладываемой полосы, соответствующей ширине покрытия, то есть 7 м и более, с приемным бункером асфальтоукладчика не менее 8 т. Для производительной работы укладчиков ежечасно необходима подача не менее 60 т смеси. Это требует автомобилей большой грузоподъемности и более мощных асфальтобетонных заводов. Преимущество укладки асфальтобетона толстыми слоями состоит в том, что облегчается процесс работы и повышается качество уплотнения смеси. Для уплотнения смеси слоем 5-6 см не требуется даже в жаркую погоду более 40 мин. При толщине слоя в 25-30 см внутри слоя температура сохраняется до 2,5 ч, что удлиняет время уплотнения, позволяет применять катки повышенной мощности, увеличивая скорость катков на пневматических шинах до 12-15 км/ч.

Укладка толстых слоев смесей дает значительный эффект: снижает затраты труда и средств механизации при толщине слоя 15 см - в два, при толщине слоя покрытия 20 см - в три раза.

Ходовая часть асфальтоукладчиков может быть в виде гусениц, пневматических шин и специальных четырехгусеничных базовых шасси. Могут быть комбинированные укладчики: рабочее движение на гусеничном, а транспортное на колесном ходу. Укладчики различают по устройству разравнивающих механизмов: с трамбующим брусом и выглаживающей плитой; с вибрирующим брусом и выглаживающей плитой; с комбинированными средствами уплотнения (когда на укладчике установлены и трамбующий и вибрирующий брусья). Трамбующий брус обеспечивает коэффициент уплотнения 0,91, вибрирующий - 0,94. Наибольший эффект достигается при работе и трамбующего и вибрирующего брусьев.

Принцип работы бруса высокого уплотнения

Такой брус состоит из оборудования для предварительного и оборудования для дополнительного уплотнения. Оборудование для предварительного уплотнения - это трамбующий и вибрационный брусья, что соответствует стандартному брусу для укладки смеси.

Новый элемент состоит из двух прессующих планок и одного дополнительного вибрационного бруса.

Агрегаты предварительного уплотнения

Предварительное уплотнение слоя основания или покрытия осуществляется трамбовкой (1) и вибраторами (2) (см. рис. 1). Планка трамбовки движется вниз и вверх через эксцентриковый привод. Длина хода трамбовки не зависит от степени плотности укладываемого материала, она постоянно составляет 4 или 8 мм. В нижнем положении трамбовки нижние кромки планки трамбовки и последующий вибрационный брус находятся на одинаковом уровне. Число ударов трамбовки бесступенчато регулируется до 1800 мин -1. Импульсная гидравлика, которая возбуждает упруго подвешенную массу внутри бруса, служит приводом вибрации. Благодаря таким синфазным вибраторам вертикального действия брус начинает колебаться. Частота возбуждения составляет 68 Гц, амплитуда колебаний массы возбуждения бесступенчато регулируется от 0 до 5 мм.

Агрегаты дополнительного уплотнения

Предварительно уплотненное планкой трамбовки и вибрационным брусом дорожное покрытие приводится двумя последующими прессующими планками (см. позицию 3 рис. 1) к максимально достигаемой брусом высокого уплотнения плотности. За прессующими планками следует вибрационный брус (см. позицию 4 на рис. 1), предусмотренный главным образом для примыкания дорожного покрытия.

Прессующие планки прессуются поршнями цилиндров на дополнительно уплотняемое покрытие, в противоположность планке трамбовки они постоянно остаются в контакте с покрытием. Давление прессования планок не зависит от длины хода, как в случае трамбовки с эксцентриковым приводом, а определяется их опорными поверхностями и исходящей от гидронасоса силой. Нажимающие вниз поршни цилиндров передают усилие в виде импульсов давления не прессующую планку.

Импульсы давления генерируются через поворотный золотник. Частота импульсов может регулироваться в пределах до 70 Гц через вал гидромотора, который приводит поворотный золотник.

Две прессующие планки различаются только в отношении опорной поверхности. Первая прессующая планка имеет малую опорную поверхность и поэтому очень высокое удельное давление на уплотняющую поверхность. Следующая за ней вторая прессующая планка имеет немного большую опорную поверхность, она стабилизирует достигнутый результат уплотнения и обеспечивает примыкание покрытия.

Для того чтобы навести последний лоск на покрытие, вслед за прессующими планками установлен дальнейший вибрационный брус (см. позицию 4 на рис. 1), он отличается от установленного вслед за трамбовкой бруса для укладки (позиция 2 рис. 1) более узкой выглаживающей плитой и уменьшенным весом. Уплотняющая сила бруса повышается возбужденным синфазными вибраторами вертикального действия ускорением массы. Этот вибробрус свободно движется по высоте, он плавает по поверхности покрытия, дополнительно уплотняя его.

Эффект уплотнения всех отдельных агрегатов может точно согласовываться с необходимым уплотнением. При оптимальной согласованности всех агрегатов можно достигать оптимального уплотнения всех укладываемых слоев дорожной одежды.

Фирма "Joseph Vogele AG" продолжает модернизацию моделей асфальтоукладчиков Super-1500 и Super-1502, которые имеют рабочий захват укладываемого слоя 2,5-6 м. Новые модели: Super-1600 на гусеничном шасси с рабочим захватом 2,5-7 м, Super-2000 на гусеничном шасси с шириной полосы захвата укладываемого слоя 3-12,5 м, Super-1800 и Super-1804 на колесных шасси с шириной полосы захвата укладываемого слоя 2,5-9 м.

Особенностью выпускаемых машин являются максимальное использование возможностей дизельных двигателей, а также насосов и гидродвигателей; высокая надежность гидросистем привода и управления; фирменное устройство гусеничных шасси; применение особой конструкции подвески и передачи, а также электронного управления, что позволяет выполнять поворот машины с очень малым радиусом благодаря оптимизации работы каждой гусеницы.

Асфальтоукладчики Super-1500 и Super-1502 снабжены компактной гидросиловой установкой, состоящей из дизеля, раздаточного редуктора с прифланцованными тремя аксиально-поршневыми насосами и генератора переменного тока, приводимого в действие через клиноременную передачу от коленчатого вала двигателя. На каждом насосе размещены двухсекционные шестеренные насосы.

Скорость движения машин при укладке покрытия регулируется автоматически от электронного регулятора.

Подача и распределение укладываемой смеси осуществляются в заданных режимах автоматически или вручную щеточным переключателем.

Для стабильного распределения смеси по всей ширине укладки по боковым сторонам шнеков установлены датчики, регулирующие частоту вращения шнеков и валов питателей.

Все асфальтоукладчики фирмы "Joseph Vogele AG" оборудованы совершенной электронной системой автономного выдерживания продольного и поперечного профиля, обеспечивающей ровность покрытия в пределах 0,3 см под трехметровой рейкой.

Евгений МАРГАЙЛИК, инженер и патентовед ВОИР