Особенности уплотнения асфальтобетонных покрытий дорог

Укатку асфальтобетонных смесей следует начинать в момент, когда смесь еще имеет высокую температуру и способна максимально уплотняться. Когда температура асфальтобетонных смесей понижается, производительность уплотняющих машин быстро уменьшается. К примеру, при понижении температуры асфальтобетонной смеси до 70°С, число проходов катка возрастает в три раза.

Очень важно при уплотнении асфальтобетонных смесей использовать в начальный период уплотнения самые эффективные уплотняющие машины. Это объясняется следующими факторами. При высокой температуре вязкость асфальтобетонной смеси снижается, а касательные усилия, возникающие в зоне контакта вальца катка и дорожного покрытия, превышают сопротивление асфальтобетонной смеси сдвигообразованию и разрыву сплошности в виде трещин. Остывание смеси в таком случае, необходимое для повышения ее вязкости, приводит к неиспользованию самого эффективного периода для уплотнения асфальтобетонной смеси. Поэтому на начальной предварительной стадии уплотнения смеси необходимо использовать асфальтоукладочные машины с уплотняющими рабочими органами, а также такие катки, передача которыми усилий на уплотняемое покрытие обеспечивает реализацию вышеназванных принципов уплотнения, к примеру, легких катков массой 5-6 т или катков на пневматических шинах.

В случае использования дорожных асфальтоукладчиков с уплотняющими рабочими органами, предварительное уплотнение смеси производится сразу после распределения смеси на полную ширину укладываемой полосы при максимальной температуре асфальтобетонной смеси, поэтому необходимы минимальные затраты энергии. Такое предварительное уплотнение смеси при помощи рабочих органов асфальтоукладочных машин исключает опасность нарушения ровности укатываемого дорожного покрытия, что возможно при уплотнении смесей катками.

Чем выше степень уплотнения асфальтобетонных слоев дорожных покрытий, тем меньше возможность последующего уплотнения под воздействием колес автомобилей, иными словами, дорожное покрытие дольше сохраняет ровность и высокий уровень удобства движения транспорта.

Удобоукладываемость асфальтобетонной смеси зависит от вида и состава минеральных материалов, марки и количества вяжущего, а также от температуры смеси во время уплотнения. Влияние пористости асфальтобетонной смеси на деформативную способность дорожного покрытия показано на рис. 1.

Температура смеси оказывает также воздействие на усилие уплотнения. При высоких температурах смеси малая вязкость битума облегчает уплотнение смеси, так как в этом случае битум действует как смазка и снижает трение минеральных материалов.

С возрастанием твердости битума при снижении температуры асфальтобетонной смеси резко увеличивается усилие уплотнения. Приходится преодолевать, помимо трения минеральных материалов, еще и сцепление с битумом. Поэтому основная задача состоит в том, чтобы начать уплотнение как можно раньше. Для обычных марок битума наиболее благоприятной является температура смеси при уплотнении 100-140°С. При температуре смеси 80-100°С уплотнение слоев дорожного покрытия заканчивают. При использовании более твердых битумов необходимо начинать уплотнение при максимальной температуре (см. рис. 2).

Время уплотнения зависит от толщины и скорости охлаждения материала устроенного слоя, погодных условий, температуры укладки и минимальной температуры уплотнения.

Потери тепла происходят вследствие теплообмена с основанием и испарения имеющейся в основании дорожной одежды влаги, а также совершается теплообмен поверхности слоя покрытия с воздухом и испарение воды в результате выпадения осадков.

Высокая температура укладки смеси и низкая минимальная температура уплотнения удлиняют процесс уплотнения. Уплотнять тонкие асфальтобетонные слои при температуре воздуха ниже 10°С необходимо за несколько минут.

Степень предварительного уплотнения финишером играет важную роль при выборе катка, которым будут производить окончательное уплотнение. При низкой степени предварительного уплотнения требуется использование легкого катка, так как тяжелым катком можно повредить ровность слоя. Тяжелыми виброкатками-тандемами целесообразно, во избежание вдавливания материала, делать два первых прохода без вибрации.

Высокая степень предварительного уплотнения финишером дает возможность раньше начать уплотнение при высокой температуре уложенной смеси. Это благоприятно сказывается на эффективности ее уплотнения катком. При высокой степени предварительного уплотнения можно не использовать легкие катки, за счет чего снижается общее количество применяемых катков.

Для окончательного уплотнения используют катки-тандемы статического действия, пневмоколесные и комбинированные катки, виброкатки-тандемы.

Выбор уплотняющих машин

Степень уплотнения катками-тандемами статического действия зависит лишь от массы катка. При этом глубина воздействия относительно невелика - не более 10 см, рабочая скорость движения катка не превышает 5 км/ч. Для получения требуемой степени уплотнения слоя необходимо 8-12 проходов.

Степень уплотнения при использовании пневмоколесных катков зависит от массы катка, скорости движения и давления в шине. Исследования показали, что за 8-12 проходов катка при уплотнении асфальтобетонной смеси можно достичь следующих результатов:

Толщина слоя,см Нагрузка на оськатка,т До 8 ...1,5 До 13 2,5 До 20 4,0 Чем выше давление в шине катка, тем выше степень уплотнения слоев дорожной одежды. При уплотнении слоев большой толщины скорость движения катка составляет от 3 до 4 км/ч, при уплотнении тонких слоев и заделке пор на поверхности покрытия магистрали - от 6 до 10 км/ч. Пневмоколесные катки используют, в основном, для предварительного уплотнения реже - для окончательного.

Виброкатки-тандемы обладают большей мощностью при уплотнении асфальтобетонной смеси. Вибрация снижает внутреннее трение минеральных материалов, и высокая степень уплотнения достигается совместным воздействием массы катка и динамической нагрузкой.

Для обеспечения возможности оптимального уплотнения слоев различной толщины, виброкатки-тандемы дополнительно оборудуют устройствами, обеспечивающими две амплитуды и две частоты вибрации. Тонкие слои или удобоукладываемую смесь уплотняют с меньшей амплитудой и высокой частотой вибрации, при уплотнении слоев большой толщины лучше использовать комбинацию большей амплитуды с низкой частотой. Необходимую степень уплотнения достигают обычно за 4-8 проходов. Скорость движения катка составляет от 3 до 6 км/ч при уплотнении тонких слоев и от 2 до 4 км/ч при уплотнении слоев большей толщины. При временной остановке катка или смене направления движения необходимо отключать вибрацию, чтобы избежать образования колей или сдвига материала. Если два последних прохода выполнять без вибрации, то достигается лучшая заделка пор в покрытии магистрали. Необходимо избегать лишних проходов, то есть переуплотнения, в результате чего могут возникать продольные и поперечные трещины на дорожном покрытии. Виброуплотнение охлажденного или уже остывшего материала слоя также влечет за собой повреждение покрытия дорожной одежды: разрыхление, нарушение структуры, разрушение зерен материалов. Эти катки используют для окончательного уплотнения оснований и верхних слоев дорожного покрытия.

Комбинированные катки массой 2-18 т оборудованы гладким вальцом и четырьмя гладкими пневматическими шинами. Уплотнение выполняют, в основном, за счет вибрирующего вальца. При использовании комбинированных катков можно достигать такой же производительности, как и на виброкатках-тандемах (см. табл. 1).

Результаты уплотнения зависят от квалификации водителя катка и выбранной схемы укатки.