Технология производства и укладки щебеночно-мастичного

Асфальтобетона (ЩМА)

Производится ЩМА на стандартном оборудовании для получения горячих асфальтобетонных смесей, но тем не менее производство и укладка имеют свои специфические особенности.

Прежде всего это касается контроля качества подаваемого в миксер каменного материала, т.к. для получения ЩМА особенно важно выдержать его гранометрическую пропорцию. Как уже было сказано выше, ЩМА представляет собой скелетную структуру из крупного каменного материала с заполнением межкаменного пространства материалом среднего размера и битумной мастикой. Увеличение количества частиц каменного материала среднего размера приводит к тому, что не создается замкнутая скелетная структура, т.к. они заполняют межкаменное пространство и "раздвигают" крупные частицы, выводя их из контакта друг с другом. И наоборот, уменьшение их количества приводит к возникновению излишков незаполненных пустот. Похожая ситуация складывается и с количеством применяемой битумной мастики.

ЩМА очень чувствителен к перенасыщению мастикой, т.к. при этом падает грузонесущая способность покрытия из-за того, что дорожная нагрузка начинает действовать и передаваться на основание не через каменный материал, а через мастику. А так как немодифицированный битум имеет низкое сопротивление деформациям, то вся структура каменного материала "проседает", что приводит к преждевременному колеобразованию.

Как уже было сказано, ЩМА имеет высокий процент содержания битума (до 7,5%). При этом должна была бы существовать большая вероятность его "вытекания" из смеси после производства как в процессе транспортировки, так и во время укладки. Но для того, чтобы стабилизировать битум, в смеси в процессе производства применяют специальную стабилизационную добавку VIATOP 66.

Данная добавка представляет собой спрессованные и пропитанные битумом натуральные волокна целлюлозы. Количество добавляемого в смесь стабилизатора VIATOP 66 составляет до 0,45% от объема смеси, т.е. на изготовление 1 тонны смеси ЩМА требуется до 4,5 кг стабилизатора

Добавление стабилизатора в смесь может производиться вручную или с помощью специального дозирующего устройства. Добавляться он может в любой стадии производства смеси и не влияет на время ее получения. Кроме этого, данный стабилизатор не боится сырости. Предпочтительней использовать дозирующие системы, которые бывают объемного или весового типов, т.к. в данном случае уменьшается вероятность ошибки в дозировке.

При возникновении трудностей с получением правильного объема воздушных пустот необходимо следовать следующим правилам:

• Чтобы увеличить содержание пустот, необходимо уменьшить количество каменного материала размером 4-8 мм (для смеси 0/10) и добавить соответствующее количество крупной фракции без изменения количества мелких частиц.

• Для уменьшения содержания пустот, необходимо увеличить количество каменного материала размером 4-8 мм (для смеси 0/10) и уменьшить соответствующее количество крупной фракции.

Укладку горячей щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси производят при температуре окружающего воздуха выше 5°С на заранее подготовленную поверхность основания. Конструктивный слой дорожной одежды, на который предстоит укладывать асфальтобетонную смесь, должен быть построен в соответствии с действующими нормами. При необходимости проводят ямочный ремонт, разделку и гидроизоляцию трещин старого асфальтобетонного покрытия, фрезерование поверхности под проектную отметку или устраивают выравнивающий слой из асфальтобетона.

Чтобы обеспечить хорошее сцепление укладываемого слоя с основанием поверхность последнего очищают от пыли и грязи механическими щетками, сжатым воздухом от передвижного компрессора или другими средствами, после чего обрабатывают органическим вяжущим: битумной эмульсией или жидким битумом. Битумная эмульсия или жидкий битум перед нанесением на обрабатываемую поверхность должны быть нагреты до рабочей температуры и быть как можно менее вязкими.

Подгрунтовку наносят на обрабатываемую поверхность автогудронатором с расходом вяжущего в пределах 0,15-0,25 л/м². Если старое асфальтобетонное покрытие было подвергнуто фрезерованию, то на поверхность требуется нанести примерно в 1,5 раза большее количество битумной эмульсии. Однако перерасход битума в связующем слое подгрунтовки нельзя допускать, как и неравномерность его нанесения. Пролитый и «лишний» битум необходимо удалить с обрабатываемой поверхности или равномерно распределить на большую площадь с помощью щеток.

Горячая щебеночно-мастичная смесь укладывается и уплотняется как стандартная смесь с применением обычных асфальтоукладчиков и гладковальцовых катков. С целью повышения качества покрытия рекомендуется укладку производить по возможности на полную ширину проезжей части с помощью асфальтоукладчиков на гусеничном ходу, оснащенных автоматическими системами обеспечения ровности и поперечного уклона. Число одновременно работающих укладчиков назначается в зависимости от общей ширины покрытия и ширины уплотняющих рабочих органов. Асфальтоукладчики во время укладки располагаются уступом. Расстояние между одновременно работающими укладчиками назначается в пределах 10-30 метров в зависимости от погодных условий и соблюдения мер безопасности.

Автоматическая система выдерживания ровности у асфальтоукладчиков должна работать от копирной струны, датчика поперечного уклона, опорного башмака или от длинной копирной лыжи. Перед началом укладки асфальтоукладчики должны быть установлены в исходное положение и подготовлены к работе в соответствии с инструкцией их эксплуатации:

- выглаживающая плита укладчика устанавливается на деревянные бруски (стартовые колодки) параллельно основанию на высоту проектной толщины слоя и припуска на уплотнение, который составляет примерно 10-15 % от проектной толщины слоя, после чего прогревается до температуры 150 °С в течение 10-20 мин в зависимости от погодных условий; задается угол атаки выглаживающей плите 2-3 градуса;

- настраивается автоматическая система обеспечения ровности и поперечного уклона; проверяется соответствие длины и высотного положения распределительного шнека укладчика геометрическим размерам укладываемого слоя ЩМА (расстояние от нижней кромки лопасти шнека до поверхности основания должно быть равно примерно половине толщины слоя); настраиваются датчики подачи смеси, поддерживающие определенный уровень материала на концах шнекового распределителя.

Для получения ровной поверхности слоя износа необходимо обеспечивать непрерывность укладки щебеночно-мастичной смеси. Скорость укладки зависит от поставок асфальтобетонной смеси к асфальтоукладчикам и рекомендуется не менее чем 2,0-3,0 м/мин.

Самосвалы с горячей смесью должны ожидать асфальтоукладчик достаточно далеко впереди, чтобы не мешать работе, но и достаточно близко, чтобы успеть подъехать задним ходом к непрерывно двигающемуся асфальтоукладчику и остановиться за 30-60 см до упорных роликов. Смесь постепенно загружают в бункер укладчика, который толкает упорами снятый с тормозов автомобиль-самосвал с поднятым кузовом. Смесь должна равномерно поступать из кузова самосвала в бункер укладчика по мере ее расхода. При этом нужно следить за тем, чтобы она не просыпалась мимо бункера. Если это произойдет, то смесь следует убрать лопатами с мест прохода гусениц. Асфальтобетонная смесь должна равномерно доставляться ко всем одновременно работающим укладчикам, обеспечивая постоянную скорость укладки.

При непродолжительных перерывах в доставке смеси ее не следует полностью вырабатывать из бункера асфальтоукладчика. Бункер всегда должен быть заполнен не менее чем на 25%. В случае вынужденной остановки асфальтоукладчика на 15 - 20 мин. оставшуюся смесь из бункера необходимо переместить в обогреваемую шнековую камеру, так как смеси ЩМА при охлаждении затвердевают заметно быстрее, чем стандартные асфальтобетонные смеси. При продолжительных перерывах поступления смеси к месту укладки следует израсходовать всю смесь, находящуюся в бункере, в шнековой камере и под плитой асфальтоукладчика.

Устройству «холодных» продольных и поперечных стыков при сопряжении укладываемых полос необходимо уделять особое внимание. Поперечные сопряжения должны быть перпендикулярны оси дороги. Края ранее уложенной полосы обрубают вертикально и смазывают битумом или битумной эмульсией. Холодный поперечный стык необходимо прогреть, установить укладчик таким образом, чтобы виброплита находилась над краем ранее уложенного слоя покрытия, затем наполнить шнековую камеру горячей смесью.

При работе одного укладчика длина полосы укладки, позволяющая обеспечить хорошее сопряжение смежных полос, назначается в зависимости от скорости охлаждения в пределах от 50 до 200 м. При укладке слоя износа сопряженными полосами работу организуют так, чтобы в конце смены слой был уложен на всю ширину покрытия. При вынужденном сопряжении слоя горячей смеси с краем остывшего покрытия последний допускается разогревать линейными инфракрасными разогревателями.

Уложенный слой ЩМА следует уплотнять при максимальной температуре гладковальцовыми катками статического действия, которые двигаются по возможности короткими захватками со скоростью 5-6 км/час, приближаясь как можно ближе к асфальтоукладчику. Для уплотнения слоев ЩМА наиболее пригодны гладковальцовые катки весом 8 -10 т, у которых стальные вальцы смачиваются в процессе укатки мыльным раствором, водно-керосиновой эмульсией или просто водой. Обильное орошение вальцов катка недопустимо, так как ведет к ускоренному охлаждению уплотняемого слоя. В связи с тем, что смеси ЩМА более липкие, чем обычные смеси из плотного асфальтобетона, необходимо обеспечивать равномерное орошение вальцов катков водой. В случаях, когда поверхность вальца смачивается не полностью, возможно налипание на нее смеси. При этом на поверхности укатываемого покрытия появляются дефекты в виде вырывов щебня. Эти дефекты можно ликвидировать путем добавления и разравнивания горячей смеси перед проходом катка.

В случае укладки слоя не на полную ширину покрытия технологические захватки должны соответствовать применяемой технике и обеспечивать минимальную протяженность «холодных» продольных и поперечных стыков сопряжения укладываемых полос. При наличие поперечных сопряжений и продольных «холодных» стыков, уплотнение следует начинать с них. Для сопряжения слоя с холодной полосой необходимо, чтобы каток осуществлял первый проход по ранее уложенной полосе укладки, перекрывая свежеуложенный слой на ширину 20-30 см. При этом перед катком должен постоянно находиться в непосредственной близости от асфальтоукладчика рабочий, который сдвигает лишнюю смесь с холодной ранее уложенной полосы на уплотняемый свежеуложенный слой горячей смеси.

В процессе уплотнения катки должны двигаться по укатываемой полосе челночно от ее краев к оси дороги, а затем от оси к краям, перекрывая каждый след на 20-30 см. Первый проход катка лучше начинать, отступив от края покрытия на 10 см. Края уплотняются после первого прохода катка по всей длине полосы. Схема укатки должна обеспечивать равномерное уплотнение по всей ширине укатываемого полотна, что достигается одинаковым числом проходов катков по одному следу.

В случае устройства покрытия сопряженными полосами при уплотнении первой полосы рекомендуется следить за тем, чтобы вальцы катка находились на расстоянии не менее 10 см от кромки сопряжения. При уплотнении второй полосы первые проходы катка должны выполняться по продольному сопряжению с ранее уложенной полосой.

Уплотнять слой ЩМА катком с включенной вибрацией не рекомендуется. При температуре щебеночно-мастичной смеси ниже 100°С, при укладке смеси на жесткое основание, а также при устройстве тонких слоев уплотнять их катками с вибрацией запрещается. Толстые слои допускается уплотнять с вибрацией только при достаточно высокой температуре смеси после одного прохода по одному следу гладковальцового катка статического действия. Для эффективного уплотнения достаточно 1-2-х проходов вибрационного катка по одному следу.

Очень важно осуществлять быстрое уплотнение ЩМА при температурах не ниже 70-80°С, особенно при устройстве тонких слоев покрытий ввиду их быстрого охлаждения. Поэтому количество уплотняющей техники должно быть достаточным и зависит от условий укладки. Необходимо за одним асфальтоукладчиком пускать, как правило, 2 гладковальцовых катка статического действия. Требуемая степень уплотнения слоя ЩМА обычно достигается при среднем количестве проходов катков по одному следу от 4-х до 6 -ти. Требуемое количество проходов катков рекомендуется уточнять при пробной укатке. Лишние проходы катков при уплотнении покрытия также недопустимы, так как могут привести к дроблению щебня.

При выполнении курсового проекта необходимо продумать технологию выполняемых работ при уширении дорожной одежды в зависимости от заданного способа реконструкции дороги, варианта уширения и конструкций дорожной одежды и изложить свои соображения по производству этих работ.

При уширении проезжей части предусматривается устройство краевых полос на обочинах по типу конструкции дорожной одежды после реконструкции. В случае одностороннего уширения следует увеличить ширину укрепленных краевых полос для сохранения одинаковой ширины обочины с обеих сторон проезжей части.

Для определения объемов работ по уширению дорожной одежды следует вычертить конструкции дорожных одежд до и после реконструкции соответственно в черных и красных линиях с наложением одной на другую, указать геометрические размеры и рассчитать величину уширения каждого конструктивного элемента (рис.1.5).

В^р

В

а)

В_аб

I

1:m₂ 1:1 1:1 1:m₂ h_щ

h_п

0 I

/2 /2 /2

В^р

б) В

В_аб В_об

I 0

1:m₂ 1:1 1:1 1:m₁ h_щ

h_до^р

h_п

I 0

L_о

Выравнивающий слой L_о

<20 ^о/_оо 1 0 > 20 ^о/_оо

в) h_выр

1 0

/2 /2

/2 /2

В_выр

Рис. 1.5. Схема определения геометрических размеров дорожной одежды

после реконструкции:

а) при двухстороннем уширении; б) при одностороннем уширении;

в) при устройстве выравнивающего слоя

При варианте полной разборки дорожной одежды объемы работ определяются по геометрическим параметрам соответствующих конструктивных слоев реконструируемой дорожной одежды.

Для определения объемов работ по реконструкции дорожной одежды при варианте частичной разборки необходимо определить величину уширения каждого конструктивного слоя.

Величина уширения дополнительного слоя основания составляет:

а) при двухстороннем уширении (рис. 1.5,а):

А_п.р. = В^р + (2 · h_до.р – h_п) · m₂ - В_аб (1.29)

где В^р - ширина земляного полотна после реконструкции, м;

m₂ - заложение откосов насыпи после реконструкции;

h_до.р - толщина дорожной одежды после реконструкции, м;

В_аб – ширина проезжей части до реконструкции, м;

б) при одностороннем уширении (рис. 1.5,б):

, (1.30)

где В_об – ширина обочины до реконструкции, м.

Величина уширения слоя основания составляет:

а) при двухстороннем уширении (рис. 1.5,а):

, (1.31)

где - ширина проезжей части после реконструкции (с учетом укрепленной части обочин), м;

m – заложение откосов слоя основания, m = 1;

h_щ –толщина слоя основания, м;

б) при одностороннем уширении (рис. 1.5,б):

. (1.32)

При одностороннем уширении необходима укладка выравнивающего слоя для перемещения оси проезжей части и обеспечения равного поперечного уклона покрытия на обеих полосах движения. Толщина выравнивающего слоя определяется по формуле

, (1.33)

где L_o – расстояние смещения оси дороги после реконструкции от оси существующей дороги, м:

, (1.34)

где В – ширина земляного полотна до реконструкции, м.

Объем работ при устройстве присыпной обочины

V_об = [В_об +(h_аб.р + h_щ) · ] · (h_аб.р + h_щ) · L_уч (1.35)

На основании принятой технологии производства работ и проведенных расчетов составляется ведомость объемов работ по форме, приведенной в табл.1.4.

Таблица 1.4

Ведомость объемов работ по уширению дорожной одежды

Наименование работ по уширению дорожной одежды	Единица измерения.	Объем работ
1. Устройство (уширение) дополнительного слоя основания (ППС), h= см	м3
2. Устройство (уширение) основания, h= см	м2
3. Устройство выравнивающего слоя, h = см	м2
4. Укладка базальтовой сетки (ширина полотна 1,5м)	пог. м.
5. Устройство покрытия: а) нижний слой, h= см, б) верхний слой, h= см	м2 м2
6. Устройство присыпных обочин	м3

По подсчитанному объему работ, используя нормы расхода и другие ресурсы на единицу измерения конструктивного элемента дорожной одежды, приведенные в соответствующих таблицах /11/, определяется потребность в основных дорожно-строительных материалах.

Для асфальтобетонных смесей, а также смесей, обработанных органическим вяжущим в установке, помимо их общего расхода, определяют потребность по каждому компоненту смеси (щебень, песок, минеральный порошок, битум) /14/. Результаты расчета заносят в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Потребность в дорожно-строительных материалах для устройства

конструктивных слоев дорожной одежды

Наименование конструктивного слоя дорожной одежды	Наименование материала	Единица измерения (м3, т, м2 и т. д.)	Количество материала	Источник обоснования норм расхода материалов
на единицу измерения.	на 1 км	на весь участок
песчаный подстилающий слой, h=	песок	м3				ГЭСН-2001 сб.27 27-04-001-1
вода	м3
основание из щебня, h=	щебень М-800 фр. 40-70 мм	м3				ГЭСН-2001 сб.27 27-04-006-1
щебень М-800 фр. 10-20 мм	м3
вода	м3

Продолжение табл. 1.5

Наименование конструктивного слоя дорожной одежды	Наименование материала	Единица измерения (м3, т, м2 и т. д.)	Количество материала	Источник обоснования норм расхода материалов
на единицу измерения.	на 1 км	на весь участок
выравнивающий слой покрытия, h =	черный щебень фр. 20-40 мм фр. 10-20 мм фр. 5-10 мм					ГЭСН-2001 сб.27 27-06-018-1
т
т
т
выравниваю- щий слой покрытия, h =	песчаная асфальтобетонная смесь, тип. Г, (Д)	т				ГЭСН-2001 сб.27 27-06-020-5 27-06-021-5
	базальтовая сетка	пог.м	-			расчет
нижний слой покрытия, h=	крупнозернистая асфальтобетонная смесь	т				ГЭСН-2001 сб.27 27-06-020-6 27-06-021-6
верхний слой покрытия, h=	щебеночно мастичная асфальтобетонная смесь ЩМАС-20	т				ГЭСН-2001 сб.27 27-06-020-1
Приготовление черного щебня
фр. 20-40 мм	щебень М-1000 фр.20-40 мм	м3				ГЭСН-2001 сб.27 27-10-005-1
битум БНД60/90	т
фр. 10-20 мм	щебень М-1000 фр. 10-20 мм	м3				ГЭСН-2001 сб.27 27-10-005-3
битум БНД60/90	т
фр. 5-10 мм	щебень М-1000 фр. 5-10 мм	м3				ГЭСН-2001 сб.27 27-10-005-5
битум БНД60/90	т
Приготовление асфальтобетонных смесей
песчаной тип Г, (Д)	песок	м3				ГЭСН-2001 сб.27 27-10-002-7 27-10-002-8
минеральный порошок	т
битум БНД60/90	т

Окончание табл. 1.5

Наименование конструктивного слоя дорожной одежды	Наименование материала	Единица измерения (м3, т, м2 и т. д.)	Количество материала	Источник обоснования норм расхода материалов
на единицу измерения.	на 1 км	на весь участок
крупнозернистой	щебень М-1000 фр.20-40 мм	м3				ГЭСН-2001 сб.27 27-10-002-9
песок	м3
минеральный порошок	т
битум БНД60/90	т
ПАВ катанного типа (ПБ-3) кг
щебеночно- мастичной ЩМАС	щебень М-1200 фр.10-20 мм	м3				ГЭСН-2001 сб.27 27-10-004-3
щебень М1200 фр.5-10 мм	м3
отсев дробления горных пород М1000 фр.до 5мм	м3
ПАВ катанного типа (ПБ-3)	кг
волокно целлюлоз."Виатоп-66"	т
минеральный порошок	т
битум БНД60/90	т

Примечание: при устройстве щебеночного основания по способу заклинки для дорог всех категорий применяется щебень из метаморфических и осадочных пород следующих марок по прочности: 1200 (И-1), 1000 (И- II), 800 (И- III); из магматических (изверженных) пород: 1400 (И-1), 1200 (И- II), 1000 (И- III).

Для дорог III-V категорий щебень марок по прочности (износу): 600 (И-IV), 800 (И-IV).