СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ СЛОЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ Российский патент 1994 года по МПК E01C19/28 

Изобретение относится к технологии уплотнения конструктивных слоев дорожных одежд, откосов и каналов, выполненных из асфальтобетона.

Известен способ уплотнения слоя асфальтобетонной смеси, включающей приложенное на уплотняемый слой смеси статической нагрузки по крайней мере по двум параллельным линиям контакта с возвратно-поступательным ее перемещением, вакуумирование смеси через ее поверхность в промежутке между линиями приложения статической нагрузки.

Недостатком данного способа является использование статической нагрузки при уплотнении вакуумированного слоя асфальтобетонной смеси, что снижает эффективность уплотнения по сравнению с динамической нагрузкой.

Известен способ уплотнения дорожно-строительных материалов, в том числе и асфальтобетонных смесей, включающий взаимодействие на материал последовательными проходами виброкатка с изменением частоты колебаний вибровальца от прохода к проходу.

Наиболее близким к предлагаемому является способ уплотнения дорожно-строительных материалов, включающий динамическое воздействие на слой материала вибрационным катком, изменяемое от прохода к проходу путем изменения частоты колебаний в зависимости от статического момента массы дебалансов суммарного веса вибровальца катка и пригруза, и относительной вынуждающей силы вибровоздудителя [1] .

Однако, известные способы характеризуются недостаточно высокой эффективностью уплотнения слоя асфальтированной смеси в связи с тем, что они не учитывают изменения физико-механических характеристик уплотняемого слоя от прохода к продходу в зависимости от текущей плотности, толщины слоя и других параметров, требующих непрерывной и одновременной перестройки параметров виброкатка. Кроме того, к недостаткам этих способов следует отнести следующие моменты: высокая масса рабочих органов и, следовательно, уплотняющих машин в целом; высокое значение вынуждающей силы вибровозбудителя, отрицательно сказывающееся на уплотнение тонких слоев асфальтобетонной смеси, так как под воздействием основания слоя происходит разрешение частиц каменного материала смеси, что приводит к снижению качества асфальтобетона; большие динамические нагрузки снижают эргономические показатели существующих средств уплотнения.

Цель изобретения - повышение эффективности и качества уплотнения слоя асфальтобетонной смеси.

Поставленная цель достигается тем, что в способе уплотнения слоя асфальтобетонной смеси, включающем динамическое воздействие на слой смеси вибрационным катком, изменяемое от прохода к проходу путем изменения частоты колебаний в зависимости от статического момента массы дебалансов, веса вибровальца катка и относительной вынуждающей силы вибровозбудителя, в промежутке между воздействиями на слой вальцами катка производят вакуумирование смеси через ее поверхность при величине разрежения 5. . . 10 кПа, относительную вынуждающую силу m вибровозбудителя в зависимости от температуры асфальтобетонной смеси Т (^оС), коэффициента уплотнения асфальтобетона Kу и толщины уплотняемого слоя h (см) определяют по выражениям:
- для вакуумированного слоя песчаной асфальтобетонной смеси (1)
- для вакуумированного слоя мелкозернистой асфальтобетонной смеси (2) при этом влияние веса вибровальца катка на изменение частоты колебаний учитывают через коэффициент пропорциональности α , где
α = 2,7 - 0,185 lnQ_b, (3) а изменение частоты колебаний ω производят по зависимости
ω = , (4) где К - статический момент массы дебалансов, кг м;
Q_b - вес вибровальца, Н.

Способ уплотнения слоя асфальтобетонной смеси осуществляют следующим образом.

В зависимости от вида асфальтобетонной смеси, температуры, толщины и плотности уплотняемого слоя изменяют динамическое воздействие виброкатка на слой от прохода к проходу. При этом в промежутке между воздействиями вибровальцов производят вакуумирование слоя асфальтобетонной смеси через ее поверхность, например, с помощью вакуумного устройства. Сущность вакуумирования заключается в том, что в результате создаваемого разрежения внутри слоя происходят процессы, положительно влияющие на формирование его структуры. Экспериментально установлено, что под действием разрежения из трещин частиц каменного материала асфальтобетонной смеси откачивается находящийся в них воздух. Сразу после операции вакуумирования под действием атмосферного давления полости трещин заполняются как легкими, так и более тяжелыми фракциями битума, что уменьшает трещиноватость породы и ведет к снижению общей пористости асфальтобетона и его водонасыщения. Устранение открытых трещин, являющихся концентраторами напряжений, ведет к повышению прочности частиц каменного материала и повышает их устойчивость к разрешению при уплотнении слоя асфальтобетонной смеси динамической нагрузкой. Кроме того, под действием потока воздуха, проходящего из основания через уплотняемый слой при вакуумировании, происходит переориентация частиц каменного материала асфальтобетонной смеси, а также перераспределение свободного битума, который переходит из зон сжатия в открытое пространство между частицами, образующими закрытые и открытые поры с воздухом. Это ведет к снижению внутренних напряжений в уплотняемом слое и позволяет значительно сэкономить энергию, идущую на уплотнение слоя асфальтобетонной смеси.

В связи с этим последующее уплотнение слоя асфальтобетонной смеси может осуществляться вибровальцами сниженной массы, а следовательно, и катком в целом, с пониженной величиной относительной вынуждающей силы вибровозбудителя, что в свою очередь ведет к повышению эргономических показателей (с точки зрения воздействия вибрационной нагрузки) существующих средств уплотнения. Снижение массы вибрационного катка при уплотнении вакуумированного слоя асфальтобетонной смеси позволяет повысить эффективность процессов уплотнения, что выражается в снижении металлоемкости вибрационных катков.

Кроме того, эффективность процесса уплотнения выражается и в более интенсивном нарастании плотности уплотняемого слоя асфальтобетонной смеси и снижении водонасыщения при уплотнении его вибрационным катком с вакуумным устройством по сравнению с обычным катком, то обстоятельство позволяет сократить число прохода вибрационного катка по одному месту при уплотнении вакуумированного слоя асфальтобетонной смеси.

Изменение параметров вибрации катка вызывает изменение эквивалентных контактных давлений под вальцами.

Учитывая данное обстоятельство, величина разрежения при уплотнении вакуумированного слоя асфальтобетонной смеси вибрационным катком может оставаться постоянной и составлять 5. . . 10 кПа, что вполне достаточно для проявления эффекта вакуумирования. В этом случае функцию увеличения контактных давлений или балластировки от прохода к проходу катка по одному месту выполняет сам вибровалец при соответствующем изменении параметров вибрации, а именно частоты колебаний ω при неизменной величине статического момента массы дебалансов вибровозбудителя.

Наиболее эффективный режим уплотнения вакуумированных слоев асфальтобетонной смеси протекает при определенной величине относительной вынужденной силы, увеличивающейся от прохода к проходу катка, представляющее собой отношение вынуждающей силы вибрвозбудителя к весу вибровальца, и характеризующейся коэффициентом m.

Предварительная подкатка позволяет уплотнить и упрочнить слой асфальтобетонной смеси, способный в дальнейшем уплотняться, не разрушаясь, под воздействием вибрационных катков. Этот же эффект наблюдается и при виброуплотнении с вакуумированием.

Предел прочности вакуумированных слоев асфальтобетонной смеси при уплотнении их вибрационными катками при первом проходе составляет порядка 0,8. . . 1,0 МПа. Предел прочности вакуумированного слоя асфальтобетонной смеси в конце процесса уплотнения составляет 2,7. . . 3,5 МПа в зависимости от времени процесса уплотнения, определяемого массой и скоростью катков, а также радиусами их вальцов. Согласно указанных интервалов прочности уплотняемого слоя в начале и конце процесса уплотнения коэффициент m может принимать значения от 1,1 до 2,5. В связи с этим доверительные интервалы коэффициентов m незначительны по сравнению с диапазоном его изменения.

Предел прочности асфальтобетонной смеси, толщины и плотности уплотняемого слоя, характеризуемый коэффициентом уплотнения K_у, при уплотнении их (слоев) вибрационными катками на первом проходе составляет 0,8. . . 1,0 МПа. Предел прочности вакуумированного слоя асфальтобетонной смеси в конце процесса уплотнения составляет 2,7. . . 3,5 МПа в зависимости от времени процесса уплотнения, определяемого массой и скоростью катков, а также радиусами их вальцов. Согласно указанным интервалам прочности уплотняемого слоя в начале и конце процесса уплотнения коэффициент m может принимать значения от 1,1 до 2,5. При этом доверительные интервалы коэффициента m незначительны по сравнению с диапазоном его измерения.

Эффективное значение частоты колебаний зависит от веса вибровальцов и, следовательно катков в целом и определяется коэффициентом пропорциональности α , как функцией от веса вибровальца:
α = 2,7 - 0,185 ln (10)
Указанному интервалу значений коэффициента m при уплотнении вакуумированного слоя асфальтобетонной смеси вибрационными катками соответствует величине отношения веса вибровальца к статическому моменту массы дебалансов вибровозбудителя, равная (5,5˙ 6,0) 10⁴ с^-2, которая обеспечивает требуемые соотношения между массой вибровальца, вынуждающей силой вибровозбудителя и частотой колебаний.

Указанные режимы работы вибрационного катка при уплотнении вакуумированного слоя асфальтобетонной смеси обусловлены эффектом вакуумирования, так как последнее существенно влияет на предел прочности слоя. Это в свою очередь влияет на величину коэффициента m и частоту колебаний вибровальцов.

Уплотнение слоя асфальтобетонной смеси по предложенному способу позволяет повысить эффективность процесса уплотнения, т. е. ускорить нарастание коэффициента уплотнения слоя до требуемого значения или сократить число проходов виброкатка, повысить качество асфальтобетона, выражающееся в снижении водонасыщения, ведущее к продлению срока его службы, повысить эргономические показатели процесса уплотнения. (56) Авторское свидетельство СССР N 1129273, кл. E 01 C 19/28, 1982.

Использование: уплотнение слоев дорожных одежд, откосов, каналов из асфальтобетона. Сущность изобретения: осуществляют динамическое воздействие на слой смеси вибрационным вальцом, изменяемое от прохода к проходу путем изменения частоты колебаний в зависимости от статического момента массы дебалансов, веса вибровальца, относительной вынуждающей силы вибровозбудителя. В промежутке между воздействиями на слой вальцами производят вакуумирование смеси при величине разрежения 5 . . . 10 кПа. Относительную вынуждающую силу m вибровозбудителя определяют по зависимости, приведенной в формуле изобретения.

СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ СЛОЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ, включающий динамическое воздействие на слой смеси вибрационным вальцом, изменяемое от прохода к проходу путем изменения частоты колебаний в зависимости от статического момента массы дебалансов, веса вибровальца и относительной вынуждающей силы вибровозбудителя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и качества уплотнения, в промежутке между воздействиями на слой вальцами производят вакуумирование смеси при величине разряжения 5 - 10 кПа, а относительную вынуждающую силу m вибровозбудителя определяют по зависимости:
- для вакуумированного слоя песчаной асфальтобетонной смеси:

- для вакуумированного слоя мелкозернистой асфальтобетонной смеси

где T - температура асфальтобетонной смеси, ^oС;
K_у - коэффициент уплотнения асфальтобетона;
h - толщина уплотняемого слоя, см;
при этом частоту колебаний определяют по зависимости
ω =
где α - коэффициент пропорциональности, равный 2,7 - 0,185 · lnQ_в,
K - статический момент массы дебалансов, кг · м;
Q_в - вес вибровальца, Н.