Способ возведения дорожного и аэродромного основания Российский патент 2018 года по МПК E01C3/00 

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для устройства оснований автодорог и аэродромов из каменных материалов.

Известен способ возведения основания дороги из каменных материалов, в котором фракционированный щебень основания расклинивают в его верней части щебнем более мелких фракций (СНиП 3.06.03-85, п.п. 7.4-7.8)

Недостатком данного способа является низкая сдвигоустойчивость такого основания.

Известен способ возведения дорожного и аэродромного основания, в котором на уложенный и уплотненный щебеночный слой наносят слой нефелинового шлама толщиной 8-10 см, с последующим его втапливанием в щебеночное основание кулачковыми катками и окончательным уплотнением основания катками на пневматических шинах (№.960348, МПК Е01С 3/00, опубликовано 23.09.82. Бюл. №35).

Недостатком данного способа является увеличенное число проходов уплотнительных катков за счет дополнительной операции по втапливанию нефелинового шлама в щебеночное основание, которая включает от четырех до четырнадцати проходов кулачкового катка. Это увеличивает трудоемкость работ и энергозатраты по укладке основания.

Известен способ укрепления основания преимущественно автомобильных дорог, в котором щебеночный слой пропитывают сухой смесью из цемента и песка с последующим последовательным уплотнением и увлажнением, и вторичным уплотнением укрепленного основания (№2057831, МПК Е01С 3/00, опубликовано 10.04.96).

Недостатками данного способа являются большая энергоемкость процесса, связанная с двухстадийной вибрацией основания, большой период времени для набора марочной прочности цементно-песчаной смесью, т.к. кроме необходимых нормативных 28 дней нормального твердения необходимо дополнительное время на проникновение достаточного количества влаги в уплотненную цементно-песчаную смесь для начала процесса гидратации цемента.

Известен способ возведения дорожного и аэродромного основания, в котором предварительно уложенный и прикатанный легкими катками слой дорожного основания из фракционированного каменного материала методом пролива сверху пропитывают серным вяжущим веществом, нагретым до 150-160°С, имеющем в своем составе мелкодисперсный минеральный наполнитель и мелкий заполнитель (№2412300, Е01С 3/00, опубликовано 20.02.2011).

У данного способа в связи с неплотной компоновкой щебеночного каркаса и большого объема межзерновых пустот основания увеличен расход серного вяжущего вещества.

Известен способ возведения основания дороги из каменных материалов, в котором фракционированный щебень основания расклинивают обожженными до полной или только поверхностной декарбонизации известняковыми высевками (№483477, МПК Е01С 7/10, опубликовано 05.09.75. Бюл. №33). Данный способ возведения основания дорожной одежды является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения.

Недостаток этого способа состоит в следующем, в связи с тем, что известь является воздушным вяжущим веществом, ей будет присущ процесс ползучести под нагрузкой, т.е. она будет пластически деформироваться под давлением, так как, находясь во влажных грунтовых условиях и будучи по своей природе высоко капиллярным материалом, она будет подсасывать из грунта воду с потерей собственной прочности. Кроме этого длительный процесс дополнительного набора прочности вяжущим за счет фактора перехода гидрата кальция в углекислый кальций будет проходить гораздо медленнее, так как необходимый для этого углекислый газ под землей содержится в меньшем количестве, чем на ее поверхности, также негативным фактором является выделение воды при реакции перехода гидрата кальция в углекислый кальций. Эти факторы будут способствовать уменьшению прочности основания, соответственно уменьшению межремонтного срока и ухудшению качества дорожного покрытия за счет просадки основания в процессе эксплуатации дороги и ее колейности.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в увеличении прочности дорожного основания и быстроте ее достижения по времени, в увеличении сдвигоустойчивости основания, в уменьшении энергозатрат при укладке основания, в уменьшении расхода вяжущего, в независимости по времени проведения работ двух технологических операций по укладке основания - это укладка каменного материала с его уплотнением в слой дорожного или аэродромного основания и последующая технологическая операция по увеличению его прочности, в увеличении продолжительности сезона дорожного строительства, в повышении качества работ по укладке дорожного основания.

Для достижения указанного технического результата предварительно уложенный до проектных отметок и уплотненный катками слой дорожного основания из фракционированного каменного материала в построечных условиях расклинцовывается сверху каменным материалом меньших фракций в соответствии с существующими технологиями и нормативными требованиями по уплотнению щебеночных оснований и покрытий методом расклинцовки (СНиП 3.06.03-85, п.п. 7.4-7.8), данный щебень меньших фракций, предназначенный для расклинцовки, имеет дополнительную обмазку его наружной поверхности серным вяжущим материалом. После окончания уплотнения расклинцовкой верхнего слоя основания при помощи катков плотный расклинцовочный верхний слой щебня дополнительно спекается инфракрасными горелками или воздушными теплогенераторами за счет оплавления серного вяжущего материала, который находится на поверхности щебня для расклинцовки и при остывании которого мы получаем бетонную структуру с дополнительными связями частиц щебня друг с другом через прочный слой затвердевшего серного вяжущего материала, что обеспечивает приращение прочностных и сдвигоустойчивых характеристик щебеночного дорожного основания при минимальном расходе серного вяжущего материала соответственно с уменьшенными трудозатратами и энергозатратами на его приготовление и уплотнение, без дополнительных операций по его укладке катками.

Обмазку щебня для расклинцовки серным вяжущим веществом производят заранее, как правило, задолго до его укладки в расклинцовочный слой дорожного основания, в стационарных условиях на смесителях существующих асфальтобетонных заводов или специальных установках с промежуточным складированием обмазанного щебня в открытые бурты. До складирования в бурты обмазанный в смесителе жидким серным вяжущим щебень, поверхность которого имеет температуру более 120°С, проходит промежуточный технологический передел по охлаждению его наружной поверхности для затвердевания серного вяжущего и отсутствия его спекания в буртах, для сохранения традиционных для щебня свойств по его сыпучести.

Серное вяжущее может содержать, кроме связующего вещества серы, также мелкодисперсные наполнители и заполнители в виде мелких песков, соотношение которых в вяжущем будет влиять на его вязкость и соответственно на толщину обмазочного слоя.

Наличие на поверхности расклинцовочного щебня обмазочного слоя из серного вяжущего способствует более плотной укладке его в основание при уплотнении катками, во-первых, за счет наличия слоя скольжения в виде поверхностного слоя серного вяжущего на щебне, которое имеет меньшую прочность на истирание, чем сам щебень, что позволяет щебню при меньших нагрузках уплотняющих катков образовывать более плотную упаковку расклинцованного щебеночного основания, во-вторых, за счет деформированного слоя обмазки в месте контакта частицы щебня после их уплотнения в основании имеют большие площади контакта частиц друг с другом, что дополнительно увеличивает их показатели на сдвигоустойчивость и связность расклинцовочного слоя, а после оплавления обмазки и последующего ее охлаждения происходит дополнительное спекание частиц щебня друг с другом. Площади контакта щебня со спеканием серного вяжущего материала можно увеличивать или уменьшать за счет двух факторов, это, во-первых, за счет увеличения или уменьшения толщины обмазочного слоя, которая регулируется изменением вязкости обмазки, при изменении соотношения вяжущего, наполнителя и заполнителя в составе обмазки, во-вторых, за счет степени уплотнения расклинцовочного слоя основания катками, или виброплитами.

Наличие слоя скольжения на щебне для расклинцовки в виде серного вяжущего материала дает возможность производить уплотнение щебеночных оснований и покрытий методом расклинцовки, без обязательной процедуры поливки расклинцовочного слоя щебня водой, которая способствует созданию более плотной структуры основания за счет уменьшения сил трения частиц щебня друг с другом. Соответственно наличие обмазки наружной поверхности расклинцовочного щебня серным вяжущим материалом дает возможность производить работы по расклинцовке слоя дорожного основания при отрицательных температурах.

В процессе поверхностной обмазки щебня серным вяжущим материалом вяжущее заполняет наружные дефекты щебня в виде трещин и пустот, что увеличивает у щебня марку по дробимости и водопоглощению.

Наличие в верхнем слое дорожного основания термопластичного серного вяжущего вещества позволяет производить операцию по дополнительной термической сварке верхнего слоя дорожного основания с вышележащими слоями дорожного покрытия из асфальтобетона при их укладке. Это возможно в связи с тем, что серное вяжущее переходит в достаточно пластическое состояние в интервале температур от 120°С до 150°С, данный интервал температур приемлем и для укладки асфальтобетона. Технологическая операция по термической сварке верхнего слоя дорожного основания и нижнего слоя дорожного покрытия может производиться или параллельно с первичным оплавлением верхнего слоя дорожного основания, непосредственно перед укладкой слоя асфальтового покрытия, или в двухстадийном варианте при разъединенных по времени операциях по предварительному оплавлению и спеканию верхнего расклинцовочного слоя дорожного основания с последующей отдельной операцией по термической сварке основания и покрытия дорожной конструкции при укладке покрытия на основание. Спекание слоя дорожного основания со слоем дорожного покрытия улучшает сдвиговые характеристики всей дорожной конструкции и, что особенно важно, улучшает сдвиговые характеристики дорожного покрытия, которое непосредственно испытывает данное воздействие от колес транспортных средств. Данное свойство является поводом для уменьшения нормативных толщин дорогостоящего слоя асфальтобетонного дорожного покрытия.

В предлагаемом способе устройства дорожного и аэродромного основания используют серийные машины и механизмы.

Предложенный способ возведения дорожного и аэродромного основания дает возможность раздельно проводить пооперационный контроль качества технологических операций по укладке и уплотнению катками каменного материала дорожного основания методом расклинцовки и последующей технологической операции по оплавлению со спеканием верхнего слоя каменного дорожного основания. При отклонении от заданных параметров корректировать каждую из вышеперечисленных операций отдельно, что суммарно дает возможность повысить качество работ по укладке дорожного основания.

В связи с тем, что технологическая операция по укладке и уплотнению слоя каменного материала дорожного основания не привязана по времени выполнения к последующей технологической операции по спеканию каменного материала дорожного основания за счет наличия у щебня для расклинцовки наружного обмазочного слоя из серного вяжущего вещества, то данные технологические операции можно производить с большим разрывом по времени и даже переносить оплавление со спеканием серного вяжущего вещества на следующий сезон, а укладку каменного материала основания можно вести почти круглогодично. Серное вяжущее вещество из-за быстрого набора прочности при охлаждении позволяет через несколько часов после его оплавления в слое каменного материала открывать автомобильное движение по дорожному и аэродромному основанию.

Предлагаемый способ включает следующие технологические операции. Фракционированный щебень вывозят на подготовленный подстилающий слой дороги, разравнивают и уплотняют его катками. Затем на поверхности щебня распределяют щебень меньшей фракции для расклинцовки каменного дорожного основания, который имеет наружную поверхность, обмазанную серным вяжущим материалом требуемой толщины, данный щебень для расклинцовки основания также уплотняют катками. Уплотненный верхний расклинцовочный слой щебня нагревают до температуры от 120°С до 150°С при помощи инфракрасных излучателей или теплогенераторов на всю толщину расклинцовочного слоя. При данной температуре серное вяжущее на поверхности щебня расплавляется и после охлаждения объединяет отдельные частицы щебня в монолитное спекшееся основание. Полученный жесткий конструктивный слой обладает повышенной сдвигоустойчивостью и водоустойчивостью.

При использовании предложенного способа по сравнению с известным решением увеличивается гарантированная глубина проникновения вяжущего материала в слой основания, при его равномерном содержании по объему увеличивается прочность основания с увеличением модуля упругости и сдвигоустойчивости основания относительно прототипа при быстроте их достижения по времени, уменьшается энергоемкость и расход вяжущего при возведении дорожного и аэродромного основания, предлагаемый способ устройства дорожного и аэродромного основания позволяет независимо по времени производства работ разделить операцию по укладке и уплотнению каменного материала основания от операции по расплавлению с последующим спеканием серного вяжущего вещества, увеличивается продолжительность сезона дорожного строительства, повышается качество работ по укладке дорожного основания.

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для устройства оснований автодорог и аэродромов из каменных материалов. Технический результат: увеличение прочности дорожного основания и быстрота ее достижения по времени, а также увеличение сдвигоустойчивости основания. Способ возведения дорожного и аэродромного основания включает распределение, укладку и укатку фракционированного каменного материала в виде основного слоя щебня с последующим нанесением на него расклинивающего материала в виде фракционированного щебня меньшего диаметра, чем щебень в основном слое основания, с его дальнейшей укаткой, причем щебень для расклинивающего материала имеет на своей наружной поверхности обмазочный слой из затвердевшего серного вяжущего материала, который после окончания укатки основания расплавляется с последующим охлаждением. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ возведения дорожного и аэродромного основания, включающий распределение, укладку и укатку фракционированного каменного материала в виде основного слоя щебня с последующим нанесением на него расклинивающего материала в виде фракционированного щебня меньшего диаметра, чем щебень в основном слое основания, с его укаткой, отличающийся тем, что щебень для расклинивающего материала имеет на своей наружной поверхности обмазочный слой из затвердевшего серного вяжущего материала, который после окончания укатки основания расплавляется с последующим охлаждением.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в составе серного вяжущего в качестве мелкодисперсного наполнителя используют карбонатные отходы сахарного производства - дефекат, или карбонатный шлам водоочистки электростанций, или минеральный порошок для приготовления асфальтобетона, а в качестве мелкого заполнителя - кварцевый песок или щебеночные отсевы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для расплавления обмазочного слоя из серного вяжущего материала используются инфракрасные излучатели, или воздушные теплогенераторы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на расплавленное серное вяжущее вещество расклинивающего верхнего слоя дорожного основания до его затвердевания укладывается слой горячей асфальтобетонной смеси дорожного покрытия для их взаимного спекания в зоне контакта.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обмазку щебня для расклинивания слоя дорожного основания производят серным вяжущим веществом заранее, до его укладки в дорожное основание.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что обмазку щебня производят после его сушки и нагрева.