Современные технологии устройства слоев износа иповерхностных обработок на дорожных асфальтобетонных покрытиях
Гончаров Александр Викторович, студент
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
В статье выполнен краткий обзор современных методов, развивающих традиционные расчеты дорожных покрытий. Установлено, что современные устройства слоев износа и поверхностных обработок дорожных покрытий облегчают работу покрытий и всей конструкции в целом. Приведены современные технологии устройства слоев износа и поверхностных обработок.
Ключевые слова: слой износа, параметры шероховатости, дорожное покрытие
В последние два десятилетия произошло существенное увеличение доли тяжелых и очень тяжелых грузовых автомобилей в транспортном потоке, причем число автомобилей увеличивается, а интенсивность движения неуклонно возрастает. Прямой контакт шин с покрытием приводит к эффекту накапливания повреждений в асфальтобетоне. Поэтому появились работы, преследующие цель учитывать повреждения в критериях прочности [1–4] и прогнозировать изменение поврежденности в результате воздействия циклических нагрузок. Авторы работ [1–4] пришли к выводу, что при увеличении числа повторных нагрузок происходит рост поврежденности и уменьшение модуля упругости асфальтобетона. Уменьшение модуля упругости асфальтобетона приводит к снижению изгибной жесткости, а, значит увеличению пластических деформаций покрытия [5, 6] и давлений передаваемых на основание. Из анализа данных исследований следует, что увеличение давлений приведет к возрастанию пластических деформаций, накапливаемых гранулированными материалами оснований дорожных одежд и грунтами земляного полотна [7–12]. Кроме того, при увеличении давлений, передаваемых на земляное полотно, они могут превысить безопасную величину [13–17], в результате чего критерий сопротивления сдвигу окажется превзойден. В результате увеличения давления в грунте земляного полотна возрастут главные, вычисляемые как по традиционным [18, 19], так и современным модифицированным моделям [20–25]. Увеличение главных напряжений приведет к увеличению касательных напряжений в любом условии пластичности [26–29]. Поэтому устройство слоев износа и поверхностных обработок, предотвращая прямой контакт шины с асфальтобетонным покрытием, способствует облегчению условий работу по любому из общепринятых или современных критериев расчета дорожных одежд и грунтов земляного полотна. Это способствует продлению срока службы дорожной конструкции и благоприятно отражается на ее экономической эффективности.
Наряду с традиционной технологией для устройства поверхностных обработок и слоев износа может быть применена одна из современных технологий, к которым относят Чип Сил, Фиб Сил, Мак Сил, Фоб Сил, Сларри Сил, Кейп Сил и другие «– Силы». Сларри Сил это технология устройства защитных слоев покрытий с применением литых эмульсионно-минеральных смесей, она имеет разновидность, называемую микросюрфейсинг, которая позволяет производить укладку смеси более толстым слоем и в несколько слоев. Чип Сил это обработка поверхности, при которой происходит синхронное распределение битумной эмульсии и фракционированного каменного материала, применяется для поддержания в рабочем состоянии и продления долговечности существующих дорог.
Рис. 1. Рабочий момент устройства поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня
Мак Сил это шероховатая поверхностная обработка по типу Чип Сил, но сделанная с применением гелеобразного битума Мультигрейд. Кейп Сил это поочередное применение поверхностной обработки типа Чип Сил, поверх которой устраивают слой износа по технологии Сларри Сил. Фиб Сил это водонепроницаемый слой, в котором применяется сочетание битумной эмульсии и нарезанного стекловолокна с последующим распределением щебня, которое может быть реализовано в виде поверхностной обработки по типу Чип Сил. В большинстве случаев для предотвращения прямого воздействия шин, причем даже ошипованных, достаточно выполнить поверхностную обработку методом Чип Сил, предварительно проверив расчетом устойчивость зерен щебня к отрыву [30].
При устройстве поверхностной обработки методом Чип Сил в существующем покрытии должны быть заделаны выбоины и герметизированы трещины, как правило, обязательной герметизации подлежат трещины с раскрытием более 3 мм. Здесь следует отметить, что применение холодных асфальтобетонных смесей при последующем применении Чип Сила не рекомендуется. Кроме того, отремонтированная поверхность асфальтобетонного покрытия должна быть ровной, сухой и очищенной от грязи и пыли (свободной от любых сыпучих материалов до розлива вяжущего). Поэтому подготовительные работы включают в себя:
- Герметизацию трещин, выполняемую согласно [21] за семь дней до устройства ПО.
- Удаление материала существующего покрытия в местах отслаивания от поверхности.
- Заделку выбоин с применением технологий ремонта горячими асфальтобетонными смесями или инфракрасными разогревателями асфальтобетона, выполняемую согласно [21] за семь дней до устройства ПО.
- Очистку покрытия от пыли и грязи.
Работы по устройству слоя износа по технологии Чип Сил рекомендуется производить при температуре покрытия не менее10 ° C (55 ° F), а влажности не более 50 %. Ветер приводит к неоднородному распылению эмульсии, а слабый ветер к ускорению ее отверждения. В период выпадения осадков непосредственно перед, во время или после строительства производить работу по устройству покрытия Чип Сил не допускается.
Проектирование технологии обработки способом Чип Сил включает в себя определение скорости нанесения вяжущего и подачи щебня. Для правильного вычисления этих показателей необходимо исследовать свойства материалов и обрабатываемой поверхности. Дополнительными факторами, которые следует принимать во внимание, являются условия движения транспортных нагрузок и климатические условия. Другой основной задачей является определение норм расхода вяжущего и щебня. Обычно дозировка щебня принимают 94 % от общей массы Чип Сила. Однако при более детальном проектировании состава поверхностной обработки нормы расхода рекомендуется определять экспериментально или рассчитывать по эмпирическим формулам, разработанным для традиционной ПО под определенные условия эксплуатации дороги (погодно-климатические факторы, интенсивность и состав движения). Такие формулы имеют граничные условия, вследствие чего результаты расчета по этим зависимостям нуждаются в экспериментальной проверки, целью которой должно стать выявление возможности их применения под условия эксплуатации обследуемого участка дороги. Следовательно, определение норм расхода материалов для покрытия Чип Сил является чисто экспериментальной задачей, требующей особого внимания и дополнительных исследований. Более сложное дозирование возникает при применении для устройства покрытия Чип Сил щебеночно песчаных смесей (ЩПС). В этом случае необходимо подбирать как расход вяжущего и ЩПС, так и дозировку песка и щебня в ЩПС. В таблице 1 приведены нормы расхода материалов, рекомендуемые компанией Secmair.
Таблица 1
Расход материалов для устройства покрытия Чип Сил
|
Виды покрытия Чип Сил |
Расход материалов, кг/м2 |
||||
|
Вяжущее |
Щебень фракции, мм |
||||
|
Разжиженный битум |
Битумная эмульсия |
4–6 |
6 –10 |
10–14 |
|
|
ПО с однократным розливом вяжущего и россыпью щебня |
1,350 |
1,750 |
Не применяется |
8–9 |
Не применяется |
|
Двойная ПО с двукратным розливом вяжущего и двойной россыпью щебня |
0,95+0,95 |
1,1+1,4 |
6–7 |
Не применяется |
10–11 |
|
ПО с однократным розливом вяжущего и двойной россыпью щебня |
1,550 |
2,150 |
7–8 |
Не применяется |
8–9 |
Примечание: нормы расхода предусматривает применение для покрытий Чип Сил либо разжиженного битума, либо битумной эмульсии
Синхронный розлив вяжущих материалов и россыпь щебня выполняется специальными машинами, которые называют чипсилерами (см. рис. 1). При выполнении работ стыки, укладываемых полос устраиваются по аналогии с традиционной ПО. Для поперечных стыков завершать укладку полосы следует на кровельный картон, размещаемый в конце полосы, устраиваемый за одну загрузку чипсилера. Продольные соединения могут быть выполнены с перекрытием. Для этого рекомендуется продольный край уложенной полосы увлажнить на ширину от 75 до 100 мм (от 3 до 4 дюйма). Следующий проход чипсилера перекрывает этот влажный край. После выполнение прохода не закрепившийся на влажном крае материал удаляется. Таким способом получают ровное продольное сопряжение. Для данной технологии требуется квалифицированный персонал.
Обработка поверхности по технологии ЧипСил позволяет продлить срок службы покрытия, обеспечивает водонепроницаемость, блокирует выход новых трещин снизу, ликвидирует выкрашивание дорожных покрытий и повышает сцепные характеристики колёс с покрытием.
В последующих работах автор рассмотрит технологии устройства других Силов и выполнит их технико-экономическое сравнение, определив область применения каждой из них.
Литература:
1. Чусов В. В. Модифицированные критерии Писаренко-Лебедева и Кулона-Мора, учитывающие меры теории накапливания повреждений // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 338–341.
2. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 219–225.
3. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2015. № 1 (41). — С. 47–54.
4. Чусов В. В. Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальтобетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу // Молодой ученый. — 2016. — № 6 (110). — С. 221–227.
5. Кузин Н. В. Расчет пластических смещений асфальтобетонных порожных покрытий // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 253–255.
6. Кузин Н. В. Исследование пластичности дорожных асфальтобетонов // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 255–257.
7. Александров А. С., Киселева Н. Ю. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — С. 49–59.
8. Александров А. С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. — Омск: СибАДИ, 2014. — 152 с.
9. Александров А. С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4 (39) — С. 22–34.
10. Александров А. С. Обобщающая модель пластического деформирования дискретных материалов дорожных конструкций при воздействии циклических нагрузок // Строительные материалы. 2016. № 5. С. 27–30.
11. Семенова Т. В., Гордеева С. А., Герцог В. Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2012. — № 4 (37). — С. 247–254.
12. Семенова Т. В., Герцог В. Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 1 (29). — С. 68–73.
13. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Состояние вопроса. — Омск: СибАДИ, 2015. — 292 с.
14. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. О допускаемых давлениях на грунты земляного полотна и слои дорожной одежды // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2012. № 2. — С. 10–13.
15. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 2. Предложения. — Омск: СибАДИ, 2015. — 262 с.
16. Долгих Г. В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 6 (34). — С. 43–49.
17. Долгих Г. В. Расчет нежестких дорожных одежд по критерию безопасных давлений на глинистые грунты земляного полотна // Автореф. Дис. канд. техн. наук. — Омск: СибАДИ. — 2014. — 20 с.
18. Craig R. F. Soil Mechanics. — Seventh edition. Department of Civil Engineering, University of Dundee, UK. — Published by Taylor & Francis e-Library, London and New York, 2004. — 447 p.
19. Foster, С.R., Ahlvin R. G. Stresses and deflections induced by a uniform circular load. // Proc. Highway Research Board. — 1954. — Vol. 33. — P. 236–246.
20. Александров А. С., Долгих Г. В., Юрьев Д. В. Расчет главных напряжений в слоях дорожной одежды из дискретных материалов // Транспортное строительство. — 2011. — № 7. — С. 17–22.
21. Александров А. С. Один из путей расчета минимальных главных напряжений в грунтах земляного полотна / А. С. Александров // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск, СибАДИ, 2013. — С. 217–228.
22. Александров А. С., Александрова Н. П., Долгих Г. В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. — 2012. — № 10. — С. 14–17.
23. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Один из путей совершенствования расчета дорожных одежд по условию сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. — Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2013. — С. 9–22.
24. Александрова Н. П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. — С. 236–246.
25. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Долгих Г. В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СИБАДИ. — 2014. — № 2 (36). С. 49–54.
26. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск: СибАДИ, 2013. — С. 228–235.
27. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. Применение критерия Друкера-Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2013. № 2. — С. 26–29.
28. Чусов В. В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. — 2015. № 42 (61). — С. 49–57.
29. Александров А. С., Калинин А. Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона-Мора // Инженерно-строительный журнал. — 2015. № 7 (59). — С. 4–17.
30. Александрова Н. П. К вопросу расчета шероховатых покрытий на устойчивость зерен каменного материала // Материалы Международной научно-практической конференции Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура Омск, 21–23 мая 2003 г. — С. 67–69.
