Лабораторный метод изготовления армированных асфальтобетонных образцов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

УДК 625.75

В. В. СИРОТЮК, докт. техн. наук, профессор,

Е.Ю. КРАШЕНИНИН, аспирант,

СибАДИ, Омск

ЛАБОРАТОРНЫЙ МЕТОД ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ОБРАЗЦОВ

Выполнен обзор методов изготовления асфальтобетонных образцов, применяемых в России и за рубежом, предложена собственная методика изготовления армированных асфальтобетонных образцов.

В дорожном строительстве России на протяжении более 15 лет для армирования асфальтобетонных покрытий применяются различные геосетки отечественного и зарубежного производства с разными физико-механическими показателями свойств, но нормативные методики испытаний армированных асфальтобетонных образцов отсутствуют.

Согласно требованиям ГОСТ 12801-98 для определения физико-механических показателей свойств асфальтобетона изготовляют образцы путем прессования смеси под давлением (40,0 ± 0,5) МПа на гидравлических прессах в различных формах. При уплотнении должно быть обеспечено двустороннее приложение нагрузки, что достигается передачей давления на уплотняемую смесь через два вкладыша, свободно передвигающихся в форме навстречу друг другу.

При относительной простоте стандартной методике изготовления асфальтобетонных образцов свойственно два существенных недостатка:

- очевидно, что структура асфальтобетона, сформованного на прессе и в реальных условиях (катками), имеет значительные отличия;

- при формовании образцов больших размеров (например, 400x100 мм), для достижения давления 40 МПа требуется усилие 160 тс. Такой пресс имеет не каждая лаборатория. Кроме того, для восприятия такой нагрузки требуется очень большая, прочная и тяжелая форма (не менее 60 кг).

© В.В. Сиротюк, Е.Ю. Крашенинин, 2007

За рубежом для изготовления асфальтобетонных образцов используют различные уплотняющие установки. Для изготовления цилиндрических образцов используют установки вращательного уплотнения (рис. 1).

Рис. 1. Установки для формования цилиндрических асфальтобетонных образцов

Процесс изготовления асфальтобетонных образцов в установках вращательного уплотнения осуществляется следующим образом. Асфальтобетонную смесь помещают в стальную форму. Затем форму с асфальтобетонной смесью монтируют на платформе под наклоном к горизонтальной плоскости на 0,5-2,0о (базовый вариант 1,25о) и вращающейся со скоростью 30 об/мин. При этом вертикальное давление на уплотняемую смесь составляет 600 кПа (0,6 МПа). По окончании требуемого количества оборотов вращения (от 60 до 100) образец извлекают из формы. Диаметр образцов в зависимости от применяемой формы составляет 100 или 150 мм, а высота от 50 до 200 мм.

Изготовленные на этих установках образцы используются для проведения испытаний по системе проектирования методом Марашала, «8иреграуе» (США), ЬСРС (Франция) и методом MTQ (Канада).

Для изготовления асфальтобетонных образцов больших размеров используют уплотняющую установку Иа8Бек 8ЬЛБ-РЛС (рис. 2).

Уплотнение асфальтобетонной смеси осуществляется с помощью вальца и перемещающейся формы, расположенной под ним.

Рис. 2. Установки для формования образцов-балочек: а - общий вид; б - уплотняющий валец

Для уплотнения асфальтобетонного образца до требуемой плотности необходимо от 5 до 15 минут в зависимости от состава асфальтобетонной смеси. Установка снабжена двумя формами, позволяющими изготавливать образцы с размерами (ширина/длина) 260/320 мм и 180/500 мм, высота образца задается в диапазоне от 30 до 150 мм. Изготовленные на данной установке образцы используют для испытаний по различным методикам, но в основном для оценки устойчивости асфальтобетонов к колееобразованию.

Зарубежные установки имеют один общий существенный признак - очень высокую цену, превосходящую даже сложность и качество этих установок.

Для проведения испытаний армированного асфальтобетона нами была разработана специальная методика и запроектировано оборудование для изготовления больших асфальтобетонных образцов. Необходимость использования этих образцов обусловлена следующими причинами:

- размер ячеек геосеток, применяемых для армирования асфальтобетонного покрытия, составляет 25-50 мм, что определяет требуемую ширину балок - не менее 80-120 мм;

- с учетом фракционного состава асфальтобетона и необходимости размещения геосетки в различных зонах образца (сжатой, нейтральной, растянутой) необходима общая толщина образца не мене 80 мм.

Разработанный нами стенд позволяет моделировать работу катков и формовать образцы большого размера со структурой асфальтобетона, близкой к получаемой на дороге и представленной на рис. 3.

Рис. 3. Стенд для уплотнения асфальтобетонной смеси:

1 - форма; 2 - валец; 3 - каретка

Технология изготовления армированных асфальтобетонных образцов включает следующие этапы. Асфальтобетонную смесь разогревают до темпе-

ратуры 120-130 °С, укладывают в форму 1, равномерно распределяют слоем заданной толщины и уплотняют с помощью вальца 2. Добавляя пригруз в каретку 3, увеличивают удельное давление и тем самым моделируют работу легкого, среднего и тяжелого катков. Ширина формы 1 может изменяться. Валец с пригрузом может перемещаться с заданной скоростью вручную или с помощью червячного привода от электродвигателя с редуктором. Размеры вальца и вес пригруза рассчитывались по величине фактического удельного давления от гладковальцовых катков. На валец можно надеть резиновый бандаж. Возможно моделирование вибрационного воздействия катка при уплотнении асфальтобетона.

Величина удельного давления, рассчитанная с учётом диаметра вальца, в начале уплотнения составляет 0,5 МПа. Для этого используют пригруз весом 170 кг. Через каждые 14 проходов вальца добавляют пригруз весом 50 кг. На конечной стадии уплотнения асфальтобетона величина удельного давления составляет 2,9 МПа, а общий вес пригруза 370 кг.

При уплотнении нижнего слоя до коэффициента уплотнения К = 0,99-1,00 каретку 3 разгружают, а валец 2 приподнимают над формой 1. Нижний слой под-грунтовывают битумом, на него укладывают геосетку, затем укладывают и уплотняют верхний слой из асфальтобетона. Завершение процесса уплотнения верхнего слоя до Ку = 0,99-1,00 происходит при температуре смеси 80-90 °С.

Во избежание деформации образец извлекают из формы на следующий день, когда он остынет до комнатной температуры, и распиливают на меньшие образцы требуемого размера. Одновременно на установке можно изготовить три образца-балки размером 400x100x100 мм, которые используют для проведения испытания на растяжение при изгибе, и два образца размером 100x100x100 мм, используемые для определения предела прочности при сжатии, величины сцепления между слоями и коэффициента уплотнения Ку.

Стенд позволяет формовать образцы высотой (толщиной) до 140 мм. Вес одного образца-балки составляет 10 кг, а образца-куба - 2,5 кг. Общий вес асфальтобетонной смеси, необходимой для изготовления одной партии образцов, составляет более 40 кг. Смесь можно изготавливать в лабораторной мешалке или на асфальтобетонном заводе. Двухслойные асфальтобетонные образцы изготавливают с различными вариантами толщины слоев (верхний/нижний): от 30/70 до 70/30 мм. Используют разные типы асфальтобетонных смесей.

Выводы

Использование описанной установки, которая на порядок дешевле и проще зарубежных аналогов, позволило нам в лабораторных условиях моделировать реальный технологический процесс и получать армированные асфальтобетонные образцы большого размера со структурой, близкой к структуре реального асфальтобетона, получаемого на дороге.

В процессе проведения испытаний этих образцов были получены интересные и неожиданные данные о показателях прочности и деформируемости армированного асфальтобетона, о повреждаемости различных геосеток в процессе уплотнения асфальтобетона катками. Эти материалы будут опубликованы в следующих статьях.

Библиогафический список

1. ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний.

2. Кирюхин, Г.Н. Проектирование состава асфальтобетона и методы его испытаний / Г.Н. Кирюхин. - М., 2005. - 96 с.

3. http://www.fhwa.dot.gov/pavement/asphalt/prodrsrch/mixturedesign.

V.V. SIROTUK, E.Y. KRASHENININ

LABORATORY METHODS OF MAKING THE REINFORCED ASPHALT CONCRETE SAMPLES

The brief review of methods of making the asphalt concrete samples applied both in Russia and abroad is given in the paper. The authors’ own method of making asphalt concrete samples is suggested as well.

УДК 625.85

Н.В. КУЗИН,

А. С. АЛЕКСАНДРОВ, канд. техн. наук, доцент,

СибАДИ, Омск

РАСЧЕТ УПРУГИХ, УПРУГОВЯЗКИХ И УПРУГОВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ И ОСНОВАНИЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТРАНСПОРТНЫХ НАГРУЗОК

В статье даны пояснения физической модели асфальтобетона, позволяющей рассчитывать упругие, упруговязкие и упруговязкопластические деформации в условиях воздействия кратковременных, многократно прикладываемых нагрузок. Пояснен вывод формул, позволяющих рассчитывать упругие, упруговязкие и упруговязкопластические перемещения в асфальтобетонных покрытиях и основаниях.

Асфальтобетонные покрытия и основания получили широкое распространение во всем мире, в том числе и в России. Анализ конструкций существующих дорожных одежд в Российской Федерации показывает, что дорожные покрытия с применением асфальтобетона можно разделить на три группы. К первой, наиболее распространенной, группе можно отнести нежесткие дорожные одежды, покрытия и основания которых представляют собой сплошные монолитные слои. Вторая группа, получившая распространение на территории Сибири и в северных районах, включает дорожные одежды с основанием из сборных железобетонных плит или монолитного цементобетона и покрытием из асфальтобетона в виде сплошного монолитного слоя. Третья группа, распространенная на территории Западной Сибири, характеризуется

© Н.В. Кузин, А.С. Александров, 2007