СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ГОРЯЧЕЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ УКАТКОЙ ПОСРЕДСТВОМ ДОРОЖНОГО КАТКА
METHOD TO COMPACT HOT ASPHALT-CONCRETE MIXTURE BY ROLLING WITH ROAD ROLLER

Изобретение относится к области дорожного строительства, в частности к технологии уплотнения слоев дорожного покрытия из горячих асфальтобетонных смесей и других подобных битумоминеральных материалов.
В мировой практике уплотнение слоев дорожных одежд, устраиваемых из горячих асфальтобетонных смесей, выполняется самоходными дорожными катками различного типа и массы. К ним относятся катки с гладкими металлическими вальцами как статического, так и вибрационного действия, а также катки на пневматических шинах и комбинированные. Последние сочетают в себе пневматический и гладкий металлический вальцы. Мировая промышленность выпускает широкую номенклатуру названных катков, различающихся по массе и конструкции. Это обстоятельство обусловлено существующей технологией уплотнения конструктивных слоев дорожной одежды и широким диапазоном изменения прочностных свойств уплотняемого материала. Так, в начале процесса уплотнения после укладки асфальтобетонной смеси асфальтоукладчиком ее температура составляет порядка 140°С. Слой такой смеси представляет собой тяжелую вязкую жидкость, не всегда способную выдержать нагрузку от воздействия уплотняющих машин - дорожных катков. Эта нагрузка передается через поверхность контакта вальцов со слоем уплотняемого материала. Основное правило уплотнения требует, чтобы на протяжении всего процесса уплотнения выполнялось условие σк=(0,8-0,9)σр, где σк - контактное давлением под вальцом, σр - предел прочности уплотняемого материала [1]. Вместе с тем, рост предела прочности уплотняемого материала в процессе уплотнения происходит от двух факторов - уплотнение материала и остывание слоя смеси. Заканчивают процесс уплотнения при температурах 70-75°С.
Остывание слоя смеси, уложенной в покрытие, происходит в среднем со скоростью 1 градус в минуту. Поэтому время, отведенное на процесс уплотнения выложенной полосы покрытия из горячей асфальтобетонной смеси, составляет порядка 60 мин. Скорость остывания смеси может изменяться в широких пределах в зависимости от типа и марки смеси, толщины слоя, погодных условий и т.п. Пропорционально изменению этих факторов изменяется и прочность слоя смеси.
Из теории уплотнения дорожно-строительных материалов укаткой известно, что величина контактных давлений под вальцом катка пропорциональна отношению линейного давления вальца к его радиусу q/R, где q=Q/B - отношению силы тяжести, приходящейся на валец  Q, к ширине вальца В. Это отношение является критерием силового воздействия катка на уплотняемый материал. Каждому температурному интервалу соответствует свое значение прочности, а значит и контактное давление или отношение q/R. Поэтому каждому типу катка соответствует свой наиболее благоприятный температурный интервал. Так, легкие катки применяются для предварительной подкатки асфальтобетонных покрытий, средние - для промежуточного уплотнения, а тяжелые катки служат для окончательного уплотнения покрытий. Вместе эти катки составляют рабочее звено. Такая практика ведения процесса уплотнения горячих асфальтобетонных смесей принята во всем мире.
Способ уплотнения горячей асфальтобетонной смеси укаткой посредством дорожного катка, выбранный в качестве прототипа предлагаемого способа, состоит в том, что каждый из упомянутых выше катков должен произвести 4-6 проходов по одному следу уплотняемой поверхности в строго определенном направлении и последовательности. В сумме звено катков должно совершить 20-25 проходов по следу для получения требуемой плотности слоя [2]. Далее, согласно СниП 3.06.03-85 порядок уплотнения уложенного слоя асфальтобетонной смеси должен выполняться по следующей схеме. Так, уплотнение начинают с краев полосы с перекрытием каждого предыдущего следа (прохода катка) на 15-20 см, постепенно переходя к оси уложенной полосы. Затем каток переходит на другой край полосы и производит укатку к оси уложенной полосы с таким же перекрытием следов. Эта строгая последовательность уплотнения обусловлена тем, что края полосы остывают быстрее, чем ее средняя часть. Для получения равной плотности по всей ширине уплотняемой полосы это условие является обязательным.
Существенным недостатком описанной технологии уплотнения горячей асфальтобетонной смеси является необходимость иметь на полосе уплотнения, по меньшей мере, звено катков, различных по типу и параметрам q/R. В зависимости от условий производства количество катков в звене может достигать четырех. Кроме того, неизвестным является момент замены более легкого катка на более тяжелый. Эта операция полностью зависит от практического опыта машинистов звена катков и в значительной степени оказывает влияние на производительность и качество работ по уплотнению. В целом технология работ по уплотнению дорожного покрытия весьма зависит от человеческого фактора, что и определяет ее низкую производительность.
Последовательность выполнения процесса укатки согласно СНиП 3.06.03-85 увеличивает время уплотнения, чем и снижает производительность работ, повышение которой возможно только в случае применения второго легкого катка в дополнение к первому с целью осуществления укатки одновременно с двух краев полосы к центру последней.
Указанные недостатки компенсируются применением дорожного катка, описанного в SU №1401097, содержащего четыре рабочих органа, попарно объединенных в две балансирные тележки, смонтированные на поворотных, относительно рамы катка платформах. Такой каток является универсальным уплотнительным средством, позволяющим изменять в требуемом диапазоне давление на уплотняемую поверхность. Кроме того, на таком катке впервые в дорожно-строительной практике появляется возможность автоматизации процесса уплотнения горячей асфальтобетонной смеси без влияния человеческого фактора, а за счет использования пакета прикладных программ, реализуемых через бортовую ЭВМ. Перечисленные достоинства ведут к уменьшению номенклатуры используемых на уплотнительных работах катков, а также к повышению качества собственно уплотнения.
Тем не менее, технологические возможности такой машины не используются полностью, в частности, в решении проблемы повышения производительности работ по уплотнению горячей асфальтобетонной смеси, связанной с реализацией СНиП 3.06.03-85.
Таким образом, задачей изобретения является повышение производительности работ.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе уплотнения горячей асфальтобетонной смеси укаткой посредством дорожного катка, который содержит четыре рабочих органа, попарно объединенных в две балансирные тележки, смонтированные на поворотных относительно рамы катка платформах, уплотнение осуществляют в виде ряда циклов. Каждый цикл в своей первой половине состоит в том, что тележки располагают по краям уплотняемой полосы и первым проходом укатывают эти края, а последующие проходы выполняют путем смещения тележек навстречу друг другу с перекрытием ранее уплотненной захватки. Завершают первую половину цикла укаткой центральной части полосы при тандемном расположении балансирных тележек. Вторая половина цикла уплотнения состоит в обратном перемещении тележек к краям полосы. Полное уплотнение полосы осуществляют за 2-3 цикла при соблюдение условия перекрытия.
Техническая сущность предлагаемого способа состоит в том, что уплотнение полосы ведут одновременно с ее обоих краев, что повышает производительность работ.
На прилагаемых к описанию изобретения чертежах даны:
- на фиг.1 - схематическое изображение дорожного катка, предназначенного для реализации предлагаемого способа;
- на фиг.2 - схематическое изображение дорожного катка (вид сверху) с расположением балансирных тележек по краям уплотняемой полосы;
- на фиг.3 - технологическая схема уплотнения полосы дорожного покрытия, выполненной из горячей асфальтобетонной смеси.
Реализуется предлагаемый способ посредством дорожного катка, который содержит четыре рабочих органа, два из которых являются гладкими металлическими рабочими вальцами 1, а два других - пневмошинными вальцами 2 (пневматиками). Попарно вальцы 1 и 2 объединены в две балансирные тележки 3, которые являются опорами катка и посредством горизонтальных шарниров связаны с платформами 4. Последние, в свою очередь, с помощью вертикального шарнира связаны с рамой 5 катка, несущей кабину 6 и двигатель 7 (фиг.1). Оба шарнира образуют узел типа «шарнира Гука», дающего возможность вывешивать один из вальцов 1 или 2 каждой балансирной тележки, оставляя опорным другой, при этом платформа 4 имеет возможность полноповоротного вращения относительно рамы 5. Приводы узлов и механизмов катка на чертеже не показаны.
На фиг.3 представлена технологическая схема уплотнения полосы дорожного покрытия, выполненная из горячей асфальтобетонной смеси, где индексами З1, З2, З3, З4 и т.д. обозначены захватки части (половины) уплотняемой полосы, имеющие длину «В». Стрелками «А» обозначено направление движения балансирных тележек 4 от исходного их положения (фиг.2) к центру, а стрелками «Б» - движение от центральной части полосы к ее краям. Индексами ПЗ1, ПЗ2 и т.п., размещенными рядом со стрелками,обозначено направление движения балансирных тележек в первой половине цикла уплотнения по соответствующим захваткам, а индексами ВЗ1, ВЗ2 и т.п. - направление движения балансирных тележек во второй половине цикла. На технологической схеме (фиг.3) весь процесс уплотнения условно осуществляется гладкими металлическими вальцами 1, хотя в реальных условиях могут использоваться одновременно и врозь оба вальца 1 и 2 каждой балансирной тележки.
Реализуется предлагаемый способ следующим образом.
Асфальтоукладчиком предварительно выкладывается полоса из горячей асфальтобетонной смеси. Балансирные тележки дорожного катка располагают по краям этой полосы (фиг.2) с некоторым перекрытием в сторону неуплотняемой части основания дороги. При этом одноименные вальцы устанавливают по диагонали, что допускается техническими возможностями используемого дорожного катка. Затем по захватке З1 на длину «В» осуществляют уплотнение асфальтобетонной смеси проходом ПЗ1 вальцами 1 и 2 в статическом режиме, дающими минимальные контактные давления, соответствующие температуре выложенной смеси и обеспечивающие предварительную подкатку. В конце захватки З1 смещают балансирные тележки в направлении стрелок «А» с перекрытием захватки З1 и выходят на захватку З2, которую уплотняют проходом ПЗ2. Описанным образом уплотняют захватку З3 проходом ПЗ3 и, наконец, тандемным расположением балансирных тележек на захватке З4 на центральной части полосы, проходом ПЗ4 завершают первую половину цикла уплотнения. Вторая половина цикла начинается проходом ВЗ4 также при тандемном расположении балансирных тележек. После чего последние последовательно переводятся в направлении «Б» на захватки З3, З2, З1, где проходами ВЗ3, ВЗ2 и ВЗ1 завершается вторая половина цикла уплотнения. Таким образом по каждой из захваток в течение одного цикла выполняется два прохода, например, по первой захватке З1 - проходы ПЗ1 и ВЗ1. Если уплотнение полосы будет полностью осуществляется за два цикла, то каждая захватка будет уплотняться за четыре прохода по одному следу, что соответствует минимальному требованию СНиП 3.06.03-85.
Дорожный каток, содержащий четыре вальца (два гладких металлических и два пневматика), объединенных в балансирные тележки (фиг.1), дает возможность каждый проход по одной и той же захватке осуществлять с различной нагрузкой на уплотняемый материал, т.е. с различными контактными напряжениями в зависимости от температуры асфальтобетонной смеси и других сопутствующих внешних факторов. Например, первый проход можно осуществить, используя при уплотнении захватки комбинацию из гладкого вальца и пневматика, что соответствует действию традиционного статического комбинированного катка легкой весовой категории. Второй проход осуществляется с применением только пневматиков, что предполагает вывешивание гладких вальцов и за счет этого перераспределение большей нагрузки на пневматики. Третий проход осуществляется только на гладких вальцах в статическом режиме с одновременным вывешиванием пневматиков, что с перераспределением большей нагрузки на гладкие вальцы и меньшей площадью контакта с уплотняемым покрытием последних даст более высокую нагрузку в сравнении со вторым проходом. Четвертый проход выполняется, как и третий, но сопровождается включением вибрационных механизмов, встроенных в гладкие вальцы. Таким образом, одним дорожным катком можно осуществить весь процесс уплотнения полосы из горячей асфальтобетонной смеси, отслеживая естественное падение температуры смеси повышающимся силовым воздействием на нее путем оптимального подбора сочетания рабочих органов четырехвальцового дорожного катка и применением предлагаемого способа уплотнения.
Литература, использованная при составлении описания изобретения
1. Дорожные машины. Н.Я.Хархута, Л.: Машиностроение, 1976.
2. Строительство и ремонт асфальтобетонных покрытий. М.С.Мелик-Багдасаров и др. «Асфальттехмаш», Белгород, 2007.