WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Зубков Анатолий Федорович

Разработка технологии устройства асфальтобетонных покрытий с повышенными эксплуатационными параметрами

05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный техниче­ ский университет» и Государственном образовательном учреждении высше­ го профессионального образования «Воронежский государственный архи­ тектурно-строительный университет» Научный консультант доктор технических наук, профессор Подольский Владислав Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Боровик Виталий Сергеевич доктор технических наук, профессор Курьянов Виктор Кузьмич, доктор технических наук, профессор Матуа Вахтанг Парменович, Ведущая организация Московский автомобильно-дорожный институт (государственный технический университет) г. Москва

Защита диссертации состоится 22 мая 2008 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033. 02 в Воронежском государственном ар­ хитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. лет Октября, 84, аудитория 20, корпус 3, тел./факс (8-0732-71-53-21).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского госу­ дарственного архитектурно-строительного университета (ВГАСУ).

Автореферат разослан «___» _____________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, доцент Козлов В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Рост автомобильного парка страны приводит к увели­ чению интенсивности движения транспортных средств и способствует уско­ рению физического износа дорожных одежд, что приводит к снижению экс­ плуатационных качеств автомобильных дорог в целом. Одним из путей по­ вышения работоспособности автомобильных дорог является совершенство­ вание технологий устройства асфальтобетонных покрытий из горячих ас­ фальтобетонных смесей.

Существующими технологиями устройства покрытий нежесткого типа для укладки и уплотнения горячих смесей применяются разные типы машин и методы уплотнения. Выбор технологии устройства покрытия и параметров применяемых машин зависит от условий производства работ и применяемого материала. Использование битума с разными свойствами для приготовления асфальтобетонных смесей предопределяет температурные интервалы, в пре­ делах которых достигаются заданные эксплуатационные свойства асфальто­ бетонных покрытий. Для достижения требуемого качества строительства до­ рожных одежд из горячих смесей необходимо соответствие параметров уплотняющих машин свойствам смесей на основе оптимизации технологиче­ ских процессов устройства покрытий с учетом конкретных условий строи­ тельства, свойств поставляемых смесей и параметров применяемых машин Целью работы является разработка технологий устройства дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей, обеспечивающих повыше­ ние эксплуатационных качеств за счет соответствия параметров уплотняю­ щих машин прочностным характеристикам применяемых смесей при разных условиях производства работ.

Для достижения цели в работе решались следующие задачи:

– проведение мониторинга существующих технологий устройства до­ рожных одежд нежесткого типа с позиции учета в них влияния на эксплуата­ ционные качества покрытия условий производства работ, свойств материалов и параметров машин;

– разработка математических моделей для оценки и прогнозирования напряженного состояния материала дорожных одежд в процессе укатки кат­ ками с гладкими вальцами при статическом и динамическом методах уплот­ нения;

– экспериментальное определение зависимости площади контакта вальца от свойств уплотняемого материала и параметров вальца катка для использо­ вания их в расчетных методах оценки напряженного состояния уплотняемого материала;

– установление зависимости изменений прочностных характеристик ма­ териала при его уплотнении от параметров покрытия и технологических ре­ жимов их устройства для выбора оптимальных параметров уплотняющих ма­ шин;

– определение температурных режимов укладки и уплотнения горячих асфальтобетонных смесей в зависимости от типа смеси при разных марках битума для установления температурных границ работы катков разных ти­ пов;

– обоснование зависимостей влияния условий производства работ, конструктивных параметров покрытий и свойств смесей на продолжитель­ ность устройства дорожных покрытий;

– определение рационального скоростного режима работы асфальто­ укладчика со звеном катков, обеспечивающих непрерывность устройства по­ крытий;

– определение соотношений между параметрами гладковальцовых кат­ ков при условии работы в одном звене катков статического и вибрационного действия или замены катка статического действия катком вибрационного действия;

– разработка алгоритма устройства дорожных покрытий нежесткого типа с повышенными эксплуатационными качествами для разных условий произ­ водства работ, применяемых смесей, используемого звена машин и создание программного обеспечения для его реализации.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

– разработаны математические модели взаимодействия жесткого вальца катка с уплотняемым материалом в упругой и пластической стадии деформа­ ции при разных методах уплотнения. Определены аналитические зависимо­ сти для расчета нормальных и касательных напряжений в зоне контакта валь­ ца с материалом с учетом свойств уплотняемого материала и параметров вальца; экспериментально установлена зависимость для расчета напряжений в зоне контакта вальца при работе в виброударном режиме;

– обоснованы параметры контакта вальца катка с учетом свойств уплот­ няемого материала и параметров вальца катков и определены зоны устойчи­ вой работы вибрационных катков;

– установлено влияние распределения контактных напряжений под валь­ цом катка на процесс волнообразования при уплотнении материала жестким вальцом катка;

– получены зависимости для определения эквивалента между параметра­ ми катков статического и вибрационного действия по уплотняющему эффек­ ту с учетом общепринятых критериев сравнения по массе, линейным давле­ ниям, контактным напряжениям и остаточной деформации уплотняемого ма­ териала;

– определены температурные интервалы уплотнения горячих асфальто­ бетонных смесей с учетом типа смеси при разных марках битума;

– установлена зависимость прочностных характеристик горячего ас­ фальтобетона с учетом конструктивных параметров покрытия и технологиче­ ских режимов устройства дорожных покрытий;

– получены зависимости для определения допустимой продолжительно­ сти укладки и уплотнения асфальтобетонных покрытий из горячих смесей с учетом температуры окружающего воздуха и основания, температуры смеси при укладке и окончании уплотнения, толщины слоя покрытия, скорости вет­ ра и теплофизических характеристик смесей в зависимости от их типа;

– установлена аналитическая зависимость для определения рациональных скоростных режимов работы механизированного звена машин из условия не­ прерывности их работы для принимаемой технологии устройства покрытия при разных условиях производства работ и применяемых смесей;

– разработано программное обеспечение:

• по расчету тепловых режимов дорожных покрытий из горячих смесей в зависимости от конструктивных параметров покрытия, теплофизических свойств материалов дорожных одежд и условий строительства;

• по расчету контактных напряжений под жестким вальцом катка при статическом и динамическом режимах работы;

• по расчету технологических параметров процессов устройства покры­ тий из горячих асфальтобетонных смесей при разных условиях производства работ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций под­ тверждается соблюдением основных принципов математического и физиче­ ского моделирования, соответствием технологических процессов законам не­ стационарных теплопередач, применением современных методов расчета, ре­ зультатами проверки в производственных условиях и адекватностью расчет­ ных и экспериментальных данных.

Практическое значение работы состоит в разработке научно-прак­ тических основ технологии укладки и уплотнения асфальтобетонных покры­ тий из горячих асфальтобетонных смесей с учетом непрерывности строитель­ ства покрытия. Предложена методика выбора параметров уплотняющих ма­ шин с учетом прочностных показателей горячего асфальтобетона. Определе­ ны дифференцированные температурные интервалы уплотнения горячих смесей с учетом типа смеси при разных марках битума. Установлено влияние конкретных условий производства работ, свойств смесей и состава механизи­ рованного звена на продолжительность строительства, а также процессов укладки и уплотнения горячих асфальтобетонных смесей. Предложена мето­ дика разработки технологических процессов устройства дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей и программное обеспечение ее реализа­ ции на ЭВМ.

Реализация работы. Результаты работы внедрены: ООО «Дорпроект» (г. Тамбов), ООО «Автобан-Тамбов», ФГУ «Управление автомобильной ма­ гистрали Москва-Волгоград "Каспий"», ООО «Моршанскдорстрой», ЗАО «Тамбовагропромдорстрой».

На защиту выносятся:

– результаты математического моделирования взаимодействия вальца катка с материалом и методы расчетов контактных напряжений под вальцом катка при работе в статическом и динамическом режимах;

– экспериментальное обоснование характеристик контакта жесткого вальца с уплотняемым материалом с учетом свойств материала и параметров вальца;

– результаты экспериментальных исследований контактных напряжений под гладким вальцом катка при виброударном режиме уплотнения и влияния параметров вибрации на эффективность работы катков;

– результаты экспериментальных исследований для установления срав­ нительной оценки параметров катков по уплотняющему эффекту при разных методах уплотнения исходя из общепринятых критериев (масса катка, линей­ ное давление, контактные напряжения, остаточная деформация уплотняемого материала);

– результаты моделирования тепловых процессов и полученные на их основе зависимости влияния погодных условий, конструктивных параметров покрытия и свойств смесей на продолжительность процессов устройства до­ рожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей;

– результаты исследований по установлению температурных интервалов укладки и уплотнения горячих асфальтобетонных смесей с учетом типа сме­ си при разных марках битума;

– установленная зависимость прочностных характеристик горячего ас­ фальтобетона от конструктивных параметров покрытий и технологических режимов устройства дорожных одежд;

– результаты исследований по установлению соотношения скоростных режимов работы механизированного звена машин из условия обеспечения непрерывности устройства покрытий из горячих смесей;

– методика разработки технологий устройства асфальтобетонного покры­ тия исходя из условий производства работ, свойств применяемых смесей и параметров механизированного звена машин.

Апробация работы. Основные положения работы и практические ре­ зультаты докладывались и обсуждались на: научно-практических конферен­ циях Фрунзенского политехнического института (1976 – 1990 гг.), Второй всесоюзной конференции по нелинейной теории упругости (г. Фрунзе, 19г.), Республиканских конференциях (г. Фрунзе, 1979, 1989 гг.), научно-прак­ тических конференциях Тамбовского государственного технического универ­ ситета (1992 – 2007 гг.), международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии развития» (г. Тамбов, 2004 г.), 28-й научнопрактической конференции в г. Пенза (1995 г.), Международных научно-тех­ нических конференциях (Ростов-на-Дону–2000, Белгород–2005, Иваново– 2006), 15-й международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Тамбов, 2002), научно-практических конференци­ ях (Новочеркасск, 2006; Воронеж, 2005; Казань, 2007; Москва, 2007; Интер­ нет-конференция – Белгород, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 67 печатных статей общим объемом 28 печатных листов, из них лично автору принадлежит печатных листов, в том числе 15 статей опубликовано в изданиях по Переч­ ню ВАКа. В статьях, опубликованных в изданиях ВАКа, изложены основные результаты диссертации:

- в работе [1] представлены результаты экспериментальных исследова­ ний по уплотнению асфальтобетонных покрытий катками статического и вибрационного действия. Установлено, что независимо от метода уплотнения эффективность работы катков зависит от температуры смеси. Вибрационный каток способен заменить более тяжелый каток статического действия;

- в работе [2] предложена методика разработки технологических про­ цессов устройства покрытий нежесткого типа из горячих смесей, основанная на соответствии прочностных характеристик горячего асфальтобетона пара­ метрам применяемых машин. Предлагаются зависимости для выбора пара­ метров катков с учетом температурных режимов уплотнения смесей;

- в работе [3] представлены результаты моделирования влияния усло­ вий производства работ, свойств применяемых смесей и конструктивных па­ раметров дорожных одежд на допустимую продолжительность устройства покрытия из горячих асфальтобетонных смесей. Предложена зависимость для определения допустимой продолжительности работы разных типов кат­ ков с учетом принятой технологии устройства покрытия - в работе [4] приводится анализ применяемых технологий для устрой­ ства асфальтобетонных покрытий. Отмечается, что существующие методы разработки технологий для устройства покрытий не полностью учитывают влияющие факторы на качество строительства и эффективность применяе­ мых машин и требуют уточнения;

- в работе [5] обоснована зависимость для определения рационального скоростного режима работы асфальтоукладчика и звена уплотняющих ма­ шин, обеспечивающая непрерывность устройства покрытия из горячих ас­ фальтобетонных смесей;

- в работе [6] приводятся зависимости для определения теплофизиче­ ских характеристик горячего асфальтобетона от температуры и типа смеси.

Отмечается, что применение материала в нижележащем слое покрытия с разными теплофизическими свойствами незначительно влияет на продолжи­ тельность устройства покрытия;

- в работе [7] представлены зависимости для расчетов контактных напряжений под жестким вальцом катка с учетом его параметров и свойств уплотняемого материала. Представлен алгоритм расчета напряжений на ЭВМ;

- в работе [8] приводятся анализ применяемых технологий и результа­ ты моделирования температурных режимов укладываемых слоев из горячих асфальтобетонных смесей при устройстве покрытий при пониженных темпе­ ратурах воздуха. Установлено, что повышение температуры смеси при уклад­ ке приводит к увеличению продолжительности строительства на 40-50%.

Увеличение толщины слоя в два раза приводит к увеличению продолжитель­ ности строительства покрытия в три раза.

- в работе [9] представлены рекомендации по температуре окончания уплотнения горячих смесей при разных марках битума. Отмечается, что для асфальтобетонных смесей с битумами марок БНД 40/60, 60/90 и 90/130 для повышения эффективности уплотнения необходимо повысить температуру окончания процесса уплотнения;

- в работе [10] изложены результаты моделирования тепловых процес­ сов при устройстве дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных сме­ сей, базирующиеся на данных экспериментальных исследований. Доказано, что тепловые процессы в дорожных покрытиях соответствуют законам неста­ ционарных теплопередач;

- в работе [11] представлена программа на ЭВМ для расчета темпера­ турных режимов дорожных одежд при разных конструктивных слоях автомо­ бильной дороги;

- в работе [12] представлена программа на ЭВМ для расчетов техноло­ гических параметров устройства дорожных покрытий из горячих асфальтобе­ тонных смесей;

- в работе [13] представлена программа на ЭВМ для расчетов напряже­ ний в зоне контакта жесткого вальца катка с уплотняемым материалом;

- в работе [14] представлена программа на ЭВМ для выбора парамет­ ров механизированного звена машин и расчету технологических режимов устройства покрытий из горячих асфальтобетонных смесей;

- в работе [15] представлено авторское свидетельство на захватное устройство, используемое для проведения экспериментальных исследований на стендах по уплотнению дорожно-строительных материалов при разных методах уплотнения.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты по­ лучены самим автором или в рамках сотрудничества, в котором он выполнял основную роль в формулировке задач, постановке и проведении аналитиче­ ских и экспериментальных исследований, а также в анализе полученных ре­ зультатов. Автору во всех работах, опубликованных в соавторстве, в равной степени принадлежат как постановка задач исследований и разработка основ­ ных положений, определяющих научную новизну и практическую значи­ мость, так и результаты выполненных исследований. Существенен вклад ав­ тора в конструирование стендов для проведения экспериментальных иссле­ дований, а также в разработку методик по проведению исследований и обра­ ботке полученных данных.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы. Работа содержит 3страниц, из них 117 рисунков, 56 таблиц и 5 приложений. Библиографиче­ ский список включает 215 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, отмечена научная но­ визна и практическая значимость работы, сформулирована цель исследова­ ний.

В первой главе приводится анализ исследований, посвященных влия­ нию разных факторов на качество строительства дорожных одежд. Особое внимание уделено вопросам технологии строительства дорожных одежд не­ жесткого типа и влиянию условий производства работ на выбор параметров уплотняющих машин. Подобно рассмотрены вопросы строительства асфальто­ бетонных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей.

Во второй главе представлены результаты исследований по взаимо­ действию вальца катка с материалом в процессе уплотнения. Установлено, что параметром, определяющим величину деформаций материала, является угол контакта вальца с уплотняемым материалом. По результатам экспери­ ментальных исследований установлены зависимости для определения пара­ метров контакта вальца от факторов, характеризующих процесс уплотнения.

Проведен статистический анализ параметров катков с гладкими вальцами и получены зависимости, устанавливающие связь между параметрами катков, влияющими на их уплотняющую способность. Установлен характер измене­ ния параметров катков во времени и дается прогноз значений до 2015 г. С учетом применения для уплотнения дорожных одежд нежесткого типа ма­ шин динамического действия рассмотрен вопрос влияния параметров вибра­ ции на ходовые качества катков. Определены зоны устойчивой работы вибра­ ционных катков.

В третьей главе рассмотрено влияние температуры смеси на качество строительства асфальтобетонных покрытий. Эксплуатационные качества ас­ фальтобетонных покрытий зависят от технологии их устройства и требуют соблюдения температурных режимов на всех стадиях строительства. Доказа­ но, что процесс охлаждения покрытий из горячих смесей относится к неста­ ционарным тепловым процессам и определение продолжительности устрой­ ства покрытий в заданных температурных интервалах необходимо произво­ дить по средней температуре слоя смеси. Установлено, что средняя темпера­ тура слоя соответствует температуре смеси на глубине одной трети от по­ верхности уплотняемого слоя. С повышением температуры смеси, независи­ мо от ее типа, удельная теплоемкость увеличивается. При увеличении содер­ жания минеральных агрегатов в смеси удельная теплоемкость снижается.

Установлено, что независимо от плотности материала, между коэффициен­ том теплопроводности и температурой смеси существует экспоненциальная зависимость. Получены зависимости, учитывающие влияние теплофизических характеристик смеси на продолжительность охлаждения с учетом состава, плотности и температуры смеси.

Рассмотрен вопрос влияния температуры на деформационно-проч­ ностные характеристики горячего асфальтобетона. Известно, что предел прочности горячего асфальтобетона зависит от температуры, типа смеси, сте­ пени уплотнения и толщины уплотняемого слоя. Предлагается зависимость, устанавливающая связь между пределом прочности горячего асфальтобетона и влияющими факторами, которая имеет вид = 0,08e[5,876Kу – 0,697 (h/d) – 0,025tсм], МПа (1) пр где e – основание натурального логарифма; K – коэффициент уплотнения;

у h/d – отношение толщины слоя к дуге контакта вальца катка с материалом; t см – температура смеси, С.

Анализ зависимостей предела прочности и модуля деформации горяче­ го асфальтобетона от температуры показывает, что с понижением температу­ ры асфальтобетона модуль деформации возрастает интенсивнее, чем предел прочности. Следовательно, попытки увеличения плотности за счет повыше­ ния контактных напряжений под вальцом катка при уплотнении асфальтобе­ тонных смесей приводят к появлению пластических деформаций и снижению эксплуатационных качеств покрытия. Для обеспечения требуемого качества уплотнения необходимо соблюдать соответствие между деформационнопрочностными характеристиками смеси и параметрами применяемых машин.

В четвертой главе представлены результаты исследований по уста­ новлению закономерностей влияния условий производства работ, конструк­ тивных параметров дорожных одежд и свойств смесей на продолжительность устройства дорожного покрытия. Зависимость свойств горячих асфальтобе­ тонных смесей от температуры ограничивает по времени процессы, связан­ ные с устройством дорожных покрытий. Для достижения требуемого каче­ ства работ и обеспечения непрерывности устройства покрытий технологиче­ ские процессы укладки и уплотнения смесей должны быть согласованы меж­ ду собой с учетом фактора времени. Продолжительность устройства покры­ тия определяется температурами смеси при укладке и окончании уплотнения.

Температура смеси при укладке, в зависимости от типа смеси и марки биту­ ма, регламентирована нормативными документами. Температура окончания уплотнения, согласно рекомендациям, ориентирована на тип смеси без учета марки вяжущего, что в некоторых случаях приводит к нарушению темпера­ турных интервалов уплотнения. В работе предлагается зависимость для опре­ деления продолжительности устройства асфальтобетонных покрытий с уче­ том конструктивных параметров дорожных одежд, свойств материалов и условий производства работ, которая имеет вид = K K K K K K еtв мин, (2) стр см тс h м v осн где K – коэффициент, учитывающий влияние удельной теплоемкости сме­ см си; K – коэффициент, зависящий от температуры смеси при укладке, безраз­ тс мерная величина. Численное значение коэффициента определяется по фор­ мулам:

при толщине слоя 0,03 м:

K = 0,0094t тс cм– 0,566 – для смесей с битумом марки БНД 40/60, 60/90, 90/130;

K =0,0105t – 0,475 –для смесей с битумом марок БНД 130/200, 200/300;

тс cм при толщине слоя 0,05 м и более:

K =0,0092t –0,452–для смесей с битумом марки БНД 40/60, 60/90, 90/130;

тс см K = 0,0103t – 0,419 – для смесей с битумом марок БНД 130/200, 200/300, тс см где t – температура смеси при укладке.

cм K и – коэффициенты, зависящие от толщины укладываемого слоя, h определяются по формулам:

Для смесей с битумами марок БНД 40/60, 60/90, 90/1K = 1756,3h – 38,71; = 36,41h – 8,67h2 + 0,467h – 0,02, 1/С.

h Для смесей с битумами марок БНД 130/200, 200/3K = 1509h – 31,13; = 0,0212h0,1858, 1/ С, h где h – толщина слоя, м; K – коэффициент, зависящий от скорости ветра.

v Определяется зависимостью K = 0,98е–0,039v, v где v – скорость ветра, м/с; K – коэффициент, учитывающий температуру м окончания уплотнения покрытия.

В зависимости от применяемых марок битума определяется по формулам:

для смесей с битумами марок БНД 40/60, 60/90, 90/1K = –1,3189(t /100) + 5,2205(t /100) – 7,3915(t /100) + 3,8518;

м м м м для смесей с битумами марок БНД 130/200, 200/3K = –1,6189(t /100) + 5,7951(t /100) – 7,4123(t /100) + 3,4532, м м м м где t – температура окончания уплотнения, зависящая от марки битума, С; е м – основание натурального логарифма; K – коэффициент, учитывающий осн влияние температуры нижележащего слоя.

Определяется по формуле:

K = 0,987е0,013t, осн где t – разница температур нижележащего слоя покрытия и окружающего воздуха, С. Коэффициенты корреляции для представленных уравнений нахо­ дятся в пределах 0,97…0,99.

Непрерывность устройства покрытия соблюдается при условии, когда скоростные режимы работы механизированного звена машин взаимоувязаны между собой. Эффективность работы определяется производительностью ве­ дущей машины. Длина укладываемой полосы смеси на захватке зависит от рабочей скорости укладчика и времени охлаждения смеси от момента уклад­ ки до начала процесса уплотнения, зависящего от свойств смеси, условий производства работ и толщины укладываемого слоя. Установлено, что допу­ стимая продолжительность укладки смеси и уплотнения покрытия зависит от тех же факторов, что и продолжительность устройства покрытия. Определе­ ны значения коэффициентов, которые представлены в табл. 1, где t – темпе­ см ратура смеси при укладке, С; v – скорость ветра, м/с; ·t – разница в темпе­ ратурах основания и окружающего воздуха, С; e – основание натурального логарифма; ln – натуральный логарифм; h – толщина укладываемого слоя, м;

А – условная величина, определяемая выражением (t /100), где t – темпера­ ор ор тура окончания процесса уплотнения катком, С.

Время работы разных типов катков определяется температурами интер­ валами уплотнения смесей. При работе разных типов катков в одном звене значение K определяется зависимостью:

м K = K – K, (3) м м1 мгде K и K – коэффициенты, соответствующие значениям температуры м1 мокончания и начала работы определенного типа катка.

Установлено, что допустимая продолжительность уплотнения, независимо от толщины слоя, увеличивается с повышением температуры окружающего воз­ духа. Повышение температуры окружающего воздуха в большей степени влияет на укладку тонких слоев покрытия, чем толстых. Повышение темпе­ ратуры воздуха от 5 до 40 С при укладке смеси толщиной 0,03м приводит к увеличению допустимого времени уплотнения в 2,94 раза. При аналогичных условиях увеличение толщины слоя до 0,1 м способствует увеличению вре­ мени в 2,2 раза. Такая закономерность характерна для слоев разной толщины.

1. Зависимости для определения численных значений коэффициентов Коэффициент При укладке смеси При уплотнении слоя K 0,015t – 1,43 1,005lnt – 4,07тс см см K 0,98e–0,047v 0,98e–0,049v v K 0,99e0,013t 0,99e0,013t ос K 0,758С – 0,263 0,758С – 0,2см см см при h = 0,03 – 0,04 м –4,788А + 15,85А – 17,979А + 7,K –2,092lnt + 10,м о при h = 0,05 м и более –2,62А + 9,096А – 11,293А + 5,0K 3586,9h1,887 7072h1,77h 20h – 5,11h + 0,38h -0,0004 –76,19h + 16,25h – 1,1572h + 0,В пятой главе изложены результаты исследований, связанные с воз­ действием вальца катка на уплотняемый материал дорожной одежды. Иссле­ дованиями других авторов установлено, что требуемая плотность материала достигается при условии соответствия контактных напряжений под вальцом катка пределу прочности материала. Для повышения эффективности работы машин и обеспечения технологического режима уплотнения дорожных одежд необходимо прогнозировать величину напряжений под вальцом катка.

В зоне контакта вальца с материалом, от действия вертикальных и гори­ зонтальных сил возникают напряжения, влияющие на процесс уплотнения.

Принято считать, что нормальные напряжения в зоне контакта направлены по нормали к вальцу катка. В той же точке приложена и равнодействующая касательных напряжений. Расчетные схемы, моделирующие процесс взаимо­ действия вальцов катка с материалом, учитывающие остаточные и упругие деформации уплотняемого материала, представлены на рис. 1.

Экспериментально установлено, что при уплотнении дорожных одежд напряжения равномерно распределяются по ширине вальца катка, поэтому расчет напряжений в зоне контакта вальца с материалом можно вести как для плоской задачи.

Напряженное состояние материала в зоне контакта вальца определяет­ ся по формуле:

Qx Qу Fx Fy sx sy = + + + + +, МПа (4) Qx, Qу, Fx Fy где – общее напряженное состояние частицы материала,,, sx sy, – составляющие напряжения от действия силовых факторов.

При выводе зависимости были рассмотрены разные функции, описыва­ ющие распределение напряжений по дуге контакта вальца катка с материа­ лом (тригонометрические, геометрические, степенные).

y y Q Q M ТТ r r ТТ Т Т Т Т х z x А z А Б В d S s T S ведущий ведомый Рис. 1. Схема взаимодействия вальца катка с уплотняемым материалом:

Q – масса вальца и передаваемая на него нагрузка от рамы катка; Т – сила тяги; – угол контакта вальца катка с уплотняемым материалом; – угол, характеризующий упругую деформацию; z – угол, определяющий полную деформацию материала под вальцом; dS – единичная площадка поверхности вальца; , – нормальные и касательные напряжения в уплотняемом мате­ риале; r – радиус вальца; Т – силы сопротивления движению вальца катка;

1,М – крутящий момент, кН м.

Анализ распределения напряжений в зоне контакта вальца с материа­ лом показал, что степенная зависимость более точно отражает физику про­ цесса взаимодействия вальца с материалом и соответствует характеру экспе­ риментальных данных. Поэтому принята функция вида = a + a + a 2 + a 3 + a 4, (5) 0 1 2 3 где a, a, a, a, a – коэффициенты ряда; – переменная величина, характе­ 0 1 2 3 ризующая рассматриваемую точку на дуге контакта вальца с уплотняемым материалом.

Начальные и граничные условия имеют вид:

для ведомого вальца для ведущего вальца начальные условия: начальные условия:

при =0 = = = =0; при =0 = = = = = = 0;

Qх Fу Qу Fх Qх Qу Fх Fу sх sу = = = = = 0; = = = = = = = 0;

Qх Fу Qу Fх Qх Qу Fх Fу sх sу граничные условия: граничные условия:

= z = = 0; при = z = = = 0;

Qх Fу Qх Fу sу d /d = d /d = 0; d /d = d /d = d /d = 0.

Fх Qу Sх Fх Qу С учетом условия равновесия в зоне контакта вальца с уплотняемым материалом получены зависимости, определяющие составляющие общего контактного напряжения под вальцом, которые имеют вид:

для ведомого вальца 2 3 4 2 3 = ( A1 + A2 + A3 + A4 ) = (B1 + B2 + B3 + B4 ) Q y Q x,, (6) 2 3 4 2 3 = (D1 + D2 + D3 + D4 ) = (Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 ) / F y Fx, для ведущего вальца 2 3 4 2 3 = ( A1 + A2 + A3 + A4 ) = (B1 + B2 + B3 + B4 ) Q y Q x,, 2 3 4 2 3 = (D1 + D2 + D3 + D4 ) = (Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 ) / F y Fx, 2 3 4 2 3 = (О1 + О2 + О3 + О4 ) / = (Z1 + Z2 + Z3 + Z4 ) / Sy Sx, где А, В, Ф, D, Z, O - коэффициенты системы уравнений, зависящие от па­ раметров катка и свойств материала. Численное значение определяется по формулам:

А =R2[y (С-N)+y (2М-С)+y (N-М)];

1 2 3 В =R2[y (E-W)+y (2V-E)+y (WV)]; (7) 1 2 3 D =R2 [y (W-E)+y (E-2 V)+y (V-W)];

1 1 2 3 O =F2[y (W-E)+y (E-2V)+y (V-W)] ;

1 2 3 Z =F2[y (С-N)+y (2М-С)+y (N-М)];

1 2 3 Ф =F [y (N-С)+y (С-2М)+y (М-N)];

1 1 2 3 А =R[2y (N-С)+y (С-3К)+y (2К-N)];

2 1 В =R[2y (W-E)+y (E-3U)+y (2U-W)];

2 1 3 D =R [2y (E-W)+y (3U-E)+y (W-2U)];

2 1 1 3 O =F[2y (E-W)+y (3U-E)+y (W- 2U)];

2 1 3 Z =F[2y (N-С)+y (С-3К)+y (2К-N)];

2 1 3 Ф =F [2y (С-N)+y (3K-С)+y (N-2K)];

2 1 1 3 А =R[y (С-2М)+y (3К-С) +y (М-К)];

3 1 2 В =R[y (E-2V)+y (3U-E)+y (V–U)];

3 1 2 D =R [y (2V-E)+y (E–3U)+y (U-V)];

3 1 1 2 O =F[y (V-E)+y (E-3U)+y (U-V)];

3 1 2 Z =F[y (C-М)+y (3К-С)+y (М-К)];

3 1 2 Ф =F [y (М-С)+ y (С-3К)+y (К-М)];

3 1 1 2 А =R[y (М-N)+y (N-2К)+y (К-М)];

4 1 2 В =R[y (V-W)+y (W-2U)+y (U-V)];

4 1 2 D =R [y (W-V)+y (2U-W)+y (V-U)];

4 1 1 2 O =F[y (W-V)+y (U-W)+y (V-U)];

4 1 2 Z =F[y (М-N)+y (N–К)+y (К-М)];

4 1 2 Ф =F [y (N-М)+y (К-N)+y (М- К)].

4 1 1 2 где R и F- силы, действующие на ведущий валец, значение которых опреде­ ляется из выражений:

R= R +R ; F= F, F =T; F =S cos(z - ); R =Q ; R = S sin (z - );

1 2 1- F 2 1 2 1 K, U, M, V, N, W, C, E- коэффициенты, зависящие от параметров контакта вальца с материалом, определяются по зависимостям:

К = - cos(-z) + sin(-z) + sin z; U = sin(-z) + cos(-z) - cos z;

М= - 2 cos(-z) +2 U; V = 2 sin(-z) – 2К;

N = - 3 cos(-z) + 3 V; W = 3 sin(-z) – 3 М;

С = - 4 cos(-z) + 4W; E = 4 sin(-z) – 4 N.

-определитель системы уравнений; и –коэффициенты сопротивления движению и сцепления вальца с уплотняемым материалом; -угол, характе­ ризующий рассматриваемую точку на дуге контакта вальца с материалом.

Анализ уравнений показал, что они соответствуют частным случаям контакта вальца. Из уравнений видно, что контактные напряжения зависят от силовых параметров катков (R, F) и свойств уплотняемого материала, что подтверждается результатами исследований. Величина нормальных напряже­ ний зависит от передаваемой вальцами вертикальной нагрузки, площади кон­ такта вальца с материалом и вертикальных составляющих от действия гори­ зонтальных сил. Величина касательных напряжений зависит от приложенных к вальцу горизонтальных сил, свойств уплотняемого материала и составляю­ щей от сжимающих напряжений. Для решения полученных уравнений разра­ ботана программа на ЭВМ, позволяющая определять напряжения в любой точке контакта вальца с материалом. На рис. 2 представлено изменение кон­ тактных напряжений под вальцом от числа проходов катка, полученных экс­ периментально и рассчитанных по предлагаемым зависимостям. Из рисунка видно, что с увеличением числа проходов, способствующим повышению мо­ дуля деформации материала и уменьшению контактной поверхности, напря­ жения под вальцом катка увеличиваются. При дальнейшем росте числа прохо­ дов и достижении постоянной площади контакта, величина контактных напря­ жений стабилизируется.

4 0,0,0,0,0 2 4 6 Число проходов катка Рис. 2. Изменение контактных напряжений под вальцом от числа проходов катка:

1 – экспериментальные значения (по данным А. Бируля), линейное давление вальца 58 кН/м, радиус вальца 0,8 м; 2 – расчетные напряжения по предлагае­ мой зависимости; 3 – по данным эксперимента, мелкозернистый асфальтобе­ тон, линейное давление вальца 9,6 кН/м, радиус вальца 0,36 м; 4 – расчетные значения Установлено, что характер сжимающих напряжений носит одинаковый характер для ведущего и ведомого вальцов. В то же время имеются различия в развитии горизонтальных напряжений при взаимодействии ведущего и ве­ домого вальцов. При взаимодействии ведомого вальца с материалом ре­ зультирующая горизонтальных напряжений направлена в сторону движения вальца, что способствует перемещению материала перед вальцом. При дости­ жении горизонтальными напряжениями величины, превышающей предел прочности материала на сдвиг, происходит смещение материала перед валь­ цом, что способствует процессу волнообразования. При движении ведущего вальца катка результирующая горизонтальных напряжений направлена про­ тив движения катка, что приводит к перемещению частиц материала в зону контакта вальца и прижатию частицы к материалу, имеющему более высокий модуль деформации. Распределение контактных напряжений под ведомым и Напряжения, МПа ведущим вальцами катка представлено на рис. 3.

Установлено, что при несоответствии силовых параметров вальца кат­ ка деформативной способности материала, в том числе и ведущего, возни­ кают напряжения, направленные в сторону движения катка.

R R F V F V Н Н Н Н а б Рис. 3. Распределение касательных напряжений под вальцами катка:

а – ведомый; б – ведущий Это способствует перемещению материала перед вальцом, т.е. образо­ ванию неровностей на уплотняемой поверхности. Полученные результаты расчетов подтверждаются экспериментальными данными и доказывают, что для достижения требуемых качеств уплотнения контактные напряжения должны соответствовать деформационно-прочностным характеристикам уплотняемых смесей.

Для проверки полученных зависимостей была изготовлена эксперимен­ тальная установка, состоящая из вальца, в поверхность которого был встроен штамп, имеющий одинаковый с вальцом радиус кривизны. Штамп жестко со­ единялся со стержнем, который крепился к опоре внутри вальца. На фрезеро­ ванную поверхность стержня наклеивались тензорезисторные датчики, кото­ рые воспринимали деформацию стержня. При перемещении вальца на штамп передается реакция уплотняемого материала, за счет которой возникает де­ формация сжатия стержня в зависимости от деформативной способности уплотняемого материала. Полученные результаты подтвердили результаты теоретических исследований.

Установлено, что при уплотнении горячей смеси величина напряжений под вальцом зависит от температуры смеси. При понижении температуры смеси напряжения на контакте вальца с материалом повышаются. Это объяс­ няется влиянием температуры на модуль деформации смеси. В то же время с понижением температуры смеси повышается вязкость битума, что способ­ ствует усилению связей между частицами смеси и образованию слоя, кото­ рый распределяет передаваемую нагрузку от вальца на большую площадь по­ крытия, что способствует уменьшению напряжений по толщине слоя. Экспе­ риментально установлено, что с понижением температуры покрытия от 1до 65С напряжения по толщине слоя уменьшаются в два раза. Следователь­ но, для обеспечения равномерной плотности асфальтобетонного покрытия по толщине слоя в процессе укатки горячих смесей необходимо обеспечивать соответствие параметров уплотняющих машин свойствам применяемых сме­ сей, зависящих от температурных режимов уплотняемых смесей. Примене­ ние тяжелых катков при уплотнении смесей с низкой температурой и недо­ статочной деформативной способностью приводит к снижению прочности покрытия, что подтверждается работами других авторов.

В шестой главе представлены результаты исследований по определе­ нию контактных напряжений под вальцом вибрационного катка. В отличие от катков статического действия, эффективность вибрационных катков зави­ сит как от статических параметров, так и параметров вибрации, что расширя­ ет область их применения. Установлено, что наибольший эффект при работе вибрационных катков достигается при периодических колебаниях, когда один удар вальца совершается за один период колебаний вынуждающей си­ лы. С увеличением относительной вынуждающей силы периодические коле­ бания вальца переходят в субгармонические и удар вальца приходится на два, три и более периодов колебаний вынуждающей силы. Такой характер колебаний вальца способствует уменьшению времени контакта вальца с ма­ териалом и снижению его уплотняющей способности. Характер колебаний вальца катка зависит также от свойств уплотняемого материала. Рассмотрено влияние параметров вибрации на характер колебаний вальца с учетом свойств уплотняемого материала. Получены уравнения, определяющие ха­ рактер колебаний вальца катка. Установлено, что наличие вязкого сопротив­ ления расширяет область одноударных колебаний с периодом, равным пери­ оду вынуждающей силы. Это имеет место при изменении деформативной способности уплотняемого материала.

По результатам моделирования взаимодействия вибрационного вальца с материалом получены аналитические зависимости для определения напря­ жений в зоне контакта вальца с материалом. Анализ полученных уравнений показал, что они соответствуют уравнениям для частных случаев и гранич­ ным условиям. При отсутствии вынуждающей силы полученные зависимости соответствуют уравнениям для расчета контактных напряжений под вальцом катка статического действия. Силовое воздействие вальца на уплотняемый материал при работе вибрационного вальца определяется зависимостями:

R = Q – (P – MA2)cost/Br; F = T – (P – MA2)sint/Br, (8) где P – вынуждающая сила, кН; – частота колебаний,1/с; t – время, с;

М – колеблющаяся масса катка; В, r – ширина и радиус вальца; А – амплитуда колебаний вальца, T – сила, передаваемое от рамы на валец, Кн.

Анализ полученных уравнений показал, что величина контактных напряжений зависит от статических параметров уплотняющих машин, пара­ метров вибрации и свойств уплотняемого материала, что подтверждается экспериментальными исследованиями. С увеличением относительной выну­ ждающей силы меняется характер колебаний вальца, что оказывает влияние на время контакта вальца с материалом. Установлено, что время контакта за­ висит от параметров вибрации и определяется, с учетом относительной выну­ ждающей силы, по формуле tв = t e–0,084(P/Q), (9) к к где tв – время контакта вальца катка вибрационного действия, с; t – время к к контакта вальца катка статического действия, с; P/Q – относительная выну­ ждающая сила.

Исследованиями Н.Я. Хархута установлено, что величина максималь­ ных контактных напряжений под вальцом катка статического действия опре­ деляется зависимостью = Еq/R, МПа, (10) мак где q – линейное давление вальца в статическом режиме, кН/м; Е – модуль деформации материала, МПа; R – радиус вальца, м.

Экспериментально установлено, что влияние параметров вибрации на величину контактных напряжений под жестким вальцом может быть выраже­ но через коэффициент, значение которого определяется (при частоте колеба­ ний 50 Гц) зависимостью К = 1,66 + 1,31 ln(P/Q), (11) где K – коэффициент, характеризующий влияние вибрации на величину кон­ тактных напряжений (безразмерная величина).

В общем виде зависимость для расчета контактных напряжений под валь­ цом вибрационного катка имеет вид = K q Е/R. (12) в Установлено, что в отличии от уплотнения дорожных одежд с толщи­ ной 0,2…0,3 м, при уплотнении асфальтобетонных покрытий толщиной 0,05…0,07 м, вибрационный валец начинает работать в виброударном режи­ ме при относительной величине вынуждающей силы? равной единице. При укладке тонких слоев наличие жесткого основания приводит к меньшему перепаду напряжений по глубине слоя, что способствует равномерному рас­ пределению напряжений по толщине слоя.

Седьмая глава посвящена вопросу сопоставления параметров катков статического и вибрационного действия по одинаковому уплотняющему эф­ фекту. При назначении звена уплотняющих машин в качестве критерия срав­ нения используются разные показатели (масса, линейное давление, напряже­ ния, остаточная деформация) С увеличением плотности материала его способность сопротивляться внешней нагрузке возрастает. Поэтому для обеспечения более высокой плот­ ности материала необходимо увеличить силовое воздействие вальца катка, что и является основанием для увеличения массы машины для последующего этапа уплотнения дорожных одежд.

Анализ технических характеристик катков показал, что ширина вальца может быть разной при одинаковой массе машины, что влияет на силовое воздействие вальца катка на материал и получаемый результат уплотнения.

Поэтому в качестве критерия при выборе параметров машин принимают ли­ нейное давление вальца, что позволяет учесть фактор ширины вальца.

С учетом основного условия уплотнения необходимо, чтобы контакт­ ные напряжения под вальцом катка соответствовали пределу прочности ма­ териала. По величине контактных напряжений под вальцом производится сравнение параметров разных типов катков.

Установлено, что с понижением температуры смеси и увеличением вяз­ кости битума снижается эффективность работы всех уплотняющих машин.

На рис. 4 представлена зависимость остаточной деформации смеси от ее тем­ пературы после десяти проходов катков статического и вибрационного дей­ ствия при одинаковых контактных давлениях.

0 20 40 60 80 100 120 1Температура смеси,град С.

Рис. 4. Влияние температуры смеси на остаточную деформацию материала:

1 – каток статического действия; 2 – вибрационного действия (относительная вынуждающая сила равна 2,частота колебаний вальца 50 Гц) Из данных видно, что с понижением температуры смеси эффектив­ ность уплотняющих машин снижается независимо от способа уплотнения.

При использовании разных методов уплотнения сравнение необходимо про­ водить по величине остаточной деформации материала, которая зависит не только от температуры смеси и величины контактных напряжений под валь­ цом, но и времени их действия. Получена зависимость относительной оста­ точной деформации горячей смеси при работе вибрационных катков от ука­ занных факторов, которая имеет вид = 0,67e0,0007t + 0,0026 – 0,0756(P/Q), (13) общ где – величина относительной деформации, зависящей от относительной отн вынуждающей силы, представляющей отношение / (безразмерная величи­ 1 о на); – остаточная деформация материала при действии вибрационной на­ грузки; – остаточная деформация при статической нагрузке; e – основание о натурального логарифма; – частота колебаний вынуждающей силы вальца, Гц; P/Q – относительная вынуждающая сила; t – температура смеси, С.

Установленная зависимость позволяет, при условии равной уплотняю­ щей способности, определять соотношения между параметрами катков.

По напряженному состоянию уплотняемого материала зависимость имеет вид q Е /R = K q Е /R, МПа, (14) 1 1 1 отн 1 2 2 где q и q – линейные давления статического и вибрационного катков, Кн/м;

1 R и R – соответственно радиусы вальцов, м; Е и Е – модули деформации 1 2 1 уплотняемого материалов, МПа; K – коэффициент, зависящий от относи­ тельной вынуждающей силы.

Для определения соотношений катков по массе, при уплотнении мате­ риала с одинаковым модулем деформации, зависимость имеет вид:

Q = Q K B R /B R. (15) 1 2 2 1 1 2 При определении эквивалента по линейным давлениям вальцов зависимость имеет вид q = q K R /R, (16) 1 2 2 1 где B и B – ширина вальцов катков статического и вибрационного действия;

1 К – коэффициент, зависящий от параметров вибрации и температуры смеси Остаточная деформация, мм.

(безразмерная величина). Численное значение определяется по формуле K = 2 (1,67 + 1,31ln(P/Q))2. (17) 2 отн В качестве силового фактора, влияющего на величину напряжений под валь­ цом катка, принимается отношение линейного давления вальца к его радиу­ су. В этом случае эквивалент катков определяется зависимостью q /R = q K /R. (18) 1 1 2 2 Для катков статического действия отношение линейного давления к ра­ диусу вальца находится в пределах от 0,22 до 1,7. Для вибрационных катков это отношение находится в пределах от 0,29 до 0,65.

Зависимости для определения эквивалента катков статического и виб­ рационного действия при уплотнении материала дорожных одежд с разными деформационными свойствами имеют вид:

по массе Q = Q K B R /B R ; (19) 1 2 2 1 1 2 2 2 по линейным давлениям q = q K R /R . (20) 1 2 2 1 2 2 В восьмой главе изложены результаты исследований, связанные с раз­ работкой технологии устройства дорожных покрытий. Устройство покрытий ведется звеном машин, состоящим из асфальтоукладчика и уплотняющих ма­ шин, параметры которых зависят от заданного темпа строительства, условий производства работ и свойств применяемых смесей. Эффективность работы звена машин определяется результатами совместной работы, при которой каждая машина выполняет свои функции в заданных температурных интер­ валах и обеспечивает фронт работы для последующих машин. Качество до­ рожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей зависит от соблюде­ ния температурных интервалов и технологических режимов укладки и уплот­ нения смесей, к которым относятся соответствие параметров применяемых машин прочностным характеристикам смесей в заданных температурных ин­ тервалах, скоростные режимы работы машин и обеспечение требуемого чис­ ла проходов по одному следу. Выполнение технологических операций устройства покрытий связано с временным фактором, зависящим от темпа охлаждения горячей смеси. Для обеспечения непрерывности работы механи­ зированного звена машин необходимо учитывать продолжительность выпол­ нения технологических процессов по укладке и уплотнению смесей в темпе­ ратурных интервалах, зависящих от типа смеси и используемых марок биту­ ма. Существующие рекомендации по выбору параметров звена машин по температурным интервалам смесей, без учета продолжительности выполне­ ния технологических операций укладки и уплотнения смесей на разных эта­ пах работы, приводят к неравномерности работы по времени звена машин.

Экспериментально установлено, что каждому температурному интерва­ лу смеси соответствует определенное время работы машины, зависящее от ряда факторов. Поэтому скоростные режимы машин, с учетом этапа устрой­ ства покрытия, будут разными. Для установления скоростных режимов рабо­ ты звена машин в заданных температурных интервалах необходимо учиты­ вать время работы с учетом свойств используемой смеси, условий строитель­ ства и параметров применяемых машин.

На основании анализа и обобщения результатов исследований по уплотняемости горячих асфальтобетонных смесей установлены зависимости температуры эффективного уплотнения смесей при разных марках битума от числа циклов приложения нагрузки при условии достижения требуемой плотности. С учетом требуемого числа цикла приложения нагрузки, согласно нормативному документу, предлагаются температуры окончания эффектив­ ного уплотнения покрытия для разных типов смесей и марок битумов (табл.

2). Анализ полученных значений показал, что для смесей с битумами марок БНД 90/130, 60/90 и 40/60 необходимо увеличить температуру окончания эф­ фективного уплотнения.

Для обеспечения непрерывности работы механизированного звена ма­ шин по устройству дорожных покрытий нежесткого типа получена зависи­ мость, устанавливающая соотношения между рабочими скоростями ас­ фальтоукладчика и катками.

2. Рекомендуемая температура окончания уплотнения горячих смесей Тип смеси Марка Температура битума укладки, С А Б В Г Д БНД 40/60 150...160 105...100 100...95 95...90 100...95 95...1БНД 60/90 145...155 100...95 95...90 90...85 95...90 90...БНД 90/130 140...150 95...90 90...85 85...80 90...85 85...БНД 130/200 130...140 85...80 80...75 75...70 80...75 75...БНД 200/300 120...130 75...70 70...65 65...60 70...65 65...СГ 130/200 110...120 55...60 55...50 50...45 55...50 50...С учетом продолжительности работы машин в температурных интерва­ лах укладки и уплотнения горячих смесей, зависимость имеет вид:

V = V в n / , м/мин, (21) к а ук уп где V – рабочая скорость асфальтоукладчика, м/мин; V – скорость укатки а к смеси, м/мин; – время уплотнения катком заданного типа, мин; уп ук – время укладки, мин; в – число укатываемых полос катком; n – число проходов катка по одному следу.

Из зависимости видно, что скорость катка зависит не только от рабочей скорости асфальтоукладчика, числа укатываемых полос и проходов по одно­ му следу, но и продолжительности укладки и уплотнения слоя в заданных температурных интервалах. Данная зависимость позволяет решать и другие вопросы. При заданных скоростях укладки слоя и числа проходов катка в температурном интервале уплотнения смеси можно определить среднюю скорость катка, на основании которой, с учетом существующих рекоменда­ ций, можно выбрать тип уплотняемой машины. Аналогичным образом мож­ но определить число проходов катка по одному следу. Таким образом, предлагаемая зависимость позволяет осуществлять связь скоростных режи­ мов работы всего механизированного звена, а также осуществлять выбор тех­ нологических режимов работы машин при строительстве дорожных покры­ тий из горячих асфальтобетонных смесей.

Рассмотрен вопрос особенностей строительства дорожных одежд из го­ рячих асфальтобетонных смесей при пониженных температурах воздуха.

Установлено, что повышение температуры смеси при укладке способствует увеличению возможной продолжительности процесса уплотнения. Так, уве­ личение температуры смеси при укладке от 120 до 160 С увеличивает про­ должительность охлаждения смеси до 40 % независимо от толщины уклады­ ваемого слоя и температуры окружающего воздуха. При снижении темпера­ туры доставляемой смеси продолжительность работ снижается на 25…50 % независимо от толщины укладываемого слоя. С увеличением толщины слоя возможная продолжительность уплотнения увеличивается. При этом основа­ ние прогревается до более высокой температуры (50…60 С), что влияет на ка­ чество уплотнения. Установлено, что наличие нижнего слоя покрытия с бо­ лее высокой температурой, по отношению к температуре окружающего воз­ духа, способствует увеличению допустимого времени строительства. Увели­ чение температуры нижележащего слоя до 30…40 С, при температуре окру­ жающего воздуха –10 С, способствует увеличению продолжительности строительства покрытия на 25…35 %. На продолжительность укладки смеси температура нижележащего слоя влияет незначительно и увеличить время укладки можно за счет повышения температуры смеси при ее доставке. По­ лучено значение коэффициента влияния температуры нижележащего слоя (K ) на продолжительность устройства верхнего слоя дорожного покрытия осн из горячих смесей, численное значение которого определяется зависимостью:

K = 0,99е0,0086tсм, (22) осн где t – температура смеси при укладке, С.

см Установлено, что коэффициент влияния нижнего слоя не зависит от температуры укладываемой смеси.

По результатам выполненных исследований и полученных зависимо­ стей разработана методика выбора параметров технологических процессов устройства дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей с уче­ том свойств смесей, конструктивных параметров дорожных одежд, условий производства работ и применяемого звена машин. Разработана программа на ЭВМ, алгоритм которой представлен на рис. 5.

Ввод исходных данных Приготовление: Транспортирование: Укладка: Уплотнение:

- тип смеси, размер - темп. воздуха; - толщина слоя; - модуль - марка битума, дальность; темп. ширина полосы; деформации;

- объемная масса выхода смеси с темп. основания; - тип катка завода; удельный вес; - темп строит-ва;

теплоемкость, - скорость ветра - скорость движения Температурные режимы укладки и уплотнения Определение коэф. при Определение коэф. при укладке К0, Кtс, Кh, Кm, Кv, уплотнении К0, Кtс, Кh, Кm, Кv, Определение продолжительности операций Определение параметров комплекса машин Определение скоростных режимов работы машин Расчет предела прочности смеси Расчет контактных напряжений (подпрограмма) НЕТ [G] > Gx ДА Расчет коэффициента уплотнения (Ку) Вывод данных:

- длина захватки, - ширина полосы, - время транспортировки - толщина слоя, - время укладки, - общее время работы, - скорость укладки, - выбор укладчика, - скорость катков (легкого, среднего, тяжелого), - время работы катков (легкого, среднего, тяжелого), - количество проходов катками (легким, средним, тяжелым), - коэффициент уплотнения Рис. 5. Алгоритм расчета технологического процесса строительства дорожных покрытий Выводы 1. На основе анализа применяемых технологий для устройства дорож­ ных покрытий нежесткого установлено, что до настоящего времени при вы­ боре параметров уплотняющих машин за основу принимается температура горячих смесей, что не позволяет учитывать в полной мере свойства смесей и не способствует выбору эффективных технологий. Поэтому за основу при выборе параметров уплотняющих машин следует принимать прочностные характеристики материала, что позволяет повысить качество строительства покрытий и эффективность использования машин.

2. Разработаны модели взаимодействия жесткого вальца с материалом при статическом и динамическом режимах уплотнения, отличающиеся уче­ том остаточных и упругих деформаций уплотняемого материала. Определе­ но, что величиной, характеризующей контакт вальца от его параметров и свойств материала, является угол контакта вальца с материалом. Получены экспериментальные зависимости, связывающие угол контакта вальца с моду­ лем деформации материала, радиусом и линейным давлением вальца, позво­ ляющие учитывать их в расчетных методах оценки напряженного состояния уплотняемого материала.

3. Получено аналитическое решение распределения напряжений в зоне контакта вальца с материалом при статическом и динамическом режимах уплотнения. Результаты позволяют:

– обосновать выбор параметров катков с учетом прочностных свойств материала;

– прогнозировать величину контактных напряжений под вальцом кат­ ка исходя из режимов уплотнения, параметров катков и свойств материала.

– учесть влияние распределения контактных напряжений на процесс волнообразования с учетом параметров вальца катка и свойств материала.

4. По результатам моделирования и экспериментальных исследований по выявлению эффективности работы вибрационных катков установлено:

- при небольшой толщине уплотняемого слоя вибрационный валец, при относительной вынуждающей силе равной единице и более, работает в виб­ роударном режиме;

- влияние параметров вибрации на периодические колебания вальца при динамическом режиме уплотнения дорожных одежд;

- влияние параметров вибрации на ходовые качества самоходных кат­ ков.

5. Получена экспериментальная зависимость для определения макси­ мальных контактных напряжений под вальцом катка при работе в виброудар­ ном режиме. Установлены критерии сравнения параметров катков по уплот­ няющему эффекту, в качестве которых принимаются масса катка, линейное давление, величина контактных напряжений под вальцом, остаточная дефор­ мация уплотняемого материала. Для каждого критерия получены зависимо­ сти, определяющие эквивалент катков.

6. Установлено, что назначение температурных режимов уплотнения для типа смеси без учета марки битума приводит к занижению температуры окончания уплотнения асфальтобетона. Обоснованы рекомендации по темпе­ ратурным режимам уплотнения горячих смесей с учетом типа при разных марках битума. Установлена зависимость прочностных показателей ас­ фальтобетона от температуры и технологических параметров процесса.

7. По результатам моделирования и экспериментальных исследований тепловых процессов установлены:

– зависимости для определения теплофизических характеристик сме­ сей от типа смеси и температуры;

– зависимости влияния температуры воздуха и нижележащего слоя до­ рожной одежды, температуры смеси при укладке и окончании уплотнения, скорости ветра, толщины слоя, удельной теплоемкости и коэффициента теп­ лопередачи смеси на допустимую продолжительность процессов устройства дорожных покрытий.

8. Получена аналитическая зависимость, устанавливающая связь опти­ мальных скоростных режимов работы механизированного звена при условии непрерывности устройства покрытий с учетом условий производства работ, свойств материала и характеристик применяемых машин.

9. Для выбора параметров технологических процессов и применяемых машин разработано программное обеспечение:

– по расчету тепловых режимов устройства дорожных покрытий;

– по определению напряжений в зоне контакта вальца с материалом;

– по определению продолжительности выполнения процессов укладки и уплотнения смесей;

– по расчету технологических параметров процессов устройства до­ рожных одежд и применяемых машин с учетом свойств горячих смесей и условий строительства.

10. На основе научных результатов диссертационной работы предложе­ на методика разработки технологических процессов устройства дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей с более высокими эксплуата­ ционными показателями.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Статьи в изданиях по перечню ВАК 1. Бадалов, В.В. Изменение температуры асфальтобетона в процессе уплотнения / В.В. Бадалов, А.Ф. Зубков // Автомобильные дороги. – 1973. – № 9. – С. 7.

2. Зубков, А.Ф. Методика разработки технологических процессов строительства дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей / А.Ф. Зубков // Вестник Тамбовского государственного технического универ­ ситета. – 2007. – Т. 13, № 1. Рубрика 04. Препринт № 18. – 61 с.

3. Зубков, А.Ф. Определение возможной продолжительности строи­ тельства дорожных покрытий нежесткого типа при строительстве автомо­ бильных дорог/А.Ф. Зубков // Вестник Тамбовского государственного техни­ ческого университета. – 2006. – Т. 12, № 3Б. – С. 806 – 817.

4. Зубков, А.Ф. Анализ методов разработки технологических процессов уплотнения дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей / А.Ф.

Зубков // Вестник Тамбовского государственного технического университета.

– 2006. – № 4. – С. 1158 – 1161.

5. Зубков, А.Ф. Выбор технологических режимов работы машин для укладки и уплотнения дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей / А.Ф. Зубков, Вл.П. Подольский // Дороги и мосты. – М. : «Ладья», 2006. – № 2. – С. 8 – 10.

6. Зубков, А.Ф. Влияние теплофизических свойств материалов на тех­ нологию строительства покрытий их горячих асфальтобетонных смесей.

Проблемы строительства и архитектуры. Ч. 2 / А.Ф. Зубков // Изв. ВУЗов, Се­ веро-Кавказский регион. Технические науки, прил. – № 13. – Новочеркасск, 2006. – С. 39 – 41.

7. Зубков, А.Ф. Расчет контактных напряжений под вальцом катка / А.Ф. Зубков // Механизация строительства. – 2007. – № 7. – С. 15 – 17.

8. Зубков, А.Ф. Устройство покрытий при пониженных температурах воздуха / А.Ф. Зубков // Жилищное строительство. – 2007. – № 1. – С. 30 – 32.

9. Зубков, А.Ф. Уплотняй, но проверяй / А.Ф. Зубков, Вл. Подольский // Автомобильные дороги. – 2007. – № 1. – С. 85 – 86.

10. Зубков, А.Ф. О нестационарной теплопередаче в процессах строи­ тельства дорожных покрытий нежесткого типа / А.Ф. Зубков // Вестник Там­ бовского государственного технического университета. – 2007. – № 2. – С. 5– 597.

11. Свидетельство № 2006613129 о регистрации программы для ЭВМ.

Моделирование и расчет температурных режимов дорожных одежд не­ жесткого типа в нестационарных условиях / Зубков А.Ф. ; опубл. 5.09.2006.

12. Свидетельство № 2007610256 об официальной регистрации про­ граммы для ЭВМ. Моделирование и расчет технологических параметров ма­ шин при строительстве дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей / Зубков А.Ф., Берестов В.П.; опубл. 15.11.2006.

13. Свидетельство № 2007610827 об официальной регистрации про­ граммы для ЭВМ. Моделирование взаимодействия жесткого вальца с уплот­ няемым материалом и расчет напряжений в зоне контакта / Зубков А.Ф. ;

опубл. 21.12.2006.

14. Свидетельство № 2007610903 об официальной регистрации про­ граммы для ЭВМ. Моделирование процесса строительства покрытий и выбор параметров машин для укладки и уплотнения горячих асфальтобетонных смесей / Зубков А.Ф., Подольский Вл.П., Берестов В.П. ; опубл. 09.01. 2007.

Авторское свидетельство 15. А. с. 1008138 Захватное устройство / А.Ф. Зубков, И.О. Фролов, К.М. Исманов; № 1008138. – М.: ВНИИПИ, 1982.

Монография 16. Зубков, А.Ф. Технология устройства покрытий из горячих ас­ фальтобетонных смесей с учетом температурных режимов / А.Ф. Зубков. – Тамбов, 2006. – 152 с.

Статьи в сборниках трудов, конференций, периодических изданиях 17. Зубков, А.Ф. Выбор параметров вибрационных катков на основе статистических данных / А.Ф. Зубков, А.А. Шестопалов // Труды Фрунз. по­ литехн. ин-та. – Фрунзе, 1973. – Вып. 60. – С. 124 – 130.

18. Бадалов, В.В. К вопросу об уплотнении горячего асфальтобетона / В.В. Бадалов, А.Ф. Зубков // Сб. науч. тр. – Фрунзе, 1973. – № 68. – С. 164 – 170.

19. Зубков, А.Ф. Сопоставление параметров вибрационных и статиче­ ских катков для уплотнения асфальтобетонных смесей / А.Ф. Зубков, Н.Я. Хархута // Труды СОЮЗДОРНИИ. – М., 1975. – Вып. 84. – С. 179 – 182.

20. Зубков, А.Ф. К вопросу уплотнения асфальтобетонных смесей кат­ ками статического и вибрационного действия / А.Ф. Зубков, Н.Я. Хартута // Труды ФПИ. – 1977. – № 102. – С. 3 – 10.

21. Капустин, М.И. Исследование динамической модели вибрационно­ го вальца дорожного катка / М.И. Капустин, А.Ф. Зубков // Об исследовании и совершенствовании узлов и агрегатов строительных и дорожных машин :

сб. трудов. – 1977. – Вып. № 102. – С. 10 – 16.

22. Зубков, А.Ф. Методика расчета основных параметров самоходных вибрационных катков / А.Ф. Зубков // I республик. конф. : cб. матер. – Фрун­ зе, 1979. – С. 21 – 23.

23. Зубков, А.Ф. Влияние параметров вибрационных машин на напря­ женное состояние уплотняемого слоя / А.Ф. Зубков // II Всесоюз. конф. по не­ линейной теории упругости : тез. докл. – Фрунзе, 1985. – С. 303 – 305.

24. Зубков, А.Ф. Взаимодействие вибрационного катка с уплотняемым материалом / А.Ф. Зубков, Ю.Д. Суродин // II Всесоюз. конф. по нелинейной теории упругости : тез. докл. – Фрунзе, 1985. – С. 332 – 333.

25. Зубков, А.Ф. Динамическая модель самоходного вибрационного катка / А.Ф. Зубков, В.В. Зотов, В.Ф. Семенов // II Всесоюз. конф. по нели­ нейной теории упругости: тез. докл. – Фрунзе, 1985. – С. 357 – 358.

26. Зубков, А.Ф. Установка для исследования рабочих органов машин ударного действия: информ. листок № 116,(4253) / А.Ф. Зубков, С.В. Дегай, С.С. Николаев. – Фрунзе : КиргизИНТи, 1988.

27. Суродин, Ю.Д. Устройство для контроля работы самоходных кат­ ков: информ. листок № 89 (4406), серия 67.17.23 / Ю.Д. Суродин, А.Ф. Зубков, С.В. Дегай. – Фрунзе : КиргизНИИНТи, 1989.

28. Суродин, Ю.Д. Виборовозбудитель с изменяющимися параметра­ ми : информ. листок № 88 (4405), сер. 67.17.23 / Ю.Д. Суродин, А.Ф. Зубков, С.В. Дегай.– Фрунзе : КиргизНИИНТи, 1989.

29. Зубков А.Ф. Влияние параметров уплотняющих машин на процесс волнообразования / А.Ф. Зубков, С.В. Дегай // Проблемы механизации строи­ тельства в условиях высокогорья: сб. тр. – Фрунзе, 1990. – С. 36 – 40.

30. Зубков, А.Ф. Взаимодействие вальца дорожного катка с уплотняемым ма­ териалом / А.Ф. Зубков // Материалы XXVIII науч.-техн. конф. : матер. конф. – Пенза, 1995. – Ч. II. – С. 11.

31. Зубков, А.Ф. О некоторых тенденциях в развитии самоходных виб­ рационных катков / А.Ф. Зубков, Т.И. Любимова // Материалы XXVIII науч.техн. конф. : матер. конф. – Пенза, 1995. – Ч. II. – С. 6.

32. Зубков, А.Ф. К вопросу взаимодействия металлического вальца с уплотняемым материалом / А.Ф. Зубков // Труды ТГТУ. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2000. – Вып. 5. – С. 244 – 247.

33. Зубков, А.Ф. Совершенствование технологических процессов уплотнения дорожно-строительных материалов / А.Ф. Зубков // Труды ТГТУ.

Архитектура и строительство. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2000.

– Вып. 1. – С. 103 – 107.

34. Зубков, А.Ф. Анализ параметров машин для уплотнения дорожностроительных материалов / А.Ф. Зубков // Труды ТГТУ. архитектура и строи­ тельство.–Тамбов:Изд-воТамб.гос.техн.ун-та, 2000.–Вып.1.–С.112–115.

35. Любимова, Т.И. Сравнительная оценка гладковальцовых катков по напряженному состоянию уплотняемого материала / Т.И. Любимова, А.Ф.

Зубков // Строительство–2000 : матер. междунар. науч.-практ. конф. – Гос.

отрасл. ун-т. – Ростов н/Д, 2000. – С. 59 – 60.

36. Зубков А.Ф. Расчет контактных напряжений под вибрационным вальцом дорожного катка / А.Ф. Зубков // Строительство–2000 : матер. меж­ дунар. науч.-практ. конф. – Ростов н/Д: Ростовский Государственный от­ раслевой университет, 2000. – С. 67 – 68.

37. Зубков, А.Ф. Моделирование процесса взаимодействия металличе­ ского вальца катка с уплотняемым материалом / А.Ф. Зубков // Математиче­ ские методы в технике и технологиях : сб. тр. XV междунар. науч. конф. – Там­ бов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002.– Т. 8. – Сек. 8. – С. 75 – 77.

38. Зубков, А.Ф. Моделирование процесса взаимодействия металличе­ ского вальца катка с уплотняемым материалом / А.Ф. Зубков, Т.П. Комарова // Труды ТГТУ. Технологические процессы и оборудование. – Тамбов, 2001.

– № 11. – С. 222 – 226.

39. Зубков, А.Ф. Актуальные вопросы повышения работоспособности дорожных покрытий в процессе строительства // Прогрессивные технологии развития : сб. науч. ст. междунар. науч.-практ. конф. – Тамбов : Изд-во БМА, 2004. – С. 240 – 244.

40. Зубков, А.Ф. Влияние температуры на продолжительность процесса уплотнения дорожных покрытий нежесткого типа / А.Ф. Зубков, В.И. Ляш­ ков // Прогрессивные технологии развития: сб. науч. ст. – Тамбов : Изд-во БМА, 2004. – С. 244 – 247.

41. Зубков, А.Ф. Влияние вибрации на движение вальца катка по уплотняемой поверхности / А.Ф. Зубков // Научный вестник ВГСУ. Сер. До­ рожно-транспортное строительство. – Воронеж, 2004. – Вып. 2.– С. 37 – 45.

42. Зубков, А.Ф. Обоснование параметров контакта металлического вальца катка с уплотняемым материалом / А.Ф. Зубков // Научный вестник ВГСУ. Сер. Транспортное строительство. – 2004. – № 3. – С. 77 – 80.

43. Зубков, А.Ф. Выбор параметров технологического процесса уплот­ нения дорожных покрытий нежесткого типа / А.Ф. Зубков // Вестник БГТУ им. Шухова. – Белгород, 2005. – Вып. 9. – С. 355 – 365.

44. Зубков, А.Ф. Определение продолжительности строительства до­ рожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей / А.Ф. Зубков // До­ роги Росси XXI века. – 2006. – № 2. – С. 88 – 91.

45. Зубков, А.Ф. Влияние производственных факторов на продолжи­ тельность укладки горячих асфальтобетонных смесей при строительстве ав­ томобильных дорог / А.Ф. Зубков // Дороги России XXI века.–2006. – № 4. – С. 42 – 45.

46. Зубков, А.Ф. К вопросу разработки технологических процессов строительства дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей / А.Ф. Зубков // Дороги России XXI века. – 2006. – № 5. – С. 16 – 20.

47. Зубков, А.Ф. Влияние условий производства работ на выбор техно­ логических режимов работы машин при строительстве дорожных покрытий из горячих смесей / А.Ф. Зубков // Информационная среда ВУЗа : матер. междунар. науч.- техн. конф. – Иваново, 2006. – С. 225 – 235.

48.Зубков А.Ф. Анализ взаимодействия рабочих органов катков стати­ ческого действия при уплотнении дорожных одежд / А.Ф. Зубков, К.А. Ан­ дрианов // Современные научно-технические проблемы транспортного строи­ тельства: сб. науч. тр. Всерос. науч.-практ. конф. – Казань, 2007. – С. 184 – 189.

49. Зубков, А.Ф. Анализ требований к процессам строительства дорож­ ных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей / А.Ф. Зубков, К.А. Ан­ дрианов // Устойчивое развитие городов и новации жилищно-коммунального комплекса : пятая Междунар. науч.-практ. конф. – М., 2007. – С. 132 – 137.

50. Зубков, А.Ф. Рекомендации по разработке технологических процес­ сов строительства покрытий из горячих асфальтобетонных смесей / А.Ф. Зуб­ ков, К.А. Андрианов, Т.И. Любимова // Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечение безопасности движения : междунар.

науч.-практ. конф. – Белгород, 2007. – С. 146 – 150.

51. Зубков А.Ф. Определение закономерностей изменения температуры при строительстве покрытий из горячих асфальтобетонных смесей/ А.Ф. Зуб­ ков, К.А. Андрианов, И.В. Гиясова // Современные методы строительства ав­ томобильных дорог и обеспечение безопасности движения : междунар. науч.практ. конф. – Белгород, 2007. – С. 141 – 145.

52. Зубков, А.Ф. Анализ технологий устройства дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей при пониженных температурах воздуха / А.Ф. Зубков // Дороги России XXI века. – 2007. – № 1. – С. 33 – 38.

53. Зубков, А.Ф. Методика выбора параметров катков с учетом свойств смеси при строительстве покрытий из горячих асфальтобетонных смесей // Дороги России XXI века. – 2007. – № 2. – С. 17 – 21.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.