Естественно, что общее статическое или динамическое усилие, создаваемое вальцом катка не может служить мерой оценки его уплотняющей способности, т. к. размеры вальцов реальных катков по ширине B и диаметру D отличаются до 3–4 раз. Более справедлива оценка по контактным давления вальца σ_o, но ввиду переменных в процессе укатки размеров криволинейной контактной площадки, зависящих от диаметра вальца и величины осадки уплотняемой поверхности, нахождение σ_o всегда было делом сложным, трудным и неопределенным.

Упрощенный выход был найден путем принятия в качестве критерия уплотняющей способности, так называемого линейного давления, т. е. величины общей силы, приходящейся на 1 см ширины вальца. Такой показатель до сих пор применяется при создании катков и разработке технологии их работы.

Однако сегодня его наличие является тормозом в необходимом совершенствовании техники и технологии уплотнения. Он не пригоден для функциональной оценки виброкатка из-за переменной силы его воздействия. Он полностью игнорирует влияние диаметра вальца и состояние материала на многие важные результаты работы катка (толщина прорабатываемого слоя, ровность, проходимость и т. п.). Это привело к появлению катков с чрезмерно малыми диаметрами вальцов, что существенно ухудшило их в функциональном плане. Правда, ряд фирм уже исправляют такой «перекос», увеличивая диаметры вальцов на средних и крупных катках, но есть еще малогабаритные модели, чьи вальцы уж слишком «миниатюрны».

На основании зависимостей и законов механики грунтов и дорожных одежд, а также теории упругости было установлено, что контактное давление вальца σ_o функционально зависит от R_о^2/3, B^−2/3, Д^−1/3 , E_о^1/3, h_о^−1/3, a аналитически эта зависимость выражается формулой с учетом условия эффективного уплотнения асфальтобетонной смеси (через σ_kg)
 

(4)

где Δ_E = 1_кГс/см², Δ_h = 1 см – единичные значения модуля деформации Е_о и толщины слоя h_o.

Степень влияния параметров катка на σ_o различна, но наибольшее оказывает сила R_о и ширина вальца B, вместе как раз и определяющие так называемое линейное давление вальца. Очевидно этим и можно объяснить долгий период использования этого показателя, правда не в степени 2/3 как в (4), а в прямой пропорции (степень 1). В два раза слабее (степень 1/3) на σ_o влияют диаметр Д, толщина слоя h_o и модуль деформации асфальтобетонной смеси E_o, но это влияние есть и его следует обязательно учитывать. Кстати, по этой причине желаемое увеличение диаметра вальца оказывает слабое влияние на общий вес катка.

Параметр p_k назван конструктивным показателем уплотняющей способности катка, потому что он соответствует тому контактному давлению, которое возникает под вальцом, если положить h_o = 1 см и E_o = 1_кгс/см². Он не зависит от состояния асфальтобетонной смеси и толщины ее слоя. По существу, p_k является комплексным показателем основных уплотняющих параметров катка и может служить его функциональным «паспортом», определяющим его пригодность для выполнения конкретной работы по уплотнению.

При работе виброкатка в статическом (R_o = Q_в) и вибрационном (R_o = Q_в+R_d) режиме соотношение между показателями динамической (p_kd) и статической (p_kc) уплотняющей способности легко вычисляется с помощью простой зависимости
 

(5)

Имея прочностные (σ_kp) и деформативные (E_о) показатели уплотняемой смеси, получаемые экспериментальным путем в лаборатории, можно достаточно просто находить значения p_kc и p_kd для любого из этапов укатки и для заданной толщины слоя по вытекающей из (4) зависимости
 

(6)

Для правильного назначения и регулирования функциональных параметров виброкатка важны не только конкретные значения σ_kp) и E_о но и характер или закономерность их изменения в процессе укатки за счет роста плотности и снижения температуры асфальтобетона, чтобы спрогнозировать необходимый или аналогичный рост p_kd в соответствии с комплексным показателем материала

В некоторых технических источниках даются экспериментальные сведения, что увеличение σ_p асфальтобетонной уплотняемой смеси в 3–4 раза вызывает рост E_о в 7–10 раз, в других – при росте σ_p в 4–5 раз динамический модуль деформации увеличивается в 15–18 раз.

Из (5) и (6) с учетом таких предварительных и справочных данных (более точные и надежные должны быть получены в специально поставленных лабораторных опытах) следует, что рост динамического p_kd катка от начала до конца процесса укатки по сравнению с начальным статическим p_kc не должен превышать 1,5÷1,6 раз, если, конечно, p_kc задан в соответствии с начальными значениями σ_kp и E_о материала.

Отдельные же образцы реальных виброкатков в конце уплотнения даже на слабой вибрации имеют p_kd, превышающий p_kc в 2 и более раза, а в режиме сильной вибрации – еще значительнее. Отсюда отмеченное чрезмерное «насилие» уплотняемого материала катками, отсюда же и рекомендуемое фирмами ограничение количества их проходов с вибрацией (не более 6–8).

Заметный вклад в чрезмерное силовое «усердие» катка вносит сам материал, постепенное повышение прочности и жесткости которого вызывает неуправляемое увеличение реальной амплитуды колебания вальца (по измерениям вибрографом на грунтовых и асфальтобетонных катках до 2–2,5 раз), что повышает общее силовое воздействие катка и создает перегрузки материала. Поэтому представляется целесообразным и оправданным установка на виброкатке автоматического устройства, отключающего вибрирование вальца, при превышении реальной амплитудой колебаний номинального ее значения, к примеру, в 1,5 или 2 раза. Для этого на вальце должен быть установлен специальный датчик для непрерывного измерения амплитуды.

Очевидно сделать это технически не так сложно. На действующих виброкатках уже есть аналогичная система, отключающая или включающая вибрацию при заданном уровне скорости катка во время его торможений или разгонов. Более сложной для решения может оказаться задача не совсем полного отключения вибрации, а постепенного снижения и поддержания относительной амплитуды на уровне, может быть, 1,3 или 1,5 за счет, например, понижения частоты колебаний дебаланса. Возможен вариант повышения частоты с целью усиления слабых динамических воздействий.

У такого «умного» катка, распознающего через реальную амплитуду колебаний вальца прочность и жесткость поверхности уплотняемого материала и понижающего свое динамическое воздействие до «щадящего» уровня, есть технические аналоги среди образцов навесных гидромолотов, выполняющих разрушение прочных материалов и конструкций. Отличие состоит только в том, что последние после тестирования прочности и жесткости разрушаемых пород и материалов усиливают свое динамическое воздействие.

Рис. 4. Схема уплотнения слоя асфальтобетонной смеси, уложенного на основание различной податливости (к табл. 1)

Прочность и жесткость нижележащего основания, на которое укладывается слой горячей асфальтобетонной смеси, должны быть достаточно высокими. Но в реальной действительности это далеко не всегда так, что оказывает определенное влияние на процесс и результат уплотнения уложенного слоя.

Поэтому в зависимости (4) и (6) вместо модуля деформации асфальтобетонной смеси E_o формально следует подставлять значение эквивалентного модуля деформации E_э, найденного с учетом жесткости или деформативности основания E₁ (рис. 4). Последнее может иметь разные значения E₁ в соответствии со своим состоянием, как больше, так и меньше E_o. Причем отношение E_o/E₁ в возможных реальных условиях, в том числе по состоянию смеси в начальной и конечной стадиях уплотнения, может находиться в интервале значений 0,03 (прочное основание и рыхлая горячая смесь) – 10 (очень слабое основание и слой плотной остывшей смеси).

В соответствии с рис. 4 и приведенной на нем зависимостью для ряда указанных E_o/E₁ найдены относительные значения эквивалентного модуля деформации E_э/E_o, а по ним, при соблюдении равенства

(7)

определены значения поправочного коэффициента γ, учитывающего влияние состояния основания (табл. 1).

Таблица 1.

Рис. 5. Влияние времени действия Θ импульсного нагружения (i) на характер распределения контактных давлений (σ_o) по глубине (Z).

Значения поправочного коэффициента γ = 1,34÷1,56 (при E_o/E₁ = 5÷10) могут вызвать смущение и недоверие. Как же можно при очень слабом основании увеличивать уплотняющее воздействие вибровальца (p_kd)? Все правильно, только так и можно добиться качественного уплотнения асфальтобетона на податливом основании и чтобы логика смущающегося не страдала, к этому следует добавить, что увеличенные силовые нагрузки должны иметь очень короткое время своего действия, т. е. импульсное воздействие виброкатка должно быть «острым» по форме, но коротким по времени и мало или совсем не деформирующим основание.

Такой импульс можно получить за счет малой амплитуды и высокой частоты колебаний, приближающейся, видимо, к 100 Гц, легкого вальца при одновременном, как будет показано далее, снижении отношения Q_пр/Q_кол. Давления импульсов с коротким временем действия значительно интенсивнее затухают с удалением от места их приложения по глубине или толщине слоя уплотняемого материала (рис. 5). Это экспериментально выявлено при исследовании процессов уплотнения грунтов легкими и тяжелыми трамбовками с разной скоростью их удара.

Способ регулирования толщины прорабатываемого слоя путем изменения не только величины, но и характера динамического воздействия должен оказаться полезным, а в некоторых случаях и эффективным при решении, к примеру, задач уплотнения тонкослойных асфальтобетонных покрытий.

Кстати, статический каток лишен возможности таким способом регулировать характер или качество своего воздействия. Он может выполнить это только за счет существенного увеличения своей рабочей скорости (до 10–20 раз). Но это нереально и поэтому делать даже пробные попытки уплотнять асфальтобетон статическим катком на очень слабых основаниях нет смысла. Заранее можно гарантировать низкую плотность покрытия и значительные его неровности.

СОДЕРЖАНИЕ:

УПЛОТНЕНИЕ АСФАЛЬТОБЕТОНА

 - Общее силовое воздействие

 - Контактные давления

 - Пригруз

 - Регулирование силового воздействия

Автор: Костельов М. П.

к.т.н., главный технолог ЗАО «ВАД» (г. Санкт-Петербург)

Ссылка: http://library.stroit.ru/articles/asfalt2/index.html