Строительство покрытий из минеральных материалов

При способе смешения на дороге в отличие от пропитки получается более устойчивый слой благодаря перемешиванию минерального материала с вяжущим, лучшему обволакиванию минеральных частиц вяжущим. Перемешивание на дороге позволяет повысить модуль упругости соответствующего материала на 20-35% по сравнению с необработанным материалом.

Рассматриваемый способ требует более простого оборудования по сравнению со смешиванием в стационарных установках (смесителях). Но вследствие сложности должного нагрева минерального материала для хорошего обволакивания применяют маловязкие вяжущие. Влага снижает сцепление минеральных частиц с вяжущим. Кроме того, при перемешивании на дороге затруднена точная дозировка составляющих материалов, качество перемешивания хуже, чем в стационарных установках. Отмеченные обстоятельства приводят к тому, что механические свойства материалов конструктивных слоев (модуль упругости, сдвигостойкость), устроенных смешением на дороге, ниже, чем при перемешивании в стационарных установках, а вяжущие используются менее рационально. Существенное влияние влажности минерального материала и низкой температуры на качество смеси ограничивает возможность применения рассматриваемого способа в районах с повышенным количеством осадков и низкой положительной температурой. В условиях жаркого климата смеси, построенные смешением на дороге, в ряде случаев не обладают достаточной сдвигостойкостью из-за применения и относительно маловязких вяжущих, и главным образом гравийных материалов.

Вяжущие материалы, применяемые для смешения на дороге, должны обеспечивать хорошее обволакивание и создать максимально возможное сцепление между минеральными частицами. Первое из указанных обстоятельств требует снижения вязкости вяжущего в период обработки, второе – его повышения. Для обработки используют битумы МГ40/70, МГ 70/130; СГ 40/70, СГ 70/130; каменноугольные и сланцевые дегти Д-3, Д-4, ДС-5;С-20/35, С-35/70, прямые дорожные эмульсии, дегтебитумные смеси. Менее вязкие из указанных материалов применяют в районах с прохладным и влажным климатом (II и III дорожно-климатические зоны ) и при обработке минеральных материалов с повышенным содержанием мелких частиц.

Деготь можно применять только за пределами населенных пунктов. Медленнораспадающиеся эмульсии прямого типа рекомендуются для мелкозернистых и среднезернистых гравийных смесей. Эмульсии прямого типа, распадающиеся со средней скоростью, пригодны для обработки крупнозернистых смесей.

К минеральным материалам, применяемым в слоях, которые устраивают по способу смешения на дороге, предъявляют требования в соответствии с табл. 41.

Марка по износу для всех материалов должна быть не ниже II-IV. Требования к морозостойкости материалов, применяемых для смешения на дороге, те же, что и для способа пропитки.

Пески, применяемые в смесях, могут быть природными или дроблеными с модулем крупности не менее 2, разделенные по круп­ности и обогащенные, соответствующие ГОСТ 8736—77. Дробле­ный песок должен быть из невыветрелых изверженных или мета­морфических горных пород марки по прочности не менее 800, оса­дочных - не ниже 400, гравия — не ниже Др16. В смесях со щеб­нем и гравием марка по дробимости горной породы, используемой для приготовления песка, должна быть не ниже марки щебня или гравия. Массовая доля пылевидных, илистых и глинистых частиц не должна превышать 3%, в том числе глины — не более 0,5%.

Минеральный порошок, вводимый в ряде случаев в смеси, мо­жет быть из отходов асбестоцементного производства, золы уноса, фильтрпрессных отходов, пыли уноса цементных заводов, пылеватых грунтов с числом пластичности в пределах 10. В минеральном порошке не менее 60% частиц должно быть мельче 0,071 мм.

Минеральный материал по зерновому составу должен соответ­ствовать требованиям, предъявляемым к оптимальным смесям. Гравийные оптимальные смеси могут быть природными (карьер­ными) или составленными из двух-трех компонентов. Щебеночные оптимальные смеси чаще всего получают путем дробления камня, крупного гравия (крупнее 40 мм) без сортировки по размерам; возможны случаи составления оптимальных щебеночных смесей, а также применения их в естественном виде.

Для постройкипокрытий рекомендуют смеси мелкозернистые частицы (до 15 мм) и среднезернистые (до 20 мм), для основа­ний - крупнозернистые (до 40 мм) и среднезернистые материалы.

Технология строительства слоев дорожной одежды по способу смешения на дороге состоит из следующих основных процессов: перемешивания минерального материала с вяжущим простейшими машинами или в передвижном смесителе; устройства основания или покрытия из смеси материала, обработанного вяжущим.

Количество минерального материала на участок длиной L км можно определить по формуле, аналогичной формуле (132), а его расход на I м одежды составляет (в м³/м):

V_c,_m = K_yhB.

Количество вяжущегопо объему для перемешивания с данным объемом минерального материала можно определить по формуле. Чаще массовую долю вяжущего определяют по формуле

m=r_вV_смδ_см/100

где г_р—массовая доля вяжущего, % (табл. 44); V_см=hB — объем смеси вплотном теле [аналогично формуле (132)]; δ_см— плотность уплотненной смеси без вяжущего— 2,0—2,2 т/м³.

Величины г_в, указанные в табл. 44, являются ориентировочны­ми, поэтому их следует уточнять при лабораторном подборе.

Перед устройством покрытия из смеси минерального материала с вяжущим производят приемку нижележащего слоя аналогично указанным работам перед устройством слоев по способу пропитки.

Минеральный материал, подвозимый автомобилями-самосвала­ми, складывают на проезжей части или на обочинах (при заблаго­временной вывозке, чтобы избежать загрязнения и растаскивания материала движущимся транспортом). Однако при неукрепленных обочинах также возможно загрязнение материала. Перед началом перемешивания материал с обочин перемещают автогрейдером на проезжую часть и оформляют его в виде вала трапецеидального сечения, площадь его сечения численно должна быть равна V_CM.w-В случае применения передвижного смесителя ширина основания вала должна быть не более 2 м, что определено размером загружа­ющего устройства. Если распределение готовой смеси предусмот­рено асфальтоукладчиком или универсальным распределителем, материал укладывают параллельными валами, число которых п_в и расстояние между ними /„ равны (в м):

п_и = B/b lн =B/nв = b

где в— ширина проезжей части, м; B —ширина полосы распре­деления асфальтоукладчиком или распределителем, м.

При частичном или полном использовании минерального мате­риала существующей одежды (гравийные или щебеночные покры­тия) покрытие очищают поливомоечной машиной и рыхлят кирковщиком, Сухое покрытие перед кирковкой поливают водой (3— 5 л/м²), что облегчает рыхление и снижает образование пыли.

В случае введения добавок, чтобы приблизить состав смеси к оптимальному, или щебня в гравийный материал, чтобы повысить угол внутреннего трения, а также при введении извести или цемен­те (укрепление комплексным вяжущим) необходимо произвести автогрейдером предварительное перемешивание с указанными до­бавками. Добавки выставляют в отдельный вал параллельно валу основного материала либо рассыпают равномерным слоем по нему. Объем материала, вычисляемый по формуле (137), должен вклю­чать объем добавок. Мелкозернистыедобавки (цемент, известь ит. п.), во избежание потерь, загрязнения окружающей местности следует вывозить перед предварительным перемешиванием.

Перемешивание простейшими машинами наиболее просто, отмеченные в начале параграфа недостатки, ведущие к неоднородности смеси, проявляются сильнее, чем при использовании подвижных смесителей. Поэтому способ допустим, особенно пристроительстве покрытий, только на дорогах низких категории.

Для перемешивания в данном случае можно применять: тяжелые автогрейдеры; дисковые бороны и автогрейдеры; дорожи фрезы (при мелкозернистых смесях) и автогрейдеры, возможны фрезы, смонтированные на автогрейдерах; автогрейдеры с многоножевыми смесителями. Технологическая схема строительства способу смешения приведена на рис, 82

Ширина разравнивания минерального материала перед розливом вяжущего из автогудронатора должна быть такой, чтобы не произошло стенание вяжущего на основание. При наличии дисковых борон целесообразно до распределения вяжущего произвел один-два прохода по минеральному материалу, чтобы образовать продольные борозды, которые способствуют более равномерном распределению вяжущего при перемешивании.

Материал должен иметь влажность, близкую к оптимальной,

которая составляет при обработке битумом или дегтем 1 - 4%,

эмульсиями — 3 - 7% Большие значения влажности соответствуют материалам, содержащим повышенное количество мелких частиц. При избыточной влажности материал до распределения вяжущего просушивают путем многократной перевалки его автогрейдером, а при недостаточной влажности поливают и перемешивают

Если устраивают слои по способу смешения на дороге в, районах избыточного увлажнения и при плохом сцеплении минерального материала с вяжущим в любых климатических условиях, добавляют поверхностно-активные вещества и активаторы. Катионактивные и анионактнвные вещества добавляют в битум на базе.

Добавки смол твердых топлив распределяют автогрейдерами по

поверхности минерального материала перед обработкой вяжущим,

не обезвоживая их. Количество добавки определяют с поправкой

на содержание с ней воды. Порошкообразные активаторы вводят

с помощью распределителя цемента.

Для лучшего обволакивания минерального материала вяжу­щее разливают в три — пять приемов примерно равными порциями 1,5—2,5 л/м², кроме последнего розлива, равного 1,0—1,5 л/м². После каждого розлива перемешивают за пять-шесть проходов автогрейдера, один-два прохода фрезы или два-три прохода бороны. Общее число проходов для перемешивания зависит от объема смеси:

n_л = а_пп(V_смм/К_у)²

где а_пп — параметр пропорциональности (для автогрейдеров в зависимости от типа материала а_пп —550-ь650 проходов/(м³)²; При совместной работе дорожной фрезы и автогрейдера для фрезы а_пп = 180^-220 проходов/(м³)²; для автогрейдера а_пп~300-^350; V_смм и K_v — те же, что в формуле (132).

Меньшие значения a_aTi соответствуют крупнозернистым смесям, большие — мелкозернистым. При обработке минерального матери­ала эмульсиями количество проходов уменьшают на 20—25%.

Число проходов при окончательном перемешивании составляет около ²/₃ общего числа проходов. Отвал автогрейдера устанавлива­ют под углом 30—40° к оси дороги.

При использовании жидких битумов, густеющих со средней ско­ростью (класса СГ), сланцевых битумов, жидких дегтей и эмуль­сий перемешивание в жаркую погоду следует заканчивать в 1—2 дня. Если используют медленногустеющие жидкие битумы (класса МГ), длительность перемешивания может быть до 5 дней.

Устранение дефектов обычно состоит в добавке вяжущего в су­хую смесь или пылеватых частиц в жирную. В обоих случаях смесь дополнительно перемешивают.

Для окончательного разравнивания и профилирования смеси применяют автогрейдер, желательно с автоматической установкой отвала. Уплотнение более эффективно катками на пневматических шинах или виброкатками. Уплотнение следует вести от кромок покрытия или основания к середине с перекрытием ранее укатан­ной полосы на 0,3 ширины прохода. Можно также применять кат­ки с гладкими вальцами массой 5—10 т. В жаркую погоду для луч­шего уплотнения смесь можно увлажнить водой (2—3 л/м²). Не­большое количество воды в смеси, обработанной маловязкими вя­жущими, не снижает их сцепление с минеральными частицами.

Прилипание смеси к вальцам катков предотвращают смачиванием водой, мыльным раствором и др. Смачивание вручную по со­ображениям безопасности запрещено.

Число проходов катков по каждому следу можно определить по формуле (136); но величину а_и следует снизить на 10—30%(большее снижение для толстых слоев). По окончании уплотнения каждого слоя, особенно при применении катков с гладкими валь­цами, открывают движение, регулируя его по ширине для обеспе­чения нормального формирования слоя. Этот период длится 15— 20 сут для покрытий и 8—10 сут для оснований. При уплотнении

катками на пневматических шинах и вибрационными катками регу­лирование движения и уход за покрытием можно сократить до 5— 10 сут, а за основанием уход можно вообще не осуществлять, сразу укладывая верхний слой.

Обязательным условием окончания ухода за слоем, построен­ным по способу смешения на дороге, является его уплотнение до 0,95—0,98 от оптимальной плотности. Большая степень уплотнения для покрытий с движением более 1500 авт/сут, приведенных к сред­ней грузоподъемности.

Перемешивание минеральных материалов с вяжущими в пере­движных смесителях (рис. 83) возможно без подогрева минераль­ной части и с подогревом в передвижных сушильных барабанах. Во втором случае качество смеси существенно лучше, но технологиче­ский процесс несколько сложнее и стоимость работ выше.

Минеральный материал из вала подают элеваторным погрузчи­ком в бункер передвижного смесителя или в сушильный барабан, а затем в бункер, откуда поступает в смеситель. Сюда же из рас­ходного бака дозировочный насос подает подогретые битум или деготь, либо эмульсию без подогрева. Температура подогрева би­тума или дегтя, а также минерального материала в случае приме­нения сушильного барабана указана в табл. 45. В процессе переме­шивания обрабатываемая смесь перемещается к выпускному лот­ку, откуда попадает на основание либо в бункер асфальтоукладчи­ка или универсального распределителя. При работе без сушильного барабана влажность минерального материала должна быть такой же, как и при перемешивании простейшими машинами. В случае необходимости добавку извести в минеральный материал, обраба­тываемый эмульсией, подают в смеситель одновременно с мине­ральным материалом.

Смесь, изготовленную в передвижном смесителе, укладывают асфальтоукладчиком или универсальным распределителем (см. гл. 11). При применении автогрейдера технология та же, что при перемешивании смеси на дороге простейшими машинами.

Контроль качества предусматривает испытание вяжущих, щеб­ня и гравия в соответствии с ГОСТами, указанными в § 68. Песок испытывают по ГОСТ 8735—75, минеральный порошок — по ГОСТ 12784—78, готовые смеси — по ГОСТ 12801—77. В процессе приго­товления осуществляют отбор проб из валов готовой смеси в раз­мере 8—10 кг. Каждую новую партию вяжущего нужно контроли­ровать путем отбора проб 1—2 кг. Поперечный профиль и ровность слоя, построенного по способу смешения на дороге, проверяют в процессе уплотнения, осуществляя необходимые исправления.

Для оценки ровности может быть применена трехметровая рей­ка, которую кладут на поверхность параллельно оси дороги. Про­свет под рейкой при распределении смеси асфальтоукладчиком должен быть не более 7 мм, при применении автогрейдера — не более 10 мм. При использовании асфальтоукладчика с автомати­зированным обеспечением ровности (система «Стабилослой») и автогрейдера с автоматизированной установкой отвала (система «Профиль-1» или «Профиль-2») требования к ровности могут быть

соответственно повышены. В целях ускорения контроля ровности целесообразно применять многоопорную рейку.

Поперечный профиль, как указано выше, проверяют шаблоном. Допускаемое отклонение поперечного уклона должно быть не бо­лее +5%о. Отклонение ширины покрытия от проектной не должно превышать 10 см.

Контроль плотности покрытия следует осуществлять с помощью поверхностных радиоизотопных плотномеров. Возможно также вы­буривание кернов или взятие вырубок.

Плотность покрытия непосредственно после уплотнения должна быть не менее 0,9, а после дополнительного уплотнения проездом транспортных средств — не менее 0,95 от плотности переформованных образцов. Кроме того, в лаборатории определяют предел прочности на сжатие при 50 и 20^е С (R₅₀ и R₂₀) ; коэффициент водоустойчивости (К_вод); коэффициент теплоустойчивости (К_т), определяемый для -смесей на эмульсиях; водонасыщение; набухание. Дальнейшее со­вершенствование методики контроля качества в данном, как и в других случаях, связано с применением вероятностного подхода,