Коэффициент уплотнения асфальтобетона: определение, понятие, характеристика, классификация, формула расчета и применение в промышленности

На качество дорожного покрытия в большой степени влияет метод укладки материала. Асфальтобетон всегда необходимо тщательно уплотнять. Иначе из-за его недостаточной плотности покрытие будет некачественным, и дорога начнет разрушаться сразу же после ремонта или постройки. В этом процессе нужно учитывать немало нюансов, в частности брать в расчет коэффициент уплотнения асфальтобетона.

Уплотнение

Уплотняют дорожный верхний слой уже на последнем этапе его укладки. Действенность этого процесса будет зависеть от производителя продукта, температуры, при которой производят кладку, доли битума, расчетов, в том числе от расчета коэффициента уплотнения асфальтобетона, и многих других факторов.

С трудом процедуре уплотнения подвергаются продукты, в которых отмечается высокое содержание дробленого песка. Но тем не менее процедура, даже с их использованием очень важна. Так, согласно статистическим данным, 50 % разрушений на дорогах было спровоцировано тем, что уплотнение асфальтобетона было выполнено неправильно, в недостаточной мере.

Особенности

В ходе осуществления данного процесса формируется структура дорожного покрытия, что ведет к его прочности. Влияние грамотного уплотнения асфальтобетона проявляется в следующих процессах:

• Твердые частицы материала сближаются, и он становится прочнее.
• Воздух выжимается и покрытие становится менее пористым, что в свою очередь приводит к повышению водо- и морозостойкости дорог.
• Умножается количество связей на единицу объема, что приводит к долговечности и надежности покрытия.
• Температурные свойства АБ улучшаются, и покрытие начинает в меньшей степени реагировать на нагревы либо охлаждения.

Методы

Способов осуществления данной манипуляции существует несколько. Применяют их, учитывая экономическую выгоду от всего мероприятия и объем работы.

Укаткой является перекатывание барабана либо пневматической шины. Выбор оборудования делают, беря во внимание остальные используемые агрегаты, особенности поверхности. В результате процедуры в слоях появляется остаточная деформация.

В процессе повышения плотности она уменьшается. В конечном итоге остаются крепкие слои без деформаций. Во время укатки уплотнение получается очень сильным. Оно при грамотном выполнении даже не допускает дополнительной усадки асфальтобетона после уплотнения при езде автомобилей.

Наилучшие результаты достигаются, если температура средств для проведения процедуры была выбрана оптимальная. Обычно нужно на 60 градусов больше температуры размягчения используемых вяжущих средств. Чаще всего хватает 105-120 °С. Осуществляют процедуру, используя особые асфальтоукладчики, предназначенные именно для работы с такой температурой.

Вибрирование является еще одним способом проведения укатки. При укладке данного типа поверхности сообщаются колебания, при которых достигается наилучшее уплотнение . Для этого нужны специальные машины.

Определение коэффициента

Чтобы испытать готовую дорожную поверхность, вырубают либо высверливают образцы в трех местах на участке площадью 700 метров квадратных. Пробы отбираются в течение 1-3 суток, если речь идет о горячей смеси, и 15-30 суток, если используют холодную. Характеристики образцов зависят от состава. В песчаном асфальтобетоне образец должен иметь размер не меньше 50 мм в диаметре и общую массу 1 кг. Если это мелкозернистый материал, то нужно использовать 70 мм и 2 кг. Крупнозернистый требует 100 мм и 6 кг.

Из образцов для опытов выбирают 3 пробы формы параллелепипеда. Длина стороны составляет 50-100 мм. Чтобы определить, какой коэффициент уплотнения асфальтобетона будет в данном случае, пользуются следующим алгоритмом:

1. Первым делом сушат образцы до постоянных масс, затем остужают и вывешивают на воздухе.
2. Затем высчитывают фактическую плотность.
3. Далее рассчитывают среднюю величину по 3 образцам.
4. Пробы с кернами греют в термических шкафах. Температура для этой процедуры определяется отдельно для каждого вида смеси.
5. Затем образцы измельчают, распределяя их по формам, уплотняют под прессом с давлением 40 МПа, далее измеряют высоту.
6. Пробы горячих смесей уплотняют вибрированием, а после доуплотняют под прессом.

Исходя из полученных данных, узнают плотность деформированных образцов. Высчитывают средние стандартные показатели. Коэффициенты уплотнения рассчитывают, деля фактическую плотность на стандартную. Если выясняется, что величина недостаточная, то считается, что расчет уплотнения асфальтобетона неверен: поверхность уплотнена плохо.

Значение

Нет особой надобности в том, чтобы расписывать значимость данного показателя. Определение коэффициента уплотнения асфальтобетона самым прямым образом сказывается на последующих характеристиках поверхности. Он применяется и в ремонте покрытий, и в их возведении.

На данный момент передовые технологии и формулы расчета коэффициента уплотнения асфальтобетона позволяют чаще всего выполнять задачу по обустройству дороги успешно. Покрытие получается ровным и достаточно плотным. Средние коэффициенты уплотнения асфальтобетона, к примеру, для Санкт-Петербурга за последние 5 лет составляли 0,98-0,99. Брак уплотнения редко превышал 3-5 %.

Перечень требований

Коэффициент уплотнения асфальтобетона по ГОСТу должен соответствовать ряду требований. Среди них такие показатели:

• Более 0,98 – для холодных смесей.
• Более 0,98 – для горячих смесей типа В.
• Более 0,99 – для горячих смесей типа А и Б.

Важно и правильно использовать технологическую схему уплотнения дорожного покрытия.

Технологическая схема

Главное требование в процессе уплотнения – выполнять процедуру при максимально высокой температуре поверхности. Когда температура повышена до 100-140 °С, поверхность становится менее вязкой. Каток прикладывает касательные усилия, которые превышают сопротивление сдвигообразованию. Данный момент является наиболее удачным для грамотного повышения плотности.

Когда смесь охлаждается, битум становится более твердым. Усилий для повышения плотности нужно больше: к примеру, при температуре 70 °С число прохождений катком увеличивается втрое. На продление действия влияет и трение песка и камня, и уровень сцепления битума с камнем.

Когда применяются агрегаты с рабочими органами по уплотнению, то появляются возможности для уплотнения силами техники. Это ведет к созданию ровных слоев покрытия. Виды асфальтоукладчиков и усилия по предварительному уплотнению оказывают влияние на выбор вида катков. Обычно доуплотнение осуществляют с использованием легких катков в 5-6 т либо пневмошин.

На длительность процедуры влияет толщина слоя, его вид и погодные условия. Когда температура ниже 10 °С, процедуру осуществляют за пару минут.

Акт пробного уплотнения

Акты пробного уплотнения относятся к категориям производственно-технической документации во время дорожных работ. Составляют акты уже после того, как проводят исследования по определению значения коэффициента уплотнения асфальтобетона.

В состав актов включают ряд нюансов. Список исчерпывается следующими пунктами:

• Наименование и особенности объекта.
• Характеристики материала.
• Условия, при которых его уплотняют – температура как покрытия, так и воздуха.
• Количество проведенных проходов, скорость катка.
• Результаты лабораторных исследования – толщина слоев, плотность, коэффициент уплотнения выравнивающего слоя асфальтобетона.

Акты подписываются представителями лабораторий, которые проводили анализы, представителями производителей.

Укладка

Готовая дорожная поверхность должна соответствовать требованиям ГОСТа и ТУ. Если, к примеру, коэффициент уплотнения асфальтобетона ГОСТу не соответствует, то дорога очень быстро разрушается, и вновь тратятся средства на проведение ее ремонта.

Укладку поверхности производят по следующим этапам:

• В первую очередь исследуют особенности почвы, уровень грунтовых вод, правильность проведения других геодезических работ. Затем выбирают соответствующий вид покрытия. Выбирают его как с учетом особенностей участка, так и необходимых требований к дороге.
• Далее выбирают оборудование. Рассчитывают сроки выполнения задачи, определяют примерную дату запуска дороги.
• Проводят работы по укладке.

Обязательно большое внимание уделяют подбору машин для укладки асфальта, расчету требуемого коэффициента уплотнения асфальтобетона, соблюдению требований ГОСТа.

Необходимые элементы

При этом возведение дорог состоит не только из процедуры укладки. Ведь нужно предварительно снести верхние слои грунта, избавить их от корней деревьев и трав. В противном случае покрытие будет ими разорвано. Тщательно проводят устройство дренажной системы.

Затем производят закладку основания. Редко его выполняют из монолитного бетона: все дело в том, что такой фундамент стоит значительно больше его конкурентов. Поэтому чаще применяют щебень. Закладывают его по слоям: сначала нижний слой из крупных камней – до 70 мм, который позволяет отводить грунтовые воды, затем средний – до 40 мм, который помогает равномерному распределению нагрузок, а в конце верхний – до 20 мм, он также распределяет нагрузки и способствует усадке асфальтобетона после уплотнения.

Как осуществляют укладку

Сам процесс производят асфальтоукладчики. Это модули на гусеницах либо с тракторными ходами, к ним прикрепляют рабочие органы – трамбующий брус и выглаживающую плиту. Плита бывает вибрационная и статическая.

Самосвалы грузят смесь в приемные бункеры машины, затем она переходит к шнековой камере и распределяется по всей ширине укладки. Машины выбирают с учетом их мощности и производительности. Это важно, поскольку для разных типов возведения нужны самые различные свойства агрегатов. Обычно ровные покрытия получаются при применении гусеничных машин. Но в условиях узких улиц города используют чаще колесные машины. Чем шире укладка, тем экономичнее процесс.

Чтобы окончательно уплотнить покрытие, применяют аппараты, которые соответствуют типу поверхности. Это могут быть легкие катки до 4 т, средние – до 6 т, катки-тандемы, виброплиты и так далее.

Персонал

Большую роль играют исполнители. Нужны люди, которые грамотно рассчитают требуемый коэффициент уплотнения асфальтобетона, так как иначе весь процесс будет проделан впустую. Для создания прочной поверхности нужны:

• Машинист афсальтоукладчиков.
• Водитель самосвала.
• Мастера-дорожники в количестве 5-10 человек.

Все они должны четко следовать технологическим инструкциям по укладке АБ.

Технологическая инструкция

Создание дорожной поверхности должно происходить в теплое время года при температуре +10 градусов в осеннее время и +5 – в весеннее.

Согласно стандарту ГОСТ, материалы АБ делят на две разновидности:

• Для укладки при температуре воздуха выше +5 °С.
• Для укладки при температуре от -25 до +5 °С.

Процесс осуществляют по примерно одинаковым схемам. Но различной будет температура нагревания смеси. Она будет зависеть от погоды, типа асфальтобетона, толщины поверхности. Ни в коем случае не укладывают асфальт во время дождя.

Как и неправильное определение коэффициента уплотнения асфальтобетона, ошибки в доставке смеси определенной температуры могут стать фатальными. Время доставки стараются сокращать до самых минимальных значений.

Асфальтобетон погружают в асфальтоукладчики непрерывно. Если появляются паузы, то остатки материала не извлекают из бункеров, чтобы не остывал питатель. Их прикрывают до момента, пока возобновятся поставки. К концу работы смесь обязательно расходуют до конца, и нигде не должен остаться асфальтобетон.

Машина работает со скоростью 2,5-3 м/мин, величина является постоянной. Погрузка теплых горячих смесей осуществляется, когда включен трамбующий брус. В случае работы с холодными материалами его выключают. Обязательно подрезают края полос сразу после завершения работ по повышению плотности.

В случае, если на участке остались неуложенные узкие полосы, то укладывают асфальтобетон вручную. Не во всех случаях возможна работа машин, если речь идет, к примеру, об узких городских улицах, о виражах. Выравнивание осуществляют катками из металла. До начала работы обязательно разогревают инструменты.

После укладки поверхности уплотнение осуществляют посредством трамбующих машин, катков, вибрационных агрегатов и так далее. Если в каких-то областях обнаруживаются дефекты, то их смазывают с помощью горячего битума, а затем, заполнив асфальтобетоном, уплотняют. В процессе укладки следят за температурой смеси и толщиной слоев.

Ямочный ремонт

На сегодняшний день асфальтобетон является главным материалом, применяемым в дорожно-строительных работах. Все улицы, мосты и аэродромы выложены именно им. Но существует множество его видов. К примеру, некоторые из них используются в гидроизоляции крыш, туннелей, в обустройстве пола и так далее.

В зимнее время применяют холодные смеси для заделывания ям на дорогах. Коэффициент уплотнения асфальтобетона важно рассчитывать и в таком случае предельно точно. Пользуются для этого все той же формулой. Для расчета делят фактическую плотность образцов на стандартную. Грамотно выверенная величина уплотнения асфальтобетона после укладчика позволяет асфальту служить долго. Если же установлено, что плотность недостаточна, то работу проделывают заново, иначе дорога разрушится быстро. Поэтому формулой коэффициента уплотнения асфальтобетона важно пользоваться правильно.

Технологии

Ямочный ремонт – не самый сложный процесс. Если выбоина небольших размеров, то заделывают ее ручными инструментами. Разметку участков осуществляют картами, обрубают контуры швонарезчиками, пневматическими либо гидравлическими отбойными молотками, перфораторами и так далее. Если яма большая, используют прицепные фрезы.

Затем очищают яму от строительного мусора и обрабатывают жидким битумом. Это также проделывают вручную, а иногда с применением автогудронаторов. Подвозят асфальтобетон на самосвалах, но если объемы малы, а дефекты разбросаны, то присутствуют риски того, что смесь рано застынет. Поэтому применяют ремонтеры с постоянным прогревом смеси.

Смеси, доведенные до нужных температур, заливают в яму. Подаются они вручную или асфальтоукладчиками. Если выбоина неглубокая, то предварительно в нее закладывают щебень. При определении толщины укладки асфальтобетона берут во внимание ГОСТы уплотнения асфальтобетона, оставляя запас для него. Повышают плотность поверхности, используя ручные механические либо специальные катки.

Расход

Количество материала, расходуемого на ремонт дороги, зависит от толщины слоев и площади участков дорог. Толщина слоев будет зависеть от типа дороги.

Значения как объема АБ, так и коэффициента уплотнения асфальтобетона на тротуарах и автостоянках будут различаться. К примеру, если требуется положить асфальт на 10 квадратных метрах на автостоянке, нужен будет слой из 4-5 см материала, все потому, что не предполагается, что здесь будут проезжать фуры.

Расчет будет производиться так: 10 кв. м * 0,05 м * 2200 кг/куб. м, где последняя величина – плотность материала. То есть укладка покрытия на данный участок требует 1100 кг смеси.

В 1 куб. м – около 2250 кг. Поэтому, чтобы обустроить площадку, нужно 1100 кг/2250 кг = 0,49 куб. м.

Оборудование

Нередко используют технику HAMM EU для уплотнения асфальтобетона и грунта. Все дело в том, что оборудование данного производителя простое в эксплуатации. Нередко рекомендуется HAMM в книгах об уплотнении асфальтобетона и грунта. Этот производитель существует с 1911 года, поэтому успел войти в многочисленные сборники даже старых образцов.

Контроль качества

До начала осуществления работы по устройству покрытий всегда проверяют режимы работы машин и устанавливают требуемую скорость асфальтоукладчиков. Работая над дорожным покрытием, всегда определяют коэф. уплотнения асфальтобетона, чтобы уточнить состав отряда катков, режим их работы. Требуемую плотность определяют, исследуя образцы, которые были отобраны уже после укладки покрытия асфальтоукладчиками. Образцы берут не раньше, чем через 2 часа с момента прохода машины.

Важные моменты

Укатывают поверхность с помощью уплотняющей машины всегда с перекрытиями следов в 15 см. Это значение является минимальным для данного показателя. Нужно всегда отслеживать процесс, чтобы каждая полоса, подвергаемая укатке, обрабатывалась машиной одинаковое количество раз.

Катки всегда возвращаются по тем же полосам на уже остывшие поверхности и лишь там маневрируют. Это позволяет дорожному покрытию быть ровнее. Уплотнять начинают от кромок – краевых полос. В случае их отсутствия с краев оставляют неуплотненными полосы шириной 30-40 см, чтобы не деформировать все еще не остывшие неуплотненные смеси.

Далее такие полосы уплотняют катками, которые специально оборудованы устройствами для повышения плотности кромок либо пневмоколесными катками. Если финишер движется ступенчато, то в процессе укладки смеси плотность повышают, начиная с внешних краев и двигаясь к центру. Полоса шириной 30-40 см остается в самом центре без уплотнения. К ней приступают в последнюю очередь, что позволяет добиться соединения всех полос укладки.

Уплотнение продольных швов осуществляется двумя путями. В первом уплотнять начинают вдоль продольных швов, при этом валец катка на 10-20 см захватывает не укатанные еще слои. А остальная поверхность вальца проходит по укатанным и остывшим асфальтобетонным покрытиям.

Продольные швы уплотняют и таким методом: на катке проезжают по уже уплотненным слоям лишь краями вальца в 10-20 см. Осуществляя такой маневр, можно не столкнуться с движением транспортного средства на действующих полосах. Поэтому проезд не затрудняется.

Уплотнение поперечных швов осуществляют в перпендикулярном направлении по отношению к укладке АБ смеси. В этой случае валец машины на 10-20 см попадает на горячие неуплотненные поверхности дорог. Маневрировать катку в данных условиях сложнее, так как площадь, где он это проделывает, оказывается ограниченной. По этой причине удобнее использовать малогабаритные машины.

Уплотняя участки на поворотах дороги, начинают с вогнутых сторон и двигаются дальше по прямой траектории. На уже укатанных участках дорожных поверхностей перемещают каток по касательным. Скорости маневров машины должны быть одними и теми же. На данных поверхностях чаще применяют катки с составными вальцами.

Трудности в уплотнении

Со временем нагрузки на магистрали и дороги по всей стране только возрастают. По этой причине постоянно растут требования к показателям их качества. Все это привело к изобретению новых методов и устройств для повышения плотности поверхностей. К примеру, были собраны вибробрусы самых разных видов. Известные зарубежные производители машин для дорожно-ремонтных работ разработали вибробрусы. Чаще всего виброуплотнение поверхностей дорог без укаток позволяет добиться лучшей ровности. Однако их применение не является гарантией того, что заданная степень плотности будет достигнута.

На данный момент многими фирмами исследуется вопрос использования вибробрусов в самых разных случаях, связанных с ремонтом и возведением дорог. Швейцарцами был разработан каток нового поколения, чей рабочий орган вибрирует и в вертикальных, и в горизонтальных направлениях. Он постоянно контактирует с поверхностями уплотняемых слоев дороги.

Очень важен вопрос о том, возможно ли непрерывно определять степень уплотнения дорожного покрытия прямо в процессе работы над укладкой. Такая возможность уже существует благодаря изобретению радиоизотопного зонда, который помещают под раму катка. На приборных щитках, находящихся в кабине машины, рабочий видит данные о том, в какой степени уплотнено покрытие. Если цвет на панели желтый, то плотность нужно повышать. Если зеленый – то заданная величина этого главного показателя была получена.

Причины брака

Несмотря на строгую регламентацию всего процесса, наличие всех необходимых расчетов, браки в ремонте дорог встречаются. Доля их не очень велика, но она есть. Обычно это случается, если устраиваются тонкие выравнивающие слои в 2-3 см. Иногда встречаются браки и при укладке обычного слоя в 5-6 см, когда применяются песчаные смеси. Порой так происходит и с толстыми нижними слоями в 9-10 см из крупнозернистых смесей.

Казалось бы, случаи стандартные, и места ошибкам быть не может. В чем же причины брака?

Среди основных предпосылок для его появления выделяют сами орудия, которые выполняют операции по уплотнению. То есть технические несовершенства техники, включая вибрационные катки, приводят к ошибкам. Конечно, это берут в расчет, когда был исключен человеческий фактор – наличие нарушений, ошибок в расчетах, упущения самой рабочей группы.

Так, на бытовом уровне никому не придет в голову забить гвозди, применяя кувалду, либо начать забивать железнодорожные костыли, используя домашний молоток. Но дорожным подрядчикам фактическим доводится проделывать это на дорогах. К примеру, они порой одним и тем же катком, который имеется у них в наличии, уплотняют и тонкий в 2-3 см, и средний в 5-7 см, и толстый в 10-12 см слои асфальтобетона. Проведя анализ и расчеты, любой поймет, что в каждом из этих случаев нужно менять скорость техники.

Если также учесть то, что различается стартовая плотность горячей смеси после работы над ней укладчика (с коэффициентом уплотнения 0,83-0,97), состав по гранулометрии, вязкость битумов, прочность и жесткость фундамента, технологические стадии повышения плотности, погодные условия, то сразу становится понятно то, почему невозможно обеспечить одним или двумя катками совершенную работу над дорожным покрытием.

Подрядчик не заинтересован в приобретении машины на каждый отдельно взятый случай, ведь их нужно тогда очень большое количество.

Поэтому бессмысленно упрекать производителей оборудования для дорожных работ в том, что они не берут во внимание такие особенности, всплывающие на практике, и не включают в свои продукты возможность менять характеристики машин. И даже сам принцип регулирования, который основывается на изменении центробежных сил методом задания разных значений (обычно их около 2), в редких случаях дает обоснованные шаги и диапазоны влияния на ход работы. Машины просто не способны охватывать все перечисленные виды и условия укладки и уплотнения.

Настало время переосмыслить и пересмотреть сам механизм осуществления данной процедуры. Иногда виброкатки одного и того производителя, одинакового веса могут иметь отличающиеся уплотняющие способности. Это доказывает то, что их практическое предназначение не было задумано широко. Также это нередко вводит в заблуждение самих рабочих, которые не обладают критериями выбора и применения подходящих видов машин.

Порой возникает ощущение, что неудачи случаются из-за слишком большого «насилия» над дорожным покрытием со стороны катка, а также из-за недостаточного его воздействия на поверхность. Все эти факторы ведут к тому, что процесс становится достаточно непредсказуемым, и плачевные результаты постоянно наблюдают россияне на дорогах страны.

Заключение

То, как осуществляется укладка и уплотнение асфальтобетона, влияет на дорогу не меньше, чем грамотный подбор смесей для работы над ней. Нельзя допускать нарушений технологии, неправильного расчета коэффициента уплотнения, иначе дороги в скором времени приходят в негодность.