Из всех задач, поставленных перед дорожным строительством, наиболее важными являются обеспечение требуемой надежности и долговечности как дороги в целом, так и ее отдельных конструктивных элементов — земляного полотна, дорожной одежды, искусственных сооружений и т. д. В связи с этим в последнее время используются новые технологии, позволяющие достичь высокого качества при производстве работ, переработать вторичные материалы, также применяются новые дорожно-строительные материалы с улучшенными прочностными и деформативными характеристиками, что ведет к увеличению межремонтных сроков службы дорожной одежды и к сокращению затрат при ремонте и содержании дороги.
Тем не менее, остается ряд проблем, связанный с недоступностью в отдельных регионах страны тех или иных дорожно-строительных материалов, недостатком дорогостоящего технологического оборудования и дорожной техники, сложностью отдельных технологических процессов, которые ведут к сужению круга применяемых технологий.
Например, строительство оснований дорожных одежд из укатываемых бетонов не является новой технологией — метод известен с 80-х годов прошлого века. Однако и по сей день не решены многие проблемы, ограничивающие применение этой технологии.
Строительство оснований из укатываемого бетона позволяет относительно быстро создать качественное и прочное основание под дорожную одежду, способное служить до 25−30 лет [36,38]. Машины и механизмы для реализации этой задачи необходимы самые распространенные — автогрейдеры, асфальтоукладчики, звено катков. Однако в процессе устройства слоев дорожной одежды имеются проблемы, сдерживающие широкое распространение этой технологии. Следовательно, до сих пор не создано эффективной технологической схемы по устройству слоев дорожных одежд из укатываемого бетона и технология не изучена в целом.
В связи с этим актуальным является решение задачи комплексного изучения технологии строительства слоев дорожной одежды из укатываемого бетона с добавлением дробленого асфальтобетона как модификатора, позволяющего стабилизировать технологические качества укатываемой бетонной смеси и прочностные показатели получаемого бетона.
Цель работы — обоснование технологии устройства слоев оснований дорожной одежды из укатываемого бетона, модифицированного дробленым асфальтобетоном, выявление изменения структуры и свойств материала.
Научная новизна работы заключается в следующем:
— найдено оптимальное количество дробленого асфальтобетона в укатываемом бетоне с использованием теории перколяции и вероятностно-геометрического анализа;
— предложен физико-химический механизм, объясняющий взаимодействие цементного теста и дробленого асфальтобетона при формировании композитного материала;
— исследованы особенности формирования структуры укатываемого бетона с дробленым асфальтобетоном;
— предложена технология введения дробленого асфальтобетона в укатываемую бетонную смесь;
— установлены и смоделированы режимы технологии укатываемого бетона.
На защиту выносятся следующие основные положения:
— особенности формирования структуры укатываемого бетона с дробленым асфальтобетоном;
— технология введения дробленого асфальтобетона в укатываемую бетонную смесь;
— теоретическое обоснование оптимального количества дробленого асфальтобетона в укатываемом бетоне;
— физико-химический механизм, объясняющий взаимодействие цементного теста и дробленого асфальтобетона при формировании композитного материала;
— исследования режимов технологии укатываемого бетона.
Практическая значимость работы:
Разработаны составы укатываемого бетона различных марок с добавлением дробленого асфальтобетона.
Разработан технологический регламент на устройство оснований дорожной одежды из укатываемого бетона с добавлением дробленого асфальтобетона, начиная с момента приготовления укатываемой бетонной смеси и заканчивая операциями по уходу за уложенным слоем.
Разработан проект технических условий на смеси бетонные укатываемые с добавлением дробленого асфальтобетона.
Установлен фактический модуль упругости различных видов укатываемых бетонов, который может быть использован при проектировании жестких дорожных одежд, а также при проектировании асфальтобетонных покрытий на основании из укатываемых бетонов.
Расширена область применения старого асфальтобетона.
Реализация работы осуществлена на предприятиях АБЗ-4 «Капотня» и ОАО «Асдор». Построен опытный участок основания из укатываемого бетона с добавлением дробленого асфальтобетона на 16 км автомобильной дороги Москва-Нижний Новгород в 2003 г.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на научно-исследовательских конференциях МАДИ-ГТУ в 2003, 2004, 2005 и 2006 годах, на Международной научно-технической конференции в Вологодском государственном университете (Вологда, 2003 г.) и др.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, приложений и списка литературы. Работа изложена на 197 страницах машинописного текста, содержит 48 таблиц и 32 рисунка.
Список литературы
включает 104 наименований отечественных и зарубежных авторов.
Общие выводы.
1. Найдено оптимальное количество дробленого асфальтобетона в бетонной смеси, оно составляет 25−50% от массы песка, или 218−435 кг/м3. При меньшем значении (218 кг/м3) достигаются наиболее высокие прочностные показатели, при больших значениях повышаются удобоукладываемость и удобообрабатываемость бетонной смеси, ее однородность, деформативные свойства получаемого бетона.
2.
Введение
дробленого асфальтобетона в укатываемую бетонную смесь модифицирует структуру укатываемого бетона. Получаемая структура имеет кристаллические и коагуляционные связи, обусловливающие специфические свойства конгломерата. Это позволяет повысить деформативность, морозостойкость, сопротивляемость изгибающим и растягивающим нагрузкам по сравнению с укатываемым бетоном без дробленого асфальтобетона — свойства, определяющие срок работы бетона в дорожной конструкции. Необходимая однородность структуры достигается технологическими приемами — изменением порядка введения исходных материалов в смесь при ее приготовлении, времени перемешивания.
3. Замена в укатываемой бетонной смеси части песка дробленым асфальтобетоном фракции 0−5 мм, имеющих более развитую шероховатую поверхность, способствует физико-химическому взаимодействию частиц дробленого асфальтобетона и цементного камня, что приводит к упрочнению структуры.
4. Моделирование технологических режимов в лабораторных условиях позволяет стабилизировать следующие технологические операции:
— найденное оптимальное время перемешивания укатываемых бетонных смесей в процессе приготовления равно 140−150 секундам;
— транспортирование укатываемых бетонных смесей можно выполнять до 3 часов без потери влажности за счет добавления дробленого асфальтобетона и (при необходимости) битумной эмульсии. У укатываемых бетонных смесей без дробленого асфальтобетона и битумной эмульсии время транспортирования составляет 0,5−1 час;
— добавление дробленого асфальтобетона в укатываемую бетонную смесь позволяет поддерживать жесткость бетонной смеси в пределах 120−140 сек до 2−2,5 часов. Для бетонной смеси без дробленого асфальтобетона уже через 30 минут жесткость смеси составляет 200 секунд, что свидетельствует о ее непригодности. Это особенно важно, так как жесткость — важнейший технологический показатель смеси.
— выбран оптимальный режим уплотнения — комбинированный, сочетающий в себе виброуплотнение и статическое уплотнение. При этом достигается наибольшая прочность получаемого бетона.
5. Прочность на сжатие у укатываемых бетонов классов В7,5 и В25 не ниже, чем у аналогичных бетонов без добавки дробленого асфальтобетона, а главный показатель для дорожного цементобетона — прочность на растяжение при изгибевыше. Увеличение прочности на сжатие составляет 10−13%, прочности на растяжение при изгибе — на 12,5%.
Деформативность укатываемого бетона увеличивается при введении дробленого асфальтобетона в 1,5−2 раза, следовательно, возрастает трещиностойкость. Это значит, что швы можно нарезать с большим интервалом.
6. Разработаны «Технологический регламент на устройство оснований из укатываемого бетона с добавлением дробленого асфальтобетона» и «Технические условия на укатываемые бетонные смеси с добавлением дробленого асфальтобетона». Проведено строительство опытного участка с использованием разработанных документов. Проведенная технико-экономическая оценка применения укатываемого бетона с добавлением дробленого асфальтобетона указывает на целесообразность его применения.
7. Результаты теоретических, лабораторных и натурных исследований подтверждают целесообразность и возможность использования, на основе разработанных технологических приемов теории перколяции и вероятностно-геометрического анализа для регулирования состава и свойств укатываемых бетонов с добавлением дробленого асфальтобетона.
