Технологическая повреждаемость некоторых геосинтетических материалов, применяемых для армирования асфальтобетонных покрытий

Рис. 5. Устройство и разбор верхнего сло

Д-р техн. наук В.В. Сиротюк, аспирант Г.М. Левашов (СибАДИ) Конт. тел.: +7 (3812) 65-27-00

12.03.2008

   Предложена методика определения технологической повреждаемости геосинтетических материалов, применяемых для армирования асфальтобетонных покрытий. Приведены результаты проведённых испытаний

   

   В последние годы отмечается значительный рост грузоподъёмности и скорости движения транспортных средств наряду с интенсивным увеличением нагрузки на дорожное покрытие, которое должно обеспечивать безопасное движение транспорта и обладать устойчивостью погоднолиматическим воздействиям. В связи с этим, возрастают требования к транспортно-эксплуатационным показателям покрытий автомобильных дорог.

   В настоящее время асфальтобетон, широкое применение которого в мире началось с прошлого века, по-прежнему остается наиболее распространенным материалом для устройства покрытий автомобильных дорог. Однако физические возможности асфальтобетонных покрытий длительно сохранять высокую прочность, ровность и сплошность при высоких нагрузках постепенно исчерпываются.

   На основе анализа результатов отечественных и зарубежных исследований, а также опыта строительства можно отметить, что армирование асфальтобетонных покрытий геосинтетическими материалами (ГМ) позволяет повысить их сопротивление растягивающим напряжениям от транспортных нагрузок и температурных воздействий, уменьшить трещинообразование и колееобразование, увеличить срок службы в 2-4 раза. 

   Однако, как показывает практика, не всегда удается достичь существенного положительного эффекта при армировании покрытий с использованием ГМ. Отсутствует единое мнение как в вопросах конструирования и расчета армированных покрытий, так и отношении выбора наиболее эффективных ГМ, применяемых для этой цели. 

   Существуют предположения и имеются некоторые данные о технологической повреждаемости ГМ в процессе укладки и уплотнения асфальтобетонного слоя, причём степень повреждаемости может оказать существенное влияние на получаемый результат, но опубликованных и достоверных результатов исследований этого явления авторами не найдено.

   При уплотнении асфальтобетонной смеси катками, особенно при первых проходах, возникают не только нормальные, но и сдвиговые нагрузки и деформации с вертикальным и горизонтальным перемещением щебня и остальных составляющих смеси. Происходит сдвиг верхних слоёв материала относительно нижних, горизонтальные перемещения частиц при этом составляют от 2,5 до 5 см. Внешним проявлением этого эффекта является волна материала перед вальцом. Постепенно, по мере увеличения плотности и модуля деформации асфальтобетона, снижения температуры смеси, возрастает сдвигоустойчивость материала, и к третьему-четвёртому проходу катка волна практически исчезает.

   Как показывает практика, полностью исключить волну не удаётся. Более того, доказано, что это и не нужно, так как горизонтальные нагрузки и перемещения способствуют более плотной упаковке частиц уплотняемого материала с образованием жёсткого каркаса из щебня, устойчивого к воздействию нормальных нагрузок.

   Для исследований и определения повреждаемости при уплотнении были использованы различные ГМ российского и зарубежного производства (табл.1). 

Таблица 1 - Некоторые свойства исследуемых геосинтетических материалов.

  Для исследования закономерностей явления технологической повреждаемости ГМ, рекомендуемых для армирования асфальтобетонных покрытий, предложена соответствующая методика и изготовлено специальное оборудование. Сущность метода состоит в моделировании воздействий уплотняющих средств в лабораторных условиях. С целью проведения испытаний использовали универсальную уплотняющую установку (уплотняющий стенд СибАДИ) для моделирования работы гладковальцовых катков статического действия (рис. 1).

Рис. 1. Установка для моделирования воздействия уплотняющих средств: 

1 – форма; 2 – валец; 3 – каретка для размещения пригруза; 

4 – механический привод

Процедура испытаний описана ниже

   Мелкозернистую асфальтобетонную смесь типа Б, марки II, на битуме БНД 90/130, разогревали до температуры 130оС и укладывали в форму 1, затем равномерно распределяя материал слоем толщиной 6 см и уплотняя его вальцом 2. По мере увеличения плотности смеси добавляли пригруз в каретку 3, увеличивая удельное давление до величин, характерных для лёгкого, среднего и тяжёлого катков. Количество проходов назначали пробным уплотнением для достижения коэффициента уплотнения смеси 0,99.

   После уплотнения нижнего слоя асфальтобетона каретку 3 разгружали, валец 2 приподнимали над формой 1. Поверх остывшего до 20оС асфальтобетонного слоя раскладывали полосу ГМ. Подгрунтовку не выполняли, так как это значительно усложняет процесс извлечения ГМ из конструкции. Далее производили укладку и уплотнение горячей мелкозернистой смеси в верхнем слое асфальтобетонного образца. При этом, толщину верхнего слоя в уплотненном состоянии принимали равной 4, 6 и 8 см.

 После окончания процесса уплотнения верхнего слоя, не дожи-даясь остывания материала слоя, его снимали вручную и извлекали ГМ (рис. 2). 

Рис. 2. Процесс извлечения геосетки из конструкции

   После извлечения ГМ из асфальтобетонного образца выполняли визуальную оценку степени повреждения поперечных и продольных прядей на каждом метре по длине полосы (рис. 3). 

Рис. 3. Характерный пример изменения внешнего вида  некоторых геосеток:

до (А) и после (Б) испытания

  Кроме визуальной оценки, проводили испытание ГМ на разрыв. При разработке данной методики, за основу был взят международный стандарт ISO 10319:2008 [6] и ASTM D 4595 [7]. Крепление образцов осуществляли с помощью специальных «улиточных» зажимов, которые не повреждают сечение ГМ, так как в противном случае ГМ часто рвёт-ся в местах зажимов. Испытания проводили при температуре материала 20±2°С. Предел прочности при растяжении образцов определяли на разрывной машине МР-5 при постоянной скорости опускания нижнего барабана 20±2 мм/мин. Для предварительного натяжения образца создавали предварительное усилие величиной 2Н. Начальное расстояние между осями барабанов – около 400 мм.

  Потерю прочности ГМ (повреждаемость – П, %) в процессе уплотнения асфальтобетона вычисляли по формуле:

  Для исследования зависимости технологической повреждаемости ГМ при устройстве верхнего асфальтобетонного слоя от размера ячеек геосетки и толщины конструктивного слоя применяли методы матема-тического планирования эксперимента [8]. Графическая интерпретация одного из полученных результатов приведена на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость повреждаемости ГМ от толщины  вышележащего уплотняемого слоя и размера ячеек геосетки

 Математическая модель исследуемого процесса представлена в виде уравнения регрессии с натуральными значениями исследуемых факторов:

   Для оценки адекватности полученного уравнения регрессии использовали F-критерий Фишера. При этом, расчётное значение критерия составило F = 1,78, а табличное значение при 5% уровне значимости – 

Следовательно, полученная математическая модель позволяет адекватно описать зависимость повреждаемости геосеток для толщины вышележащего слоя от 4 до 8 см и среднего размера ячеек геосетки от 25 до 50 мм. 

 Кроме математической проверки адекватности полученных моделей, проведена оценка соответствия результатов исследования техно-логической повреждаемости ГМ, получаемых на стенде (см. рис. 1), а также в реальных производственных условиях. С этой целью было осуществлено экспериментальное строительство армированного асфальтобетонного покрытия. Опытный участок, расположенный на проспекте Губкина, был устроен с привлечением ДРСУ-2 (г. Омск).

   На нижний слой покрытия из мелкозернистого пористого асфальтобетона были уложены образцы ГМ размером 2,5х0,7 м. Для предотвращения сдвигов полос ГМ их крепление к нижнему слою осуществлялось с помощью  металлических скоб.

    Укладка мелкозернистой плотной горячей асфальтобетонной смеси в верхний слой покрытия производилась асфальтоукладчиком SUPER 1803-2 фирмы Vögele с включенным вибробрусом (рис. 5). Для уплотнения покрытия использовалось звено катков: гладковольцовый каток BOMAG 161AD-2 (10 проходов по одному следу) и пневмоколесный каток BOMAG BW20R (10 проходов по одному следу). Коэффициент уплотнения асфальтобетонного слоя составил 0,98, а его толщина – 4,5 см.  

Рис. 5. Устройство и разбор верхнего слоя покрытия  на опытном участке (проспект Губкина, г. Омск)

  Для обеспечения минимальной повреждаемости извлекаемых ГМ верхний слой асфальтобетона снимался вручную сразу после его уплотнения, до остывания смеси. Затем образцы ГМ упаковывали и направляли на лабораторные испытания.

  Результаты определения повреждаемости ГМ после укладки и уплотнения асфальтобетонного слоя при опытном строительстве показали расхождение установленных величин не более чем на 10-12% по сравнению с данными, получаемыми на стенде в ходе лабораторных испытаний. На основании этого можно дать положительную оценку методики исследований, разработанной авторами статьи, подтвердить сходимость результатов испытаний на технологическую повреждаемость ГМ, получаемых на стенде и в реальных условиях строительства.

 Кроме геометрических параметров геосеток, на их повреждаемость существенное влияние оказывает вид и свойства исходных мате-риалов, технология их изготовления (размер, количество и способ объединения мононитей, способ изготовления и объединения рёбер в узлах, пропиточный состав, используемый при изготовлении армирующего материала, и т.д.).

  Для проверки изложенного выше, с использованием нескольких видов пропиток (акриловых, латексных, пластизольных и битумо-полимерных), были изготовлены опытные образцы одной из стеклосеток китайского производства, характеризующейся наиболее высокой технологической повреждаемостью при уплотнении.

   Полученные образцы были подвергнуты испытаниям на лабораторном стенде по описанной выше методике. Результаты испытаний представлены на рис. 6.

Рис. 6. Зависимость повреждаемости геосетки от вида пропитки 

   Наименьшую повреждаемость показали образцы, пропитанные  акриловыми пропиточными составами. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что путём рационального подбора пропиточного состава можно снизить технологическую повреждаемость стеклосетки на 30%. 

    Испытания показали, что комбинированные геосетки (например - стеклосетка + нетканый геотекстиль) и плоские георешетки, изготавиваемые из полипропилена, обладают значительно меньшей технологической повреждаемостью при уплотнении вышележащего слоя.

   Технологическая повреждаемость армирующих материалов при их укладке в горячую асфальтобетонную смесь может происходить не только от механического воздействия уплотняющих средств, но и от интенсивного нагрева ГМ в этой смеси.

   Для экспериментальной проверки этой гипотезы были проведены испытания стеклосеток и плоских георешёток на теплостойкость.

  Принцип методики заключается в определении изменения прочности и деформативности ГМ вследствие  воздействия на него высокой температуры (до 160°С). При разработке данной методики за основу был взят ГОСТ 29104.14-91 [9]. Для испытаний вырезали образцы ГМ и помещали в нагретую до определенной температуры асфальтобетонную смесь на 30 мин. Затем образы извлекали из смеси и охлаждали до температуры 20±2°С, после чего визуально оценивали изменение геометрии образцов и определяли предел прочности при растяжении.

   Коэффициент теплостойкости ГМ Кt вычисляли по формуле:

 Результаты экспериментов показали, что под воздействием высокой температуры (160°С) прочность образцов из стеклосеток не снижается. Поэтому коэффициент теплостойкости для этих армирующих ГМ может быть принят равным единице.

  При испытаниях плоских георешёток из полипропилена установлено, что воздействие на материал температуры до 140ºС не оказывает существенного влияния на его физико-механические характеристики. Однако при воздействии более высокой температуры происходят изменение геометрических размеров и механических характеристик этих георешёток. После нагрева до температуры 150°С происходит снижение прочности до 14%, а до температуры 160°С - до 27%. Поэтому коэффициент теплостойкости для этих георешёток будет зависеть от темпера-туры смеси, в которую осуществляется укладка ГМ.

ВЫВОДЫ

  1. Результаты стендовых испытаний и опытного строительства по-казали, что предложенная методика и лабораторное оборудование (стенд) могут использоваться для проверки технологической повреждаемости ГМ, применяемых для армирования асфальтобетонных покрытий.

  2. Технологическая повреждаемость некоторых видов стеклосеток, применяемых для армирования асфальтобетонных покрытий, значительна, что следует учитывать при расчёте армированных асфальтобетонных покрытий. Меньшей повреждаемостью характеризуются стеклосетки с размером ячеек, превышающим максимальный размер фракции щебня, применяемого в асфальтобетонной смеси.

  3. Кроме геометрических параметров геосеток и георешёток, на их повреждаемость существенное влияние оказывает вид и свойства исходных материалов, технология их изготовления (размер, количество и способ объединения нитей и ровингов, способ изготовления и объединения рёбер в узлах, пропиточный состав, используемый при изготовлении армирующего материала и т.д.). Так, например, путём рационального подбора пропиточного состава можно снизить технологическую повреждаемость стекло-сеток на 30%. Комбинированные стеклосетки более технологичны и характеризуются меньшей повреждаемостью при уплотнении слоя.

  4. Плоские георешётки из полипропилена обладают минимальной технологической повреждаемостью при уплотнении слоя вследствие их большей деформативности; однако возможно снижение их прочности при укладке в асфальтобетонную смесь, при температуре выше 140ºС.

  5. Установление величины технологической повреждаемости ГМ возможно только путем проведения испытаний. При этом, особое внимание требуется уделять укладке армирующих материалов в тонкие слои покрытия (менее 6 см). Такие испытания следует выполнять либо на специальном стенде, моделирующим воздействие уплотняющих средств, либо путём пробного уплотнения слоя на опытном участке с последующим извлечением и испытанием армирующего материала.

  6. Анализ результатов исследований, выполненных авторами, показывает, что необходимо продолжать исследования по разработке геосеток, отвечающих всем требованиям, предъявляемым к мате-риалам, используемым для армирования асфальтобетонных покрытий (особенно в суровых климатических условиях).

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

  • Крашенинин Е.Ю. Развитие конструктивно-технологических решений для продления срока службы асфальтобетонных покрытий, армированных геосинтетическими материалами (в климатических условиях Сибири и Крайнего Севера): автореф. дис… канд. техн. наук./Е.Ю. Крашенинин. – Омск: изд-во СибА-ДИ, 2009. – 22 с.

  • Старков С.В. Особенности взаимодействия ведомых и ведущих вальцов катка с уплотняемым материалом/С.В. Старков //Уплотнение земляного полотна и конструктивных слоев дорожных одежд: тр./СоюзДорНИИ. – М., 1980. – С. 135-137. 

  • Веселов Е.М. и др. Влияние конструкции ведомого вальца на сдвиг асфальтобетона при поворотах и реверсировании/ Е.М. Веселов и др.//Уплотнение земляного полотна и конструктивных слоев дорожных одежд: тр./СоюзДорНИИ. – М., 1980. – С. 139-145.

  • Захаренко А.В. Теоретические и экспериментальные исследования процессов уплотнения катками грунтов и асфальтобетонных смесей: автореф. дис… докт. техн. наук./А.В. Захаренко. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. – 36 с.

  • Сиротюк В.В., Крашенинин Е.Ю. Лабораторный метод изготовления армированных асфальтобетонных образцов/В.В. Сиротюк, Е.Ю. Крашенинин//Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2007. – Вып. 4. – С. 151-155.

  • ISO 10319:2008. Геотекстиль. Испытания на растяжение с применением широкой ленты.

  • ASTM D4595-86 (2001). Испытания геотекстиля на растяжение с применением широкой ленты.

  • Планирование эксперимента в технологии дорожного строительства: методические указания. – Омск: СибАДИ, 1978. – 94 с. 

  • ГОСТ 29104.14-91. Ткани технические. Метод определения термостойкости. – Введен 1993-01.01. – M.: Госстандарт России,2004. – 4 с.

 

 ……………………………………………………………………. 

TECHNOLOGICAL PROCESS DAMAGEABILITY OF CERTAIN GEOSYNTHETIC MATERIALS APPLIED FOR REINFORCING ASPHALT CONCRETE PAVEMENTS Doctor of Engineering V.V. Sirotuk, post-graduate student G.M. Levashov (SibADI) Contact information: +7 (3812) 65-27-00 The article describes procedure of process damageability evaluation for geosynthetic materials applied to reinforce asphalt concrete pavements. The results of tests carried out are given. Key words: roads, pavement, asphalt concrete, geosynthetic materials, reinforcing, technological damageability. ______________________________________________________________ 

Рецензент: канд. техн. наук А.П. Фомин (ФГУП «РОСДОРНИИ»). Статья поступила в редакцию 11.02.2010 г.

Ключевые слова: автомобильные дороги, дорожное покрытие, асфальтобетон, геосинтетические материалы, армирование, технологическая повреждаемость.

АРМДОР - торговая марка геосинтетических материалов, широко применяемых при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог, аэродромов и городских улиц.
 

© 2000-2021

Все права защищены

Контакты

Отдел продаж ООО «ДСМ»

8 800 505-60-25 (бесплатный звонок из регионов России )

 

E-mail: info@armdor.ru