Выбор рациональных режимов работы вибрационных катков при уплотнении асфальто-бетонных смесей

Актуальность работы. Обеспечение необходимой степени уплотнения материалов является одним из основных требований технологического процесса при строительстве автомобильных дорог, поскольку это в значительной степени определяет их прочность и срок службы.

Качество работ уплотняющей техники и производительность зависит от выполнения комплекса мероприятий, предусматривающих учет строительных свойств уплотняемого материала, требований к качеству уплотнения, технологию производства работ по устройству дорожного покрытия, а на их основе обоснованный выбор средств уплотнения и технологических режимов производства работ.

В дорожном строительстве большое распространение получили вибрационные катки. Однако, их эффективное применение существенно зависит от правильно выбранных и четко назначенных технологических параметров.

Полученная математическая модель процесса уплотнения асфальтобетонных смесей вибрационными катками и построенная на ее основе методика расчета рациональных технологических параметров вибрационных катков позволяет определить рациональный режим работы для конкретных условий эксплуатации без проведения пробной укатки. Реализация этой методики на практике позволяет существенно снизить сроки и повысить качество выполняемых работ.

Цель работы. Повышение производительности и эффективности работы вибрационных катков путем определения рациональных режимов работы на этапе эксплуатации.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

— разработана математическая модель процесса деформирования слоя асфальтобетонной смеси с учетом изменяющихся во времени характеристик уплотняемого материала;

— выполнен анализ математической модели и экспериментально определены коэффициенты температурного сдвига и коэффициенты подобия;

— разработана инженерная методика определения рациональных режимов работы вибрационных катков;

— проведена экспериментальная проверка инженерной методики в реальных условиях эксплуатации при строительстве участка автодороги.

Научная новизна. На защиту выносятся следующие наиболее существенные результаты, определяющие научную новизну:

• предложено аналитическое описание процесса уплотнения асфальтобетонной смеси на основе принципа накопления деформации теории ползучести;

• выявлено, процесс уплотнения асфальтобетонной смеси можно условно разделить на две области — при температуре материала свыше 100 °C и ниже 100 °C. При этом процесс деформирования асфальтобетонной смеси при температурах свыше 100 °C можно описать линейными математическими зависимостями, а при более низких температурах в существенной мере проявляются не линейные свойства. А применение аппарата теории ползучести позволяет описать эти два процесса с использованием одних и тех же характеристик асфальтобетонной смеси;

• изучено влияние мгновенного режима нагружения, и нагружения протяженного во времени на изменение основных характеристик асфальтобетонной смеси (Е, е) с учетом температурного фактора. Получека обобщенная аналитическая зависимость, учитывающая изменение модуля упругости в зависимости от исходного коэффициента уплотнения;

• получены значения коэффициентов подобия и температурного сдвига позволяющие пспользочать единую математическую зависимость при определении деформ — ишЧ .в слез асфальтобетонной смеси;

• создана математическая модель процесса уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационными ктпсами ча основе принципов теории ползучести материалов.

Практическая ценность работы.

По результатам диссертационной работы и при непосредсвенном участии Ф автора разработан программный комплекс по выбору рациональных режимов работы вибрационных катков на стадии эксплуатации. Эффективность применения данного комплекса подтверждается проверкой на объектах строительства автодорог, проводимых Российско-британской компанией «Ярдор-Тармак». При этом время цикла уплотнения может быть сокращено до 15% при соответствующем качестве уплотнения.

Кроме того, разработанный программный комплекс позволяет осуществлять подбор парка катков при выполнении конкретных видов работ.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается: анализом полученной математической модели, позволяющим сделать вывод об адекватном отражении процесса деформирования слоя асфальтобетонной смеси при различных условиях уплотнениякачественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данны-• мирезультатами полевых испытаний и внедрением в производство.

Реализация работы. Разработанная инженерная методика и основные результаты работы реализованы в программном комплексе ROAD для выбора рациональных технологических параметров дорожных катков и указателе режима работы УРР-4, переданных Рыбинскому заводу дорожных машин «Раскат» для модернизации существующих дорожных катков, и совместному Российско-Английскому предприятию «Ярдор-ТАРМАК» для определения технологических параметров катков в конкретных условиях эксплуатации.

Результаты диссертационной работы использованы также в учебном процессе Ярославского государственного технического университета:

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Содержит 172 страницы машинописного текста, 76 страниц иллюстраций и таблиц, список литературы из 104 названий на 10 стр.

Основные выводы по диссертации.

1. Вибрационные катки — эффективное средство для уплотнения асфальтобетонных смесей и опыт их использования на объектах строительства в полной мере это подтверждает. Однако, эффективное применение их зависит от назначения четких рекомендаций по технологическим режимам их использования.

2. Асфальтобетонная смесь представляет собой сложный по структуре упруго вязкопластичный материал с нестабильными характеристиками, что усугубляется существенным влиянием изменения температурного фактора во времени. Использование положений теории ползучести при описании процесса деформирования асфальтобетонной смеси позволяет учитывать накопление деформации в слое с учетом изменяющихся характеристик смеси.

3. На основе теории ползучести разработана математическая модель процесса объемного деформирования асфальтобетонной смеси с использованием принципа температурно-временной аналогии, который позволил решать задачи по деформированию асфальтобетонной смеси в нелинейной области.

4. Установлено, что свойства асфальтобетонной смеси сильно зависят от ее температурного состояния. При этом асфальтобетонная смесь при температурах свыше 100 °C можно описать линейными математическими зависимостями, а при более низких температурах в существенной мере проявляются не линейные свойства.

5. В результате проведенных экспериментальных исследований изучены влияния мгновенного режима нагружения, и нагружения протяженного во времени на изменение основных характеристик асфальтобетонной смеси (Е, с) с учетом температурного фактора.

Получена обобщенная аналитическая зависимость, учитывающая изменения модуля упругости в широком диапазоне коэффициента уплотнения.

Изучен процесс накопления деформаций в слое асфальтобетонной смеси при различных видах нагружения с учетом температурного фактора.

Получен коэффициент температурного сдвига, позволяющий совместить деформационные кривые и описывать их единой аналитической зависимостью.

6. Анализ полученной математической модели и сравнение расчетных данных с экспериментальными позволяет сделать вывод об адекватном отражении процесса деформирования слоя асфальтобетонной смеси при различных условиях уплотнения в нестационарных температурных режимах.

7. На основании теоретических положений и математической модели процесса, рассмотренных в главе 2, предложена инженерная методика выбора рациональных технологических параметров вибрационных катков при уплотнении асфальтобетонных смесей.

8. Определены значения коэффициентов подобия, позволившие получить единую математическую зависимость при расчете деформаций в слое асфальтобетонной смеси, что значительно облегчает использование разработанной методики при инженерных расчетах.

9. На основе инженерной методики разработаны.

Программный комплекс для выбора рациональных технологических параметров дорожных катков «ROAD».

Указатель режима работы УРР-4.

14. Инженерная методика прошла проверку на следующих предприятиях: Российско-британской компании «Ярдор-тармак» и Рыбинском заводе дорожных машин «Раскат», и использование ее в производстве дает определенный экономический эффект, что подтверждается актами внедрения.