УДК 625.075

Автомобильно-дорожный институт ГВУЗ ДонНТУ

к.т.н. Герасименко В.Г., Дереза Е.В., Бутенко И.В.

ВЛИЯНИЕ ВИБРОУПЛОТНЕНИЯ НА СОСТОЯНИЕ ЖИДКОЙ ФАЗЫ

В составе асфальтобетонов находится до 6% вяжущего, поведение которого зависит от частоты периодических колебаний виброустановки. Нагретый до 170-180°С битум в начале укладки находится в наиболее текучем состоянии и миграция его увеличивается с увеличением частоты виброуплотнителя. Движение катков должно регулироваться, начиная с первых проходов. С увеличением скорости виброкатка в 2 раза, т. е. с 1,0 до 2,0 км/ч, всплеск битумного купола снижается в 2,5-З раза, при увеличении с 0,5 до 0,7 км/ч всплеск снижается до 1%, что не дает ощутимого результата по снижению прочностных характеристик уплотняемого асфальтобетонного слоя.

Натяжение битумной пленки с каждым проходом увеличивается ввиду ориентации минеральных частиц в слое. Более крупные частицы под действием силы тяжести и инерционных сил сдвигаются вниз, выдавливая мельчайшие составляющие в разные направления, но наиболее ощутимая миграция состава тончайшей массы следует в направлении наименьшего сопротивления. Это происходит в первой стадии уплотнения, когда температура смеси максимальная и составляет 130-140°С. И поэтому движение катков должно быть без включенных виброустановок с минимальной скоростью. Включение вибраторов происходит после первых 2-3 проходов по одному следу, частота вибрации составляет 25-50 Гц, Сжатие слоя будет до тех пор, пока основной каркас полностью не сформируется.

Движение вяжущего будет происходить в 3 стадии: при первой - когда текучесть максимальная, температура около 140-145°С жидкая фаза выжималась в места расположения более мелкой фракции и пустот между минеральным каркасом. На втором этапе вибросжатия, когда наиболее крупная фракция больше не сдвигается, а лишь незначительно колеблется, жидкая фаза постепенно, теряя текучесть при Т = 90...80°С, скапливается в верхней части минерального каркаса совместно с минеральным заполнителем, образуя коллоидную подвижную среду. В дальнейшем при падений температуры до 40...50°С битум становится более вязким, но увеличение частоты вибрации до 150...200 Гц позволяет продолжить уплотнение до требуемой плотности. Жидкая фаза полностью закрывает места трещин и пор, где возможно проникновение влаги. Если количество битума в смеси в избытке, т. е. больше 5,5...6,0%, то на поверхности уплотняемого слоя наблюдалось появление "жирных" пятен, которые на 30-40% снижают коэффициент сцепления. На экспериментальных участках появление битумных пятен на покрытии происходило при 6...8 проходах виброкатка с содержанием битума в смеси 5,3...5,8%. Но если содержание минерального порошка было 13-15%, то этих пятен не было. Прирост битумной пленки идет по направлению движения вибратора независимо от величины выступа в минеральной части. Выступ играет определенную роль в накоплении вяжущего, с уменьшением их на 2-3% снижается толщина пленки на 5-7%. При обычной технологии уплотнения считают, что битум распределяется по поверхности минеральных зерен, независимо от их размеров, пленкой равномерной толщины, при этом ее можно определить по формуле:

,

где Б - оптимальное количество битума в смеси, %;

S - удельная поверхность зерен минерального материала, м²/кг;

α - переводной коэффициент, равный 10;

γ_б - удельная масса битума.

Средняя толщина битумной пленки для крупнозернистых смесей составляет около 12...20 мкм. В мелкозернистых смесях зерна покрываются битумной пленкой меньшей толщины и равен 8-9 мкм. Исследования показали, что при высокочастотном виброуплотнений способствуют образованию критической толщины пленки битума до 5 мкм на минеральных зернах, ниже которой вяжущее теряет свои клеящие способности, что может привести к разрушению готового покрытия. С понижением вязкости битума уменьшается толщина битумной пленки на минеральной части асфальтобетонной смеси. Так на битуме БНД 60/90 толщина пленки равна около 9 мкм, БНД 90/130 равна 6 мкм, БНД 130/300 около 4 мкм в мелкозернистой асфальтобетонной смеси. Немаловажную роль играет и правильная хорошо подобранная смесь, способная при смещении частиц самозаклиниваться. Поэтому виброуплотнение щебня кубовидной формы приводит к равномерному распределению жидкой фазы в структуре асфальтобетонной смеси и повышает ее водоустойчивость в расчетный период года. Наличие в смеси щебня плоской конфигурации приводит к образованию битумных прослоек, расположенных неравномерно по толщине слоя.

Смещение мелких фракций в верхние слои уплотняемой смеси происходило совместно с перемещением свободного битума и повышением температуры внутри слоя на 2-2,5°С, если состав асфальтобетона подобран таким образом, что минеральная часть его способствовала интенсивной заклинки при увеличении частоты вибрации до 150 Гц. В данной ситуации слой асфальтобетона уплотнялся заметно быстрее и проявления выхода "свободного" битума на поверхности покрытия не было. Интенсивность перемещения увеличивалась с повышением температуры смеси в летнее время и резко понижался при остывании слоя в осенне-зимнее время. Этот фактор необходимо учитывать при расчете скорости катка и частоты вибрации. Если минеральный остов асфальтобетонной смеси не полностью обработан вяжущим, то процент битума увеличивается на 0,1-0,3%, так как при виброуплотнении передвижение мелких частиц и вяжущего идет одновременно с дополнительной обработкой поверхности щебня, песка и минерального порошка. При этом высокомолекулярные компоненты битума ориентируются к минеральному зерну без резкого перехода к свободному битуму, которого в свободном состоянии находится до 20-22%, если смесь была многощебенистая с оптимальным содержанием битума (до 5,5%).