12. Технология уплотнения слоев дорожных одежд.

Для обеспечения нормального движения автомобилей одежда должна иметь определенную жесткость и прочность, а дорожное покрытие — ровность, износостойкость и сопротивляемость воздействию колес автомобилей и атмосферных факторов.

Дорожная одежда состоит из нескольких слоев, и для достижения поставленных требований каждый слой необходимо разровнять и уплотнить для создания общей прочной дорожной конструкции.

Дорожно-строительные материалы (щебень, асфальто- и цементобетонные смеси), укладываемые в процессе строительства автомобильной дороги, находятся в разрыхленном состоянии, и их плотность, а следовательно, прочность недостаточны для обеспечения нормального движения автомобилей. Вследствие этого уложенные материалы требуют искусственного уплотнения, которое осуществляют уплотняющими машинами.

Уплотнение происходит в большинстве случаев в результате приложения к поверхности материала циклической нагрузки, которая характерна непрерывно следующими процессами нагрузки и разгрузки. В процессе нагрузки напряженное состояние материала повышается до наибольшего значения, определяемого массой уплотняющей машины; при разгрузке напряженное состояние материала понижается, а затем через некоторый промежуток времени цикл повторяется. Теоретическое рассмотрение процесса уплотнения циклической нагрузкой в значительной степени осложняется тем, что свойства уплотняемого материала (плотность, прочность, упругость и пр.) по мере его уплотнения изменяются не только при переходе к последующему циклу загружения, но и в процессе одного и того же цикла.

Эффективность уплотнения материалов в покрытии определяют размером деформации уплотняемого объема материала. Поскольку дорожно-строительные материалы являются неоднородными, пластические сдвиги при нагрузке вначале локализуются в отдельных местах уплотняемого материала и лишь с течением времени распространяются на больший его объем. Значительная часть упругой деформации также протекает во времени.

Такие материалы, как асфальто- и цементобетонные смеси, относят к упруго-вязко-пластичным материалам, где фактор времени, а следовательно, и скорость изменения напряженного состояния имеют весьма существенное значение.

При уплотнении гравийных и щебеночных материалов под воздействием внешней нагрузки преодолеваются силы трения, возникающие между весьма неоднородными по объему и форме зернами (частицами), и происходит их заклинивание. Процесс протекает также во времени, и, следовательно, фактор времени здесь имеет такое же значение, как и при деформации упруго-пластичных материалов.

Под скоростью изменения напряженного состояния при циклической нагрузке понимается скорость изменения напряжения по времени.

При приложении быстродействующей и часто повторяющейся нагрузки (например, при вибрации) к таким материалам, как бетонная смесь, наблюдают явление тиксотропии, которое заключается в разжижении бетонной смеси при встряхивании. Бетонные смеси содержат большое количество коллоидных частиц, которые в присутствии жидкой фазы (воды) образуют студни (гели) или золи. В гелях частицы связаны между собой и с водой и более устойчивы, чем золи, которые обладают меньшей вязкостью и характерны малой устойчивостью и легкой изменяемостью во времени.

Процесс тиксотропии обратим, т. е. с течением времени золи переходят в более устойчивое образование—гели.

Тиксотропное разжижение повышает эффективность уплотнения цементобетонных смесей, при котором период «отдыха» материалов между отдельными циклами нагрузок меньше времени, необходимого для обратного превращения золя в гель.

Следовательно, на процесс уплотнения дорожно-строительных материалов влияет большое количество факторов, учет которых весьма затрудняет теоретическое рассмотрение процесса уплотнения: размер, форма, прочность и другие свойства минеральной части, т. е. свойства твердой фазы материала; количественное соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз; физико-механические свойства материала как многофазного в целом; максимальное напряжение, прикладываемое на поверхность уплотняемого материала и определяющее напряженное состояние всего объема уплотняемого материала; время нахождения материала в напряженном состоянии и скорость изменения напряженного состояния; частота и число приложений циклической нагрузки.