Belgorod, Belgorod, Russian Federation
Belgorod, Russian Federation
VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
In this paper we evaluated the effect of various process factors such as the temperature of the asphalt mix and water, the quality of the adhesion layers of pavement in the presence of geogrid.
geogrid, coating, temperature regimes laying, asphalt, adhesion between layers
Введение. Повышенные нагрузки, которые возникают вследствие высокой интенсивности транспортных потоков, выдвигают особые требования к прочности дорожного покрытия. Неоднородность распределения нагрузок по поверхности проезжей части автомобильных дорог – одна из первопричин появления выбоин и колейности на асфальтобетонном дорожном покрытии. В соответствии с последними исследованиями [1–4] защитно-армирующая прослойка, в виде георешетки, позволяет повысить несущую способность основания и дорожной одежды, способствуя увеличению сроков проведения межремонтных работ при эксплуатации автомобильных дорог.
Так, например геосетка марки HATELIT [2] изготавливается из полиэфирного волокна и, на завершающем этапе производства, проходит пропитку эмульсиями на битумной основе. Это позволяет обеспечить ей повышенные адгезионные свойства при взаимодействии с асфальтобетоном. Спецификой конструкции геосетки HATELIT является наличие сверхтонкой подложки, изготовленной из нетканого перфорированного геотекстиля, которая проходит аналогичную обработку этими же мастиками [2]. Наличие подложки облегчает процедуру укладки геосетки и даёт ей дополнительные адгезивные свойства по отношению к асфальтобетону. В соответствии с информацией, представленной на сайте компании [2] геосетка указанной марки целенаправленно создавалась для усиления асфальтобетонных покрытий в ходе строительных, ремонтных и реконструкционных работ на дорогах и аэродромах. В результате стойкость асфальтобетона к высоким нагрузкам возрастает, что позволяет существенно минимизировать негативный процесс, возникающий в слое асфальтобетона, – появление и рост отражённых трещин [2].
Почему в работе была рассмотрена именно эта сетка. Потому как именно она широко используется в дорожно-строительной практике в РФ при усилении асфальтобетонных слоев.
Основная часть.
На основании проведенных ранее исследований [5] было установлено, что начало плавления сетки было зафиксировано при 165–170 ºС. В связи с этим, асфальтобетонная смесь для слоя перекрытия геосетки, должны находится в обозначенном интервале. Было установлено, что повышение температуры асфальтобетонной смеси, укладываемой в верхний слой на геосетку, до 170 ºС способствует образованию монолитной конструкции и высокому сцеплению между слоями. Это обеспечивается за счет плавления синтетической нетканной основы. При соблюдении подобного температурного режима монолитность конструктива наблюдается даже при отсутствии розлива вяжущего.
Как известно, главнейшим негативным фактором при строительстве и эксплуатации конструктивов дорожного и аэродромного назначений является вода, способная не только ухудшать качество и ровность покрытий, но и способствующая снижению и нарушению сплошности и монолитности слоев дорожных одежд.
В связи с этим, представляло интерес исследование влияния комплексного воздействия температуры смеси и воды на имитируемый конструктив покрытия дорожной одежды, выполненный с использованием геосетки.
Для этого размеры испытуемых образцов, были максимально приближены по толщине слоев к проектной конструкции – 6,5 см нижний слой асфальтобетона типа Б I марки, геосетка, 5,5 см верхний слой асфальтобетона типа Б I марки. Образцы призмы имели размеры 12×12×32 см. Рассматривали 4 серии образцов:
Серия №1 – полное соблюдение технологии в соответствии с проектом (с розливом битумной эмульсии и укладкой геосетки Hatelit XP-50); конструктив образца: асфальтобетон типа Б 1 марки / геосетка Hatelit / асфальтобетон типа Б 1 марки. Температура укладки верхнего слоя 140 оС;
Серия №2 – без розлива битумной эмульсии и с укладкой геосетки Hatelit XP-50; конструктив образца: асфальтобетон типа Б 1 марки / геосетка Hatelit / асфальтобетон типа Б 1 марки. Температура укладки верхнего слоя 140 оС;
Серия №3 – полное соблюдение технологии в соответствии с проектом (с розливом битумной эмульсии и укладкой геосетки Hatelit XP-50); конструктив образца: асфальтобетон типа Б 1 марки / геосетка Hatelit / асфальтобетон типа Б 1 марки. Температура укладки верхнего слоя 170 ºС;
Серия №4 – без розлива битумной эмульсии и с укладкой геосетки Hatelit XP-50; конструктив образца: асфальтобетон типа Б 1 марки / геосетка Hatelit / асфальтобетон типа Б 1 марки. Температура укладки верхнего слоя 170 ºС;
Образцы для исследования готовились по методике, описанной в [5]. Исключение серии образцов №3-№4, верхний слой которых был уложен при температуре 170 ºС.
Из готовых образцов плит были вырезаны балочки размером 120×120×320 мм, для последующего испытания на растяжение при изгибе. Испытание производилось на прессе ДТС 06-50/100. Перед началом испытаний образцы-балочки водонасыщались в течение 1,5 часов при температуре 20 ºС по методике ГОСТ 12801-98 [6]. Для проведения одной серии испытаний использовали по 3 образца.
Извлеченные из воды образцы, обтирались мягкой тканью и подвергались испытанию на растяжение при изгибе в водонасыщенном состоянии.
При изучении образцов из серии №1, было установлено, что в процессе разрушения образца разделение на слои отсутствует. Образец сохраняет монолитность. Трещина, возникающая при нагружении останавливается, ограниченная геосеткой, рис. 1, Что соответствует данным, изложенным в [5].
|
а) |
б) |
|
|
|
|
Рис. 1. Вид образца-балочки 120×120×320 мм, серия № 1 (соблюдение технологии): а) в момент разрушения, б) после полного разрушения образца |
|
При изучении образцов из серии №2, выполненных с нарушением технологических операций, битумная эмульсии отсутствовала, было установлено, что геосетка не в состоянии остановить развитие трещины, которая разламывает образец. При этом наблюдается отделение геосетки от слоев асфальтобетона. При этом разлом образца происходит на 4 части, рис. 2, что соответствует тенденции, выявленной раннее [5].
|
а) |
б) |
|
|
|
|
Рис. 2. Вид образца-балочки 120×120×320 мм, серия№ 2 (без розлива эмульсии): а) в момент разрушения, б) после полного разрушения образца |
|
Испытание образцов, верхняя часть которых была приготовлена и уложена в конструктив при температуре 170 ºС показало следующее:
При нагружении образцов из серии №3, наблюдается прочное сцепление между слоями. Образованный монолит, не разрушился в момент приложения максимальной нагрузки, рис 3, несмотря на предварительное водонасыщение.
|
а) |
б) |
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.Вид образца-балочки 120×120×320 мм, серия № 3: а) в момент разрушения, б) после полного разрушения образца |
||
|
а) |
б) |
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.Вид образца-балочки 120×120×320 мм, серия№ 2: а) в момент разрушения, б) после полного разрушения образца |
||
Исследование образца №4 показало, в результате проведения испытания образец остался монолитным без расслоение между слоями, рис. 4. Стоит отметить, что в процессе приготовления этой серии, при укладке геосетки между слоями не производился розлив битумной эмульсии. Однако, при испытании на растяже
ние при изгибе в водонасыщенном состоянии, образец показал самые высокие результаты по прочности, рис 5. Более того. В процессе эксперимента, было установлено, что сцепление между слоями и геосеткой было столь высокое, что при разрушении образца произошел разрыв основных нитей и разлом образца пополам, рис. 4 б.
Рис. 5. График показателей усилий, прилагаемых для разрушения образцов
размером 120×120×320 мм в водонасыщенном состоянии при температуре 20 оС
Как видно, рис. 5, минимальные усилия необходимы для разрушения образцов из серии 1 и 2, приготовленных с использованием асфальтобетонной смеси с температурой 140 ºС. Очевидно, что в случае использования в технологии устройства асфальтобетонных слоев, армированных геосеткой высокотемпературный режим приготовления и укладки верхнего слоя смеси – фактор необходимый!
Массовый характер повреждений говорит о наличии системной ошибки, повлекшей за собой разрушение. На основании выполненной работы, а также в соответствии с рекомендациями, полученными после консультации с фирмой Хьюскер было установлено, что наиболее вероятными причинами возникновения дефектов покрытия являются отклонения от технологических принципов работы с геосеткой Hatelit XP-50:
- Не соответствие временных интервалов между нанесение и распадом битумной эмульсии на нижнем слое покрытия и укладкой геосетки, в результате чего поверхность может быть запыленной или влажной.
- Несоответствие качества и количества распределяемой эмульсии по поверхности нижнего слоя покрытия до укладки геосетки.
- Движение по поверхности геосетки не предусмотренное технологией ее использования.
- Использование во время укатки верхнего слоя покрытия режима виброуплотнения.
- Несоответствие толщины верхнего слоя асфальтобетона, находящегося над сеткой, рекомендованным величинам. В соответствии с мировым опытом [7–15], общая толщина верхнего прижимающего слоя асфальтобетона должна быть не менее 10–10,5 см.
Одна из данных причин, либо их совокупность, способствовали разделению слоев на покрытии объекта под воздействием растягивающих напряжений. Это привело к тому, что конструкция перестала работать как единое целое, а при возникновении сдвигающих нагрузок верхний слой асфальтобетона противостоял им самостоятельно, не распределяя их должным образом в конструкции. В результате воздействия растягивающих напряжений происходило образование волны постоянно перемещающейся под воздействием колес рис.6.
|
Максимальное растягивающее напряжение |
Рис. 6. Схематичное изображение деформирования верхнего слоя асфальтобетонного покрытия
В результате такого воздействия растягивающие напряжения наиболее высоки в верхней части асфальтобетонного слоя и неизбежно приводят к накоплению усталостных напряжений. Постоянно возникающее напряжение в верхней части асфальтобетона способствуют появлению микротрещин которые в последующем разрастаются под воздействием знакопеременных температур, что постепенно приводит к выкрашиванию минеральной части асфальтобетона из покрытия (эрозии).
Выводы. Обобщая результаты выполнения исследования, можно заключить:
- На прочность образцов-балочек из асфальтобетона на растяжение при изгибе значительное влияние оказывает температура испытания;
- Размер образцов-балочек не оказывает влияние на закономерность получаемых результатов (динамику изменения показателей);
- При соблюдении технологических операций по укладке геосетки она выполняет возложенную на нее функция – перераспределение усилий в покрытии;
- Отделение верхнего слоя и отслоение геосетки наблюдается при отклонении от проектных решений.
1. http://novamsk.ru/shop/5geosetki_dorojnyie/34-Hattelit/geosetka_HaTelit_C40-17.html
2. ODM 218.5.001-2009. Metodicheskie rekomendacii po primeneniyu geosetok i ploskih georeshetok dlya armirovaniya asfal'tobetonnyh sloev usovershenstvovannyh vidov pokrytiy pri kapital'nom remonte i remonte avtomobil'nyh dorog. Rekomendovany k primeneniyu Rasporyazheniem Rosavtodora ot 26 noyabrya 2009 g. № 502 r. 53 s.
3. SP 78.13330.2012. Svod pravil. Avtomobil'nye dorogi. Aktualizirovannaya redakciya SNiP 3.06.03-85. Utverzhden Prikazom Ministerstva regional'nogo razvitiya Rossiyskoy Federacii (Minregion Rossii) ot 30 iyunya 2012 g. № 272 i vveden v deystvie s 1 iyulya 2013 g. 53 s.
4. Geosynthetics in flexidle and rigid pavement overlay systems to reduce reftection cracking. Report № FHWA/TX-02/1777-1.- College Station/ 2002 298 p.
5. Vysockaya M.A., Denisov V.P., Kuznecov D.A. Vliyanie geosetki i tehnologicheskih faktorov pri ee ispol'zovanii na sceplenie sloev asfal'tobetona // Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2016. №5. S. 16-19.
6. Antonovskiy D.M., Ladner I.S. Prognozirovanie raschetnoy dolgovremennoy prochnosti geosinteticheskih materialov // Stroitel'nye materialy. 2009. Vyp. 11. S. 60-61.
7. Aerodromnye pokrytiya. Sovremennyy vzglyad. / V.A. Kul'chickiy, V.A. Makagonov, N.B. Vasil'eva, A.N. Chekov, N.I. Romankov. M.: Fiziko-matematicheskaya literatura, 2002. 528 s.
8. Batero K. Reshetki iz geosinteticheskih materialov kak armatura dlya asfal'tovyh dorozhnyh pokrytiy s intensivnym dorozhnym dvizheniem // stroitel'nye materialy, oborudovanie, tehnologii XXI veka. 2000. № 5. S. 4-5.
9. Bondareva E.D. Armirovanie asfal'tobetonnyh pokrytiy geosetkami // Ekspoziciya. Stroitel'stvo. 2008. Vyp. 5. S. 25-27.
10. Bondareva E.D., Ladyzhenskiy I. Geosetki dlya armirovaniya asfal'tobetonnyh pokrytiy avtomobil'nyh dorog: trebovaniya, vybor, rezul'taty ispol'zovaniya // Tehnicheskiy tekstil'. 2011. № 2. S. 21-22.
11. Bondareva E.D. Geosinteticheskie materialy v dorozhnom stroitel'stve. Trebovaniya k materialam i napravleniya primeneniya // Peterburgskiy stroitel'nyy rynok. 2004. № 5. S. 24-25.
12. Bondareva E.D. primenenie geosinteticheskih materialov v dorozhnyh konstrukciyah avtomobil'nyh i gorodskih dorog i ulic. - SPb.: CPO Informatizaciya obrazovaniya, 2000. 56 s.
13. Bondareva E.D., Ladyzhenskiy I.S. Rossiyskie dorogi osilit... nauka! Armirovanie asfal'tobetonnyh pokrytiy geosetkami // Stroitel'stvo i gorodskoe hozyaystvo v Sankt-Peterburge i Leningradskoy oblasti. 2001. № 46. S. 106-107.
14. Bondareva E.D., Valer'yanov V.I., Dindarov V.E. Tehniko-ekonomicheskie aspekty primeneniya geosinteticheskih materialov v dorozhnom stroitel'stve // Stroitel'nye materialy. 1997. Vyp. 9. S. 12-16.
15. Bystrov N.V., Generalov G.A. Ocenka effektivnosti geosinteticheskih materialov pri remonte asfal'tobetonnyh pokrytiy // Dorkomstroy. 2005. № 1. S. 14-16.
