Если средний коэффициент уплотнения ( К у) у трети образцов асфальтобетона, отбиравшихся из верхних слоев покрытий проспектов и улиц Санкт-Петербурга в течение пяти лет, предшествующих распаду СССР, б. Уплотнению асфальтобетона требуется обновленное поколение дорожных катков

Уплотнению асфальтобетона требуется обновленное поколение дорожных катков Нет особой нужды доказывать техническую и экономическую важность и потребность высококачественного уплотнения асфальтобетонных смесей при строительстве, реконструкции или ремонте покрытий автомобильных дорог. Применяемые сейчас передовые технологии и современные средства укладки и уплотнения горячих смесей позволяют дорожнику достаточно успешно и быстро справляться с этой сложной задачей в большинстве практических случаев, достигая высоких показателей ровности и плотности покрытия. Если средний коэффициент уплотнения ( К у) у трети образцов асфальтобетона, отбиравшихся из верхних слоев покрытий проспектов и улиц Санкт-Петербурга в течение пяти лет, предшествующих распаду СССР, был ниже нормативного (0,98–0,99), то теперь брак уплотнения редко превышает 3–5%. Дорожники ряда фирм Санкт-Петербурга и Ленинградской области (ВАД, Дорстройпроект и др.) стабильно добиваются положительных результатов в устройстве асфальтобетонных покрытий благодаря использованию таких эффективных и современных средств как перегрузчик смеси SB2500 фирмы Roadtec (США), укладчики фирм Dynapac (Швеция), Demag, Vogele и ABG (ФРГ), статические и вибрационные модели гладковальцовых, пневмоколесных и комбинированных катков немецких фирм Bomag ( BW154AD) и Hamm ( HD85, GRW15), шведской Dynapac ( CC142C, CC211, CC232, CC422), американских Jngersoll-Rand ( DD90HF) и Clark ( TS80, TV20), российской Раскат ( ДУ-93). И, тем не менее, брак по качеству уплотнения и ровности покрытия тоже иногда бывает, хотя по объему он и невелик. Такое происходит чаще всего при устройстве тонких (2–3 см) выравнивающих слоев, в некоторых случаях при укладке обычных слоев (5–6 см) из пластичных песчаных смесей, при уплотнении более толстых (9–10 см) нижних слоев покрытий из крупнозернистых пористых смесей и в некоторых других, даже казалось бы стандартных случаях.

Одной из главных причин возникающего брака, если исключить элементарные технологические упущения, ошибки и нарушения, является само орудие выполнения операции уплотнения, т. е. функциональное несовершенство катка, в том числе современного вибрационного. Никто на бытовом уровне не забивает мелкие и тонкие гвозди кувалдой или, наоборот, шпальные железнодорожные костыли легких домашним молотком. А вот дорожный подрядчик фактически вынужден чуть ли не одним и тем же имеющимся у него катком вести уплотнение тонкого (2–3 см), среднего (5–7 см) и толстого (10–12 см) слоя асфальтобетона.

Анализ же и расчеты, основанные на учете прочностных и деформативных свойств горячей смеси и других особенностей взаимодействия статического и вибрационного вальца с уплотняемой поверхностью таких слоев, показывают, что виброкаток, например, с вальцами 1680х1200 мм (ширина х диаметр) при укатке мелкозернистого щебенистого асфальтобетона должен иметь вес в первом случае около 6,5–7,0, во втором – 8,5 и в третьем – 10,5 т, а центробежную силу вибровозбудителя соответственно в пределах 4,5–4,7; 6–6,2 и 7,5–7,7 тс. При этом, при одинаковой частоте колебаний вальца, скорость укатки должна быть минимальной на тонком слое, а на толстом – максимально возможной. Если к этому добавить различие в стартовой плотности горячей смеси после укладчика (коэффициент уплотнения от 0,83 ?0,86 до 0,95 ?0,97), в составах и типах смесей по гранулометрии (более пластичные песчаные и малощебенистые, более прочные и жесткие многощебенистые), в вязкости используемых битумов, в том числе модифицированных полимерами, прочности и жесткости нижележащих оснований, в технологических стадиях уплотнения (предварительная, основная, заключительная) и погодных условиях ведения работ (весна, лето, осень), то становится совершенно очевидной невозможность обеспечить одним–двумя наличными статическими или вибрационными катками выполнение такого многообразия практических видов и условий работ без широкого регулирования уплотняющих воздействий. Не приобретать же дорожнику на каждый случай отдельный каток.

Нельзя упрекнуть фирмы, создающие дорожные катки, что они игнорируют такую потребность дорожной практики и не предусматривают на своих образцах возможность варьирования силовых нагружений. Однако сами принципы регулирования, основанные на изменении только центробежной силы путем задания нескольких значений (чаще всего двух, хотя есть и больше) амплитуд и частот колебаний вальца, дают не всегда обоснованный крупный или очень мелкий шаг и диапазон регулирования создаваемых усилий и поэтому не могут охватить перечисленные варианты потребных видов и условий работ. Очевидно наступила пора их осмысления и пересмотра с учетом изменений самого механизма деформирования материала при том или ином способе регулирования и с определением четко обоснованных границ значений создаваемых уплотняющих усилий. Порой ведь виброкатки одной и той же фирмы, да еще равного веса, обладают заметно отличающейся уплотняющей способностью, что свидетельствует об их целенаправленном и зачастую не очень широко задуманном практическом предназначении. Это, помимо всего прочего, может вводить в некоторое заблуждение дорожника и не давать ему необходимых общих ориентиров и критериев выбора и использования наиболее универсальных и эффективных образцов катков.

Иногда создается ощущение, что в одних случаях неудач с уплотнением или даже брака имеющиеся катки совершают чрезмерное «насилие» над уплотняемым материалом, в других – явно недостаточное. Если сопоставлять прочностные и деформативные свойства материала с нагрузками катков, то это ощущение перерастает в определенное убеждение и понимание необходимости улучшения их функциональных параметров и технологических приемов практического применения. Пермякову В. Б.)." src="http://www.smarkeroitelnyj.com/foto/12078469802.jpg" / Рис. 1. Результаты испытания асфальтобетонных образцов в приборе 3-основного сжатия – стабилометре (по проф. Пермякову В. Б.). Деформирование уплотняемого асфальтобетона, как, впрочем и других дорожных материалов (грунт, щебень и т. п.), например, в приборе 3-осного сжатия (стабилометре) или по схеме вдавливания штампа в полупространство показывает, что на графике давление-деформация (рис.

1) можно выделить две зоны, в одной из которых (от 0 до точки А) рост осадки образца происходит линейно и пропорционально росту давления, т. е. с изменением его объема за счет более плотной упаковки частиц. В другой зоне (между точками А–В) развитие осадки идет как за счет уплотнения, так и вследствие изменения формы образца, обусловленного появлением пластических сдвигов, выпоров, трещин и тому подобного брака, т. е. во второй зоне происходит одновременное уплотнение и разуплотнение асфальтобетона. Чем ближе контактное давление вальца ? o к пределу прочности или разрушения ? p (точка В), тем опаснее воздействие катка и тем меньше его функциональный коэффициент полезного действия.

Если при уплотнении грунтов в земляном полотне возникновение небольших подобных пластических зон вблизи поверхности можно допустить, то при устройстве асфальтобетонных покрытий должны быть исключены любые проявления дефектов и брака. Очевидно наиболее оптимальным и эффективным будет случай уплотнения асфальтобетона, когда контактные давления вальца уо будут близки или равны так называемому критическому напряжению ? кр, разделяющему указанные зоны. По предварительным экспериментальным данным, в том числе показанным на графике рис.1, при уплотнении горячих смесей можно в среднем принять ? кр = 0,70 ? p, причем для рыхлого состояния около (0,65–0,70) ? p, а для плотного – примерно (0,70–0,75) ? p. Рис.

2. Зависимость потребного количества циклов нагружения от соотношения контактных давлений катка и прочности асфальтобетонной смеси. Длительное время дорожная отрасль и отраслевое машиностроение России и других стран были ориентированы на создание катками контактных давлений, близких к ? p (не менее 90%) и достигающих к концу уплотнения 30–35 кгс/см 2. Поэтому многие образцы статического и вибрационного типа оказывались излишне тяжелыми или динамичными, а качество уплотнения асфальтобетонных покрытий – нередко низким. Правда, такое неблагоприятное отношение ? o/? p может несколько выправлять то обстоятельство, что горячая смесь остывает и упрочняется, смещая ? кр ближе к создаваемым катком ? o, но само ? o при этом тоже несколько возрастает, особенно у виброкатков, и желаемое улучшение ? o/? p происходит не так эффективно и быстро. К тому же полезная часть укатки при подобных изменениях будет идти уже при более низких температурах смеси, что, как известно, чревато потерями конечного качества по плотности. Да и потребное количество циклов статического или динамического нагружения катка по одной и той же уплотняемой точке или месту n ц может оказаться увеличенным и составлять не мене 50–70 (рис.

2). При давлениях катка, близких или равных ? кр, количество n ц может понизиться на 30–35%. Существует другая опасность, связанная с недостаточными контактными давлениями вальцов катка и обуславливающая вполне понятные снижения плотности асфальтобетонной смеси и толщины прорабатываемого слоя Z (рис.

3), а также рост необходимого количества n ц (см. рис. 2). Рис. 3. Влияние отношения контактных давлений вальца катка и прочности материала на толщину прорабатываемого слоя уплотняемого материала. При очень малых давлениях вполне закономерна незначительная толщина проработки с низкой плотностью, т. е. реализуется эффект «вытоптанной пешеходами дорожки на поляне парка», что, кстати, подтверждают реальные результаты работы некоторых чрезмерно легких виброплит и виброкатков, несмотря на то, что, например, у виброплит суммарное (за 8–10 проходов по месту) количество прикладываемых к поверхности материала n ц достигает иногда 1500–2000 и даже больше. На основе длительного изучения и исследования проблем и вопросов уплотнения дорожно-строительных материалов, в том числе асфальтобетонных смесей, сопоставления функциональных параметров различных типов катков и сравнительного анализа многих положительных и отрицательных результатов по плотности сделана попытка раскрыть «секреты» практических успехов и неудач в уплотнении асфальтобетона, найти пути и способы возможного улучшения функциональных и технологических параметров катков. Итогом таких размышлений, анализов и обобщений и стали настоящие заметки, предложения и рекомендации не только дорожникам, но и специалистам фирм, создающим дорожные катки. Общее силовое воздействие В основе любого способа или средства деформирования уплотняемого материала всегда лежит силовой фактор.

Даже если в материале при ударных или вибрационных воздействиях происходят тиксотропные превращения (кратковременная потеря прочности), снижение вязкости в десятки и сотни раз, как это имеет место при длительном вибрировании горячей асфальтобетонной смеси, уменьшение внутреннего сцепления и трения между частицами сыпучих и связных материалов, рост прочностных и деформативных показателей с повышением динамичности нагрузки и другие изменения, все это в конечном итоге оказывает влияние лишь на величину необходимого силового воздействия и характер его проявления в самом материале, особенно с удалением от поверхности нагружения. Технологическое регулирование и соблюдение рациональных температурных границ уплотнения тех или иных типов смесей можно отнести к одному из способов «примирить» физико-механические свойства материала и механические нагрузки. Поэтому вне зависимости от типа катка важно знать, правильно оценивать и определять общую силу его нагружения. Что касается статических катков, то их воздействие создается той силой тяжести катка, которую передает валец Q в или шина Q ш поверхности материала, что совершенно очевидно и бесспорно. Другое дело вибрационный каток, вибротрамбовка или виброплита, величина силового воздействия которых не так очевидна и проста для определения. Как бы не назывались уплотняющие машины или средства вибрационного типа (трамбовки, вибротрамбовки, виброплиты, виброкатки), их функциональная работа заключается в том, что рабочему органу в виде плоского (плита) или криволинейного (валец) штампа за счет энергии вибровозбудителя сообщаются колебательные движения. Благодаря таким движениям и постоянному действию силы тяжести штампа и его пригруза (через упругие амортизаторы) рабочий орган слабо или сильно ударяет по поверхности материала (ограничителя), порождая общее динамическое усилие, что и вызывает его уплотнение.

Некоторые фирмы (Dynapac, Hamm, Sakai и другие) при создании образцов своих виброкатков принимают общее усилие вальца постоянным и равным сумме сил веса Q в и центробежной P o, создаваемой вибровозбудителем, что не совсем верно или даже совсем не верно. Дело в том, что динамическое воздействие вибровальца является периодическим импульсным, форма и основные показатели которого ( R d и время ее действия ?) зависят не только от параметров самого вальца, но и от податливости (жесткости) слоя уплотняемой асфальтобетонной смеси и нижележащего основания (наковальни). А коль скоро податливость такого слоя в процессе его уплотнения непрерывно изменяется (рост плотности и понижение температуры), то совершенно очевидно, что сила R d и соответственно общее усиление R o не могут быть постоянными от начала и до конца укатки. Постоянной в составе R o может быть только сила весовой нагрузки вальца Q в, да и то с некоторой поправкой в меньшую сторону, а динамическая составляющая R d обязана быть переменной. На основании импульсной теории удара и теории колебаний найдено (1) где: Q в = Q кол + Q пр – общая весовая нагрузка вальца, состоящая из веса самого вальца Q кол и веса его пригруза Q пр, создаваемого рамой катка; P о – центробежная сила вибровозбудителя; A о, A ? – реальная и номинальная (паспортная, расчетная) амплитуды колебаний вальца; T = 1/f – период колебаний вальца при частоте f (Гц); ? – время контакта вальца с уплотняемым материалом в течение одного периода колебаний, т. е. время действия силы R о; ? = T/4? – коэффициент, учитывающий отношение T к ? и зависящий прежде всего от возмущающей и собственной частот колебаний вальца; для 15 виброкатков фирм Dynapac и Hamm с частотами колебаний от 42 до 70 Гц и представленных далее в табл. 3 значения ? = 0,40?0,64; у виброплит T/? = 0,40?0,95 (исследования В. Н. Владимирова). При принятых обозначениях (2) коэффициент динамичности виброкатка (вибровальца) K d, показывающий во сколько раз его общее динамическое усилие превышает статическое, равен (3) где W/g – относительное (в долях земного g) ускорение колебаний вальца с номинальной амплитудой A ?. Для создания необходимого общего усилия R о вальца виброкатка на уплотняемый слой материала нужно не так уж и много – правильно выбрать Q в и задать такие вибрационные его параметры, чтобы получить требуемое значение K d и соответственно R o и p kd.

В этой связи обращает на себя внимание то, что на величину K d оказывают раздельное и одновременное влияние четыре параметра: значения частот возмущающих и собственных колебаний вальца ( ?); относительное ускорение колебаний вальца с номинальной амплитудой (W/g); отношение веса пригруза к весу колеблющегося вальца ( ?); состояние по плотности и температуре асфальтобетонной смеси, т. е. по ее прочности и жесткости через относительный рост реальной амплитуды колебаний вальца («a»). Манипулируя этими параметрами можно регулировать не только величину общего динамического усилия, но также изменять характер, качество или динамичность импульсного воздействия виброкатка, оставляя, к примеру, саму величину усилия неизменной, что очень важно учитывать и использовать при изменении толщины уплотняемого слоя. Контактные давления Естественно, что общее статическое или динамическое усилие, создаваемое вальцом катка не может служить мерой оценки его уплотняющей способности, т. к. размеры вальцов реальных катков по ширине B и диаметру D отличаются до 3–4 раз. Более справедлива оценка по контактным давления вальца ? o, но ввиду переменных в процессе укатки размеров криволинейной контактной площадки, зависящих от диаметра вальца и величины осадки уплотняемой поверхности, нахождение ? o всегда было делом сложным, трудным и неопределенным. Упрощенный выход был найден путем принятия в качестве критерия уплотняющей способности, так называемого линейного давления, т. е. величины общей силы, приходящейся на 1 см ширины вальца. Такой показатель до сих пор применяется при создании катков и разработке технологии их работы. Однако сегодня его наличие является тормозом в необходимом совершенствовании техники и технологии уплотнения. Он не пригоден для функциональной оценки виброкатка из-за переменной силы его воздействия. Он полностью игнорирует влияние диаметра вальца и состояние материала на многие важные результаты работы катка (толщина прорабатываемого слоя, ровность, проходимость и т. п.).

Это привело к появлению катков с чрезмерно малыми диаметрами вальцов, что существенно ухудшило их в функциональном плане. Правда, ряд фирм уже исправляют такой «перекос», увеличивая диаметры вальцов на средних и крупных катках, но есть еще малогабаритные модели, чьи вальцы уж слишком «миниатюрны». На основании зависимостей и законов механики грунтов и дорожных одежд, а также теории упругости было установлено, что контактное давление вальца ? o функционально зависит от R о 2/3, B ?2/3, Д ?1/3 , E о 1/3, h о ?1/3, a аналитически эта зависимость выражается формулой с учетом условия эффективного уплотнения асфальтобетонной смеси (через ? kg) (4) где ? E = 1 кГс/см 2, ? h = 1 см – единичные значения модуля деформации Е о и толщины слоя h o. Степень влияния параметров катка на ? o различна, но наибольшее оказывает сила R о и ширина вальца B, вместе как раз и определяющие так называемое линейное давление вальца. Очевидно этим и можно объяснить долгий период использования этого показателя, правда не в степени 2/3 как в (4), а в прямой пропорции (степень 1). В два раза слабее (степень 1/3) на ? o влияют диаметр Д, толщина слоя h o и модуль деформации асфальтобетонной смеси E o, но это влияние есть и его следует обязательно учитывать. Кстати, по этой причине желаемое увеличение диаметра вальца оказывает слабое влияние на общий вес катка. Параметр p k назван конструктивным показателем уплотняющей способности катка, потому что он соответствует тому контактному давлению, которое возникает под вальцом, если положить h o = 1 см и E o = 1 кгс/см 2. Он не зависит от состояния асфальтобетонной смеси и толщины ее слоя.

По существу, p k является комплексным показателем основных уплотняющих параметров катка и может служить его функциональным «паспортом», определяющим его пригодность для выполнения конкретной работы по уплотнению. При работе виброкатка в статическом ( R o = Q в) и вибрационном ( R o = Q в+R d) режиме соотношение между показателями динамической ( p kd) и статической ( p kc) уплотняющей способности легко вычисляется с помощью простой зависимости (5) Имея прочностные ( ? kp) и деформативные ( E о) показатели уплотняемой смеси, получаемые экспериментальным путем в лаборатории, можно достаточно просто находить значения p kc и p kd для любого из этапов укатки и для заданной толщины слоя по вытекающей из (4) зависимости (6) Для правильного назначения и регулирования функциональных параметров виброкатка важны не только конкретные значения ? kp) и E о но и характер или закономерность их изменения в процессе укатки за счет роста плотности и снижения температуры асфальтобетона, чтобы спрогнозировать необходимый или аналогичный рост p kd в соответствии с комплексным показателем материала В некоторых технических источниках даются экспериментальные сведения, что увеличение ? p асфальтобетонной уплотняемой смеси в 3–4 раза вызывает рост E о в 7–10 раз, в других – при росте ? p в 4–5 раз динамический модуль деформации увеличивается в 15–18 раз. Из (5) и (6) с учетом таких предварительных и справочных данных (более точные и надежные должны быть получены в специально поставленных лабораторных опытах) следует, что рост динамического p kd катка от начала до конца процесса укатки по сравнению с начальным статическим p kc не должен превышать 1,5 ?1,6 раз, если, конечно, p kc задан в соответствии с начальными значениями ? kp и E о материала. Отдельные же образцы реальных виброкатков в конце уплотнения даже на слабой вибрации имеют p kd, превышающий p kc в 2 и более раза, а в режиме сильной вибрации – еще значительнее.

Отсюда отмеченное чрезмерное «насилие» уплотняемого материала катками, отсюда же и рекомендуемое фирмами ограничение количества их проходов с вибрацией (не более 6–8). Заметный вклад в чрезмерное силовое «усердие» катка вносит сам материал, постепенное повышение прочности и жесткости которого вызывает неуправляемое увеличение реальной амплитуды колебания вальца (по измерениям вибрографом на грунтовых и асфальтобетонных катках до 2–2,5 раз), что повышает общее силовое воздействие катка и создает перегрузки материала. Поэтому представляется целесообразным и оправданным установка на виброкатке автоматического устройства, отключающего вибрирование вальца, при превышении реальной амплитудой колебаний номинального ее значения, к примеру, в 1,5 или 2 раза. Для этого на вальце должен быть установлен специальный датчик для непрерывного измерения амплитуды.

Очевидно сделать это технически не так сложно. На действующих виброкатках уже есть аналогичная система, отключающая или включающая вибрацию при заданном уровне скорости катка во время его торможений или разгонов. Более сложной для решения может оказаться задача не совсем полного отключения вибрации, а постепенного снижения и поддержания относительной амплитуды на уровне, может быть, 1,3 или 1,5 за счет, например, понижения частоты колебаний дебаланса. Возможен вариант повышения частоты с целью усиления слабых динамических воздействий. У такого «умного» катка, распознающего через реальную амплитуду колебаний вальца прочность и жесткость поверхности уплотняемого материала и понижающего свое динамическое воздействие до «щадящего» уровня, есть технические аналоги среди образцов навесных гидромолотов, выполняющих разрушение прочных материалов и конструкций. Отличие состоит только в том, что последние после тестирования прочности и жесткости разрушаемых пород и материалов усиливают свое динамическое воздействие.

1)" src="http://www.smarkeroitelnyj.com/foto/120784698012.jpg" / Рис. 4. Схема уплотнения слоя асфальтобетонной смеси, уложенного на основание различной податливости (к табл. 1) Прочность и жесткость нижележащего основания, на которое укладывается слой горячей асфальтобетонной смеси, должны быть достаточно высокими. Но в реальной действительности это далеко не всегда так, что оказывает определенное влияние на процесс и результат уплотнения уложенного слоя. Поэтому в зависимости (4) и (6) вместо модуля деформации асфальтобетонной смеси E o формально следует подставлять значение эквивалентного модуля деформации E э, найденного с учетом жесткости или деформативности основания E 1 (рис.

4). Последнее может иметь разные значения E 1 в соответствии со своим состоянием, как больше, так и меньше E o. Причем отношение E o/ E 1 в возможных реальных условиях, в том числе по состоянию смеси в начальной и конечной стадиях уплотнения, может находиться в интервале значений 0,03 (прочное основание и рыхлая горячая смесь) – 10 (очень слабое основание и слой плотной остывшей смеси). В соответствии с рис. 4 и приведенной на нем зависимостью для ряда указанных E o/ E 1 найдены относительные значения эквивалентного модуля деформации E э/ E o, а по ним, при соблюдении равенства (7) определены значения поправочного коэффициента ?, учитывающего влияние состояния основания (табл. 1). Таблица 1. E o/E 1 E э/E o ? 0,03 1,48 0,88 0,10 1,43 0,89 0,20 1,36 0,90 0,30 1,30 0,92 0,50 1,20 0,94 0,70 1,11 0,97 1,0 1,0 1,0 2,0 0,75 1,10 3,0 0,60 1,19 5,0 0,43 1,34 10,0 0,25 1,56 Рис. 5. Влияние времени действия ? импульсного нагружения ( i) на характер распределения контактных давлений ( ? o ) по глубине ( Z). Значения поправочного коэффициента ? = 1,34?1,56 (при E o/E 1 = 5?10) могут вызвать смущение и недоверие. Как же можно при очень слабом основании увеличивать уплотняющее воздействие вибровальца ( p kd)?

Все правильно, только так и можно добиться качественного уплотнения асфальтобетона на податливом основании и чтобы логика смущающегося не страдала, к этому следует добавить, что увеличенные силовые нагрузки должны иметь очень короткое время своего действия, т. е. импульсное воздействие виброкатка должно быть «острым» по форме, но коротким по времени и мало или совсем не деформирующим основание. Такой импульс можно получить за счет малой амплитуды и высокой частоты колебаний, приближающейся, видимо, к 100 Гц, легкого вальца при одновременном, как будет показано далее, снижении отношения Q пр/ Q кол. Давления импульсов с коротким временем действия значительно интенсивнее затухают с удалением от места их приложения по глубине или толщине слоя уплотняемого материала (рис. 5).

Это экспериментально выявлено при исследовании процессов уплотнения грунтов легкими и тяжелыми трамбовками с разной скоростью их удара. Способ регулирования толщины прорабатываемого слоя путем изменения не только величины, но и характера динамического воздействия должен оказаться полезным, а в некоторых случаях и эффективным при решении, к примеру, задач уплотнения тонкослойных асфальтобетонных покрытий. Кстати, статический каток лишен возможности таким способом регулировать характер или качество своего воздействия.

Он может выполнить это только за счет существенного увеличения своей рабочей скорости (до 10–20 раз). Но это нереально и поэтому делать даже пробные попытки уплотнять асфальтобетон статическим катком на очень слабых основаниях нет смысла. Заранее можно гарантировать низкую плотность покрытия и значительные его неровности.

Пригруз Пригруз вальца на виброкатке играет важную и сложную роль в механике колебательных перемещений вальца и в самих результатах уплотнения материала. Если при работе статического катка или виброкатка в статическом режиме совершенно безразлично какой вес имеет валец Q кол и его пригруз Q пр, то при включении вибрации пригруз становится верхним инерционным ограничителем вертикальных перемещений вальца (снизу ограничителем служит уплотняемый материал). Это дисциплинирует и стабилизирует движение вальца, предотвращая такие неустойчивые колебания, как «козление» виброкатка. Работа вибровальца с пригрузом в некотором роде схожа с работой отбойного молотка, который начинает эффективно дробить разрушаемый материал только после определенного прижатия его рабочей пики к материалу. Особенность пригруза состоит еще и в том, что он создает предварительный натяг на контакте вальца с поверхностью укатки и за счет этого увеличивает время ? действия динамической силы или давления, сокращая продолжительность пауз между циклами нагружения. Более тяжелый пригруз делает свободный полет вальца (вне контакта с материалом) более коротким, а полезное рабочее перемещение совместно с материалом – более длинным, что изменяет характер динамического воздействия и делает его менее «острым». Это способствует развитию несколько большей деформации уплотнения и проработки более толстого слоя вследствие менее интенсивного затухания контактных давлений (рис. 5).

Рис. 6. Влияние веса пригруза Q пр и отношения Q пр/ Q кол на коэффициент динамичности виброкатка K d. Такие особенности и свойства пригруза с пользой используют разработчики конструкций виброкатков, вибротрамбовок, виброплит и вибромолотов (забивка свай). Однако за это приходится платить определенную «мзду» в виде снижения коэффициента динамичности K d, причем иногда более чем в два раза, как, например, при значениях Q пр/ Q кол?

2,5 (рис. 6). Поэтому дальнейшие повышения Q пр и отношения Q пр/ Q кол больше 2,5 вряд ли целесообразны, ибо валец можно чрезмерно задавить пригрузом и в итоге получить виброкаток схожий по воздействию со статическим образцом. И тем не менее, отмеченное влияние пригруза на силовое воздействие вибровальца, по крайней мере в диапазоне Q пр/ Q кол? 1,5?2,5, следует использовать для улучшения и регулирования функциональных параметров и возможностей виброкатка. Для наглядности эффективности влияния пригруза можно предложить дорожнику самостоятельно увеличить вес имеющегося у него виброкатка (например, с параметрами W/g = 4 и ? = 0,50) только за счет установки дополнительного пригруза, если, конечно, позволят конструкция катка и возможности амортизаторов, но так, чтобы отношение Q пр/ Q кол возросло, к примеру, с 1,5 до 2,5. В итоге это даст, во-первых, увеличение статического показателя уплотняющей способности катка p кс в 1,25 раза, во-вторых, снижение коэффициента динамичности K d в 1,18 раза (с 1,81 до 1,54) с одновременным возрастанием общего динамического усилия вальца R o в 1,20 раза, в-третьих, повышение динамического показателя уплотняющей способности p kd и самого контактного давления ? o в 1,12 раза. Но самое главное, пригруз изменит характер динамического нагружения уплотняемого материала, оно станет менее «острым» и лучше соответствующим более толстому слою.

Регулирование силового воздействия Технологическое регулирование силового воздействия виброкатка необходимо дорожнику для настройки его перед началом (чаще всего) или в процессе выполнения (реже) асфальтобетонных работ на объекте на основе заложенных создателем катка в его конструкцию принципов и пределов изменения параметров. Такая настройка должна быть сообразной типу, толщине слоя и начальному состоянию смеси. В соответствии с (1) и (3) интересующие дорожника возможности изменять R o и p kd могут быть реализованы по одному из двух условных направлений или принципов. Во-первых, путем варьирования весовой нагрузки вальца Q в в большую или меньшую сторону при заранее заданном и неизменном коэффициенте динамичности K d катка. Во-вторых, за счет динамической составляющей R d общего усилия R o путем изменения K d при заданном и постоянном Q в. Что лучше или хуже для целей уплотнения, пока ответа на этот вопрос никто не дал. Фирмы-разработчики в конструкции своих виброкатков первый способ не закладывают, и дорожник лишен возможности воспользоваться им на практике. Правда некоторые из них (Marini и др.) с помощью такого приема создают новые образцы своей продукции на базе других уже выпускаемых моделей. На подавляющем же большинстве современных виброкатков используется второй способ регулирования, т. е. изменения K d путем варьирования амплитуды A ?, частоты f или ? (круговая частота) и, соответственно, центробежной силы P o, что, в конечном итоге, сводится к регулированию R o и p kd за счет показателей ? и W/g. Для оценки возможностей и особенностей второго способа в табл.

2 приведены варианты и относительные результаты регулирования силового воздействия виброкатка при изменении основных параметров вибрации ( Q кол, A ?, f или ?). Во всех семи вариантах (первый является базовым для сравнения) общий вес катка Q, весовая нагрузка вальца Q в, центробежная сила P o и статический показатель p kc приняты постоянными. Параметры Q кол и A ? для наглядности изменялись в два раза в меньшую и большую сторону, а f или ? варьировались так, чтобы выполнялось условие P o = const. Таблица 2. Функциональные параметры Изменение параметров (% или баллы) по вариантам 1 2 3 4 5 6 7 Весовая нагрузка, Q в 100 100 100 100 100 100 100 Вес колеблющегося вальца, Q кол 100 100 100 50 50 200 200 Амплитуда колебаний, A ? 100 200 50 200 100 200 100 Круговая частота колебаний, ? 100 71 142 100 142 100 71 Центробежная сила, P o 100 100 100 100 100 100 100 Отношение Q пр/Q кол , (1,5 для вар. 1) 100 100 100 267 267 17 17 Относительное ускорение, W/g 100 100 100 200 200 50 50 Показатель относит. Времени, ? = T/4? 100 79 156 100 156 100 79 Импульс силы, J 100 142 71 100 71 100 142 Удельный импульс силы или импульс напряжения, i 100 142 71 126 89 80 113 Коэффициент динамичности K d и общая сила воздействия R o 100 94 117 96 110 103 96 Динамический показатель уплотнения p kd и контактное давление ? o 100 96 111 97 107 102 97 Время действия силы R o и ? o, ? 100 148 64 130 83 79 117 Результаты табл. 2 свидетельствуют, что все манипуляции с Q кол, A ? и f при принятых условиях не дают существенного увеличения или уменьшения K d, R o, p kd и ? o (отклонение от базового не более 6–17%).

Главные изменения в большую или меньшую сторону происходят с временем ?, т. е. с длительностью действия сил R o и давлений ? o – до 1,5 раз по сравнению с базовым вариантом и до 2 – 2,3 раз между максимальным и минимальным значением вариантов. Соответственно и аналогично времени изменяются величины импульсов сил и давлений (до 1,8 – 2,0 раз), что конечно же не может не отразиться на увеличении или снижении деформации уплотняемого материала и на его конечной плотности. Наибольшую продолжительность по времени действия импульса дает вариант 2 с двукратно увеличенной амплитудой и соответственно сниженной частотой колебаний. В этом плане он даже выгоднее варианта 7, в котором вместо амплитуды двукратно увеличен вес колеблющегося вальца. По сравнению с базовым вариантом величина импульса напряжения в варианте 2 увеличена в 1,42 раза (вариант 7 – в 1,13 раза) при росте времени его действия в 1,48 раза (вариант 7 – в 1,17 раза). Объясняется этом тем, что с увеличением Q кол при Q o = const. меняется также отношение Q пр/ Q кол, влияющее в свою очередь на количественную и качественную сторону динамического воздействия, а при варьировании A ? дополнительно ничего не изменяется. Можно считать вариант 2 наиболее подходящим для эффективного уплотнения толстых слоев асфальтобетона. Для тонких слоев лучше вариант 3 (двукратно уменьшенная амплитуда с высокой частотой), имеющий более приемлемые количественную и качественную характеристики воздействия вальца. Несмотря на одинаковые с другими вариантами центробежную сил