О компании

Продукция


ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВИЗОРОВ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Авторы -  Зорин В.А., д.т.н., профессор, академик Российской академии проблем качества, Котлярский Э.В., д.т.н., профессор, Косенко Е.А. (МАДИ)

Повышение требований к качеству автомобильных дорог требует от дорожно-строительных организаций строгого соблюдения технологических и температурных режимов при сооружении асфальтобетонных покрытий, что на практике реализовать достаточно сложно. Поэтому важно рассматривать технологические процессы устройства и ремонта покрытий комплексно, охватывая все технологические этапы и выявляя возможные технологические резервы при производстве асфальтобетонных смесей, их транспортировке, укладке и уплотнении. Эффективность реализации технологических резервов напрямую зависит от бесперебойной работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, что, в свою очередь, можно обеспечить путем оптимизации состава и режимов работы машин.


Показатели качества покрытия во многом зависят от температуры укладываемой горячей асфальтобетонной смеси, на интенсивность остывания которой значительное влияние оказывают различные факторы: температура окружающей среды, влажность воздуха, скорость ветра, а также физико-механические и теплофизические свойства самой смеси. Поэтому эффективность применения машин комплекта для устройства покрытий в значительной степени зависит от интенсивности остывания асфальтобетонных смесей.

Остывание асфальтобетонных смесей характеризуется нестационарными процессами теплопроводности и начинается еще на этапе их производства. Поэтому важно обеспечить температуру нагрева инертных материалов с учетом последующих потерь и сохранение температуры асфальтобетонных смесей в процессе транспортировки от асфальтобетонного завода (АБЗ) к месту проведения распределительных работ.

Для транспортировки асфальтобетонных смесей используют автосамосвалы следующих типов: с задней разгрузкой, с донной разгрузкой, с донным транспортером.

Применение различных термоизоляционных материалов позволяет увеличить предельную дальность транспортировки асфальтобетонных смесей при соблюдении температурных режимов технологического процесса устройства дорожного покрытия.

В настоящее время для контроля температурных режимов при осуществлении технологического процесса устройства асфальтобетонного покрытия широко применяют портативные тепловизоры, которые позволяют бесконтактно и оперативно определять тепловые изменения в объеме асфальтобетонной смеси, происходящие при ее транспортировке, укладке и уплотнении. Таким образом, решить проблему обеспечения качества дорожного покрытия можно на основании анализа термограмм асфальтобетонных смесей, полученных на различных этапах формирования покрытия.

С целью повышения эффективности применения дорожно-строительных машин (ДСМ) комплекта путем сохранения температуры асфальтобетонных смесей в процессе транспортировки были проведены лабораторные исследования по определению режимов работы комплекта ДСМ в зависимости от гранулометрического состава асфальтобетонных смесей, температуры окружающей среды, применяемых средств и способов термоизоляции. Для этого было изучено влияние представленных факторов на скорость остывания асфальтобетонных смесей.

В таблицах 1-3 представлен состав исследуемых асфальтобетонных смесей.

Состав мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа А марки I

Таблица 1

Наименование материала Состав минеральной части а/б смеси (битум сверх 100%) Состав минеральной части а/б смеси (битум в 100%) Дозировка материалов на замес 1000 кг в кг
Щебень ф. 5-20 мм 43,0 41,0 410
Щебень ф. 5-10 мм, габоро-диабаз 11,0 10,5 105
Песок природный 19,0 18,1 181
Песок из отсевов дробления 0-5 мм 20,0 19,1 191
Минеральный порошок 7,0 6,7 67
БНД 60/90 4,8 4,6 46

Состав мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа Б марки I

Таблица 2

Наименование материала Состав минеральной части а/б смеси (битум сверх 100%) Состав минеральной части а/б смеси (битум в 100%) Дозировка материалов на замес 1000 кг в кг
Щебень ф. 5-20 мм 39,0 37,1 371
Щебень ф. 5-10 мм, габоро-диабаз 8,0 7,6 76
Песок природный 42,5 40,5 405
Минеральный порошок 10,5 10,0 100
БНД 60/90 5,0 4,8 48

Состав мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа Д марки II

Таблица 3

Наименование материала Состав минеральной части а/б смеси (битум сверх 100%) Состав минеральной части а/б смеси (битум в 100%) Дозировка материалов на замес 1000 кг в кг
Песок природный 82,5 76,7 167
Минеральный порошок 17,5 16,3 163
БНД 60/90 7,5 7,0 70

Приготовленные образцы асфальтобетонных смесей массой 5 кг нагревались до температуры 160 °С. Интенсивность остывания асфальтобетонных смесей фиксировалась путем измерения температуры в пяти точках, как показано на рисунке 1. Измерения проводились до достижения образцами асфальтобетонных смесей температуры 120 °С.

Рис. 1. Образец для исследования скорости остывания асфальтобетонных смесей: 1, 2, 3, 4, 5 – точки измерений

Время остывания лабораторных образцов асфальтобетонных смесей

Таблица 4

Температура окружающей среды, °C Время остывания образца без средств термоизоляции, мин Время остывания образца при укрытии брезентом, мин Время остывания образца при использовании бункерного способа термоизоляции, мин

Мелкозернистая асфальтобетонная смесь типа А марки I

0 7 8 11
10 8 9 13
20 11 18 20

Мелкозернистая асфальтобетонная смесь типа Б марки I

0 8 9 12
10 10 11 14
20 13 19 22

Мелкозернистая асфальтобетонная смесь типа Д марки II

0 9 10 13
10 10 11 16
20 15 20 23

По результатам проведенных исследований построены графики изменения температуры асфальтобетонных смесей в зависимости от температуры окружающей среды с учетом способа термоизоляции (табл. 5) и изменения температуры асфальтобетонных смесей в зависимости от способа термоизоляции с учетом температуры окружающей среды (табл. 6).

Так как наиболее интенсивное остывание асфальтобетонной смеси в процессе ее транспортировки происходит через открытую поверхность смеси в кузове транспортного средства, оценить эффективность применения того или иного способа термоизоляции можно путем измерения температуры смеси на поверхности образца в начале и конце измерений с помощью тепловизора. Для проведения лабораторных исследований был применен тепловизор Testo 875-1i.

В результате проведенных исследований получены термограммы образцов перед началом исследований (рис. 2) и в конце исследований (рис. 3).

Рис. 2. Термограмма образца при исследовании скорости остывания асфальтобетонной смеси перед началом исследования

а)

б)

в)

Рис. 3. Термограммы образца при исследовании процесса остывания асфальтобетонной смеси в конце транспортировки: а) без средств термоизоляции; б) с использованием укрытия брезентом; в) с использованием бункерного способа термоизоляции

Анализ данных, полученных в результате исследований, показал, что наименьшая интенсивность остывания асфальтобетонных смесей обеспечивается при транспортировке автосамосвалами с донной разгрузкой, при этом чем выше содержание щебня в смеси, тем интенсивнее происходит ее остывание.

Исследования в эксплуатации показали, что наиболее интенсивное остывание асфальтобетонной смеси происходит после ее укладки на этапе уплотнения. Уплотнение является важным этапом в процессе структурообразования дорожного покрытия и должно производиться в диапазоне рабочих температур. При достижении температуры ниже предельно допустимого значения уплотнение асфальтобетонного слоя дорожного покрытия становится неэффективным. С целью повышения эффективности строительства или ремонта дорожного покрытия необходимо стремиться к сокращению времени между технологическими этапами укладки и уплотнения асфальтобетонного слоя. Это возможно осуществить путем повышения степени уплотнения материала на этапе предварительного уплотнения, а также разработки специальных устройств, позволяющих осуществлять одновременную укладку и уплотнение асфальтобетонного покрытия.

Таким образом, индивидуальные теплофизические свойства различных типов асфальтобетонных смесей определяют различную скорость их остывания под воздействием одинаковых условий окружающей среды. Это необходимо учитывать при выборе вида транспортных средств и способов термоизоляции асфальтобетонных смесей в процессе транспортировки от АБЗ к месту строительства или ремонта дорожного покрытия, а также при определении режимов транспортирования и уплотнения асфальтобетонных смесей.

Несмотря на высокую стоимость инфракрасных приборов, применение портативных тепловизоров в дорожно-строительной отрасли неуклонно расширяется, так как несет в себе огромный прикладной потенциал, связанный с возможностью контроля состояния материалов в процессе приготовления, транспортирования и укладки, а также для проведения работ по техническому диагностированию машин.

Графики изменения температуры асфальтобетонных смесей в зависимости от температуры окружающей среды с учетом способа термоизоляции

Таблица 5

Способ термоизоляции Мелкозернистая асфальтобетонная смесь типа А марки I Мелкозернистая асфальтобетонная смесь типа Б марки I Мелкозернистая асфальтобетонная смесь типа Д марки II
без средств термоизоляции
с использованием укрытия брезентом
с использованием бункерного способа термоизоляции

Графики изменения температуры асфальтобетонных смесей в зависимости от способа термоизоляции с учетом температуры окружающей среды

Таблица 6

Температура окружающей среды Мелкозернистая асфальтобетонная смесь типа А марки I Мелкозернистая асфальтобетонная смесь типа Б марки I Мелкозернистая асфальтобетонная смесь типа Д марки II
t=0 °С
t=10 °С
t=20 °С