Дипломная работа: Аналіз впливу різноманітних чинників на тріщиноутворення нежорстких дорожніх одягів

Дипломная работа: Аналіз впливу різноманітних чинників на тріщиноутворення нежорстких дорожніх одягів

Кваліфікаційна робота магістра

на тему: Аналіз впливу різноманітних чинників на тріщиноутворення нежорстких дорожніх одягів

Зміст

Вступ

1. Огляд негативного впливу тріщиноутворення на транспортно експлуатаційний стан автомобільних доріг

2. Аналіз основних причин та факторів, впливаючих на утворення тріщин

2.1 Вплив факторів кліматичного порядку

2.2 Вплив факторів технологічного порядку

2.3 Вплив факторів втомлено-часового порядку

3. Аналіз видів та частості тріщиноутворення в залежності від регіональних умов

4. Оцінка динамічного впливу транспортних засобів на тріщиноутворення

5. Оцінка зниження несучої здатності дорожніх конструкцій під впливом крізних поперечних тріщин

6. Прогнозування тріщиноутворення нежорстких дорожніх одягів

7. Сучасні способи ремонту тріщин на дорожніх покриттях

7.1 Розробка тріщин

7.2 Застосування геосинтетиків

7.3 Застосування щебенево – мастичного асфальтобетону

7.4 Інші методи ремонту тріщин

7.5 Устаткування для ремонту тріщин

8. Економічна ефективність пропонуємих ремонтних заходів

8.1 Визначення кошторисної вартості виконання робіт щодо ремонту тріщин

8.2 Розрахунок економічної ефективності розглянутих технологій ремонту

Загальні висновки

Перелік посилань

Вступ

Автомобільний транспорт представляє собою одну з найважливіших галузей господарства України. В Україні, як і в інших країнах світу, автомобіль знаходить широке застосування для господарських і ділових поїздок, для поїздок до місць короткочасного та тривалого відпочинку та ін. Відбувається процес автомобілізації, суть якого заключається в швидкому рості автомобільного парку та в проникненні автомобіля в усі сфери економічної та соціальної діяльності людини.

Продуктивна робота автомобільного транспорту, ефективне використання особистих автомобілів вимагають наявності розвинутої мережі облаштованих автомобільних доріг.

Ефективність роботи автомобільного транспорту багато в чому залежить від технічного рівня і стану доріг. При погіршенні технічного стану дороги знижується продуктивність і безпека дорожнього руху, підвищується собівартість перевезень.

Сучасні автомобільні дороги повинні забезпечувати безпеку дорожнього руху, враховуючи при цьому психофізіологічні здібності сприйняття водіями дорожніх умов. Повинні бути підвищені і вимоги до зручності руху на дорогах.

Забезпечення ефективних заходів з підвищення безпеки дорожнього руху, зменшення його негативного впливу на навколишнє середовище – все це являється складним соціально-економічним та технічним завданням. Вирішується воно шляхом будівництва нових доріг, реконструкції існуючих, підвищення транспортно-експлуатаційного рівня мережі доріг, що вже склалася.

Тенденції розвитку дорожнього господарства України дозволяє зробити висновок про те, що при обмежених фінансових ресурсах на перше місце виступають роботи по збереженню мережі існуючих доріг та забезпеченню вимагаємого транспортно-експлуатаційного стану. Аналіз літературних джерел свідчить про те, що на дорогах домінують деформації і руйнування, пов’язані з недостатньою деформаційною здатністю асфальтобетонних покриттів при від’ємних температурах. В залежності від регіонів, а відповідно і від природно-кліматичних умов, тріщини в асфальтобетонних покриттях являються одним із основних чинників, що призводять до руйнування дорожніх покриттів. Наступним аспектом цієї проблеми являється негативний вплив наскрізних тріщин на водно-тепловий режим земляного полотна. Деструктивний характер води яка потрапляє через такі тріщини, проявляється передусім в перезволоженні ґрунту основи, втрати його несучої здатності і як наслідок, в руйнуванні асфальтобетонного покриття в прилеглій зоні.

Викладене вище свідчить про необхідність розробки та реалізації при ремонті і реконструкції доріг заходів, які дозволили б підвищити тріщиностійкість асфальтобетонних покриттів, продовжити строки їх служби та знизити витрати на їх утримання.

Метою даної магістерської роботи є аналіз факторів які впливають на тріщиноутворення та оцінка його негативного впливу на дорожні одяги нежорсткого типу, обґрунтування методів ремонту даного виду руйнування.

1. Огляд негативного впливу тріщиноутворення на транспортно-експлуатаційний стан автомобільних доріг

Найбільш поширеними на території України є покриття, які влаштовують з використанням асфальтобетону. Поряд з високими технологічними та експлуатаційними показниками таке покриття володіє суттєвими недоліками – високою чутливістю до температурно-зволожувальної дії, безперервним змінам міцності та деформативних характеристик в часі у зв’язку з природним старінням в’яжучого, що суттєво ускладнює прогнозування їх довговічності.

Багаточисельні досліди показують, що умови роботи дорожніх одягів з такими покриттями в значній мірі визначаються фізико-хімічними, механічними та погодно-кліматичними факторами, в результаті спільної дії яких відбувається зміна якісних характеристик покриття в процесі експлуатації. При вивченні особливостей роботи дорожніх покриттів з асфальтобетонних сумішей неможливо розглядати ізольовано вплив на них тільки однієї окремої групи факторів, вони повинні розглядатися комплексно, так як в комплексі результат з впливу буде різко відрізнятися від впливу кожного з факторів окремо. Асфальтобетон в конструкції дорожнього одягу абсолютно завжди знаходиться в напруженому стані, дана обставина зв’язана з тим, що виникаючі в ньому напруження ніколи повністю не релаксують. При постійній наявності в асфальтобетоні залишкової напруги, покриття під впливом даної напруги буде руйнуватися. Руйнування у вигляді тріщин відбудеться, коли сумарна, яка накопилася в покритті, деформація асфальтобетону прирівняється до граничного значення з тривалості для даного матеріалу.

Тріщини найбільш небезпечний вид руйнування дорожнього покриття з точки зору порушення його суцільності.

Відомо, що самі по собі тріщини не мають значного впливу на безпеку і комфортабельність руху по дорогам. Серйозну небезпеку для транспорту і великі додаткові затрати, пов’язані з утриманням доріг, викликають наслідки цих тріщин. За даними різних джерел першопричиною виникнення від 70% до 90% вибоїн є наявні в дорожніх покриттях тріщини.

Особливо активно процес виникнення вибоїн розвивається у весняний період, чому сприяє чергування додатних і від’ємних температур повітря та покриття, наявність води в порах покриття. Проникаючи в раковини та мікро тріщини покриття, вода здійснює розклинюючи дію, яке значно збільшується при її замерзанні. Зв’язки між частками матеріалу послаблюються і під впливом коліс автомобіля утворюється вибоїна , яка може швидко збільшитися.

Наїжджаючи на вибоїну, колесо отримує поштовх, що призводить по повторного динамічного удару на деякій відстані за вибоїною. При багаторазовому повторенні цього навантаження утворюється наступна раковина або тріщина, які потім зливаються в одну велику вибоїну.

Іншим аспектом проблеми тріщино утворення є негативний вплив крізних тріщин на водно-тепловий режим земляного полотна. Деструктивний характер води, яка поступає крізь такі тріщини проявляється, перш за все, в перезволоженні ґрунту основи, витрати його несучої здатності та, як наслідок, у руйнуванні асфальтобетонних покриттів у прилягаючих зонах.

Тріщини на покриттях бувають різних розмірів і форми. На асфальтобетонних та інших покриттях, побудованих з використанням органічного в’яжучого, тріщини можуть бути одиночні поперечні, повздовжні, косі та у вигляді сітки.

Утворення тріщин є головною причиною передчасного руйнування дорожнього одягу: існує закономірність зниження міцності дорожнього одягу нежорсткого типу в залежності від наявності тріщин. Також при обстеженні дорожніх конструкцій було встановлено, що найбільша неоднорідність вологості та щільності, а також і міцність спостерігається у верхній частині земляного полотна в місцях де є або відремонтовані тріщини. В цих місцях середня вологість ґрунту полотна на 15-30% вища, ніж в місцях де немає порушення поверхні покриття, що веде до значного зниження щільності і міцності ґрунту і ослаблення в цих місцях дорожніх конструкцій в цілому( в місцях наявності тріщин на перезволожених ділянках під динамічною дією важкого автомобільного транспорту можуть виникати просадки).

Негативний вплив тріщин у шарі асфальтового одягу полягає в тому, що вода проникає в шар асфальтового одягу, а при тріщинах, що йдуть крізь весь дорожній одяг, і в основу. Проникнення води спричиняє поява наступних ефектів:

– підвищення вмісту води в неукріплених шарах знижує несучу здатність неукріпленого несучого шару й будівельної основи.

– замерзаючи, вода в дорожній конструкції може привести як до відшаровування асфальтобетонного покриття й місцевого руйнування структури асфальту в шарах покриття, так і до пучення у нижніх шарах, викликаних морозом.

Збиток, заподіюваний у результаті цього, зв'язаний, як правило, з ремонтом шару асфальтобетонного одягу, або навіть із повним відновленням дорожньої конструкції. Крім того, через проникнення кисню крізь тріщини прискорюється процес старіння бітуму.

Крім того, виконання ремонтних робіт на асфальтобетонних покриттях супроводжується частковим або повним перекриттям руху у даному напрямку. Це призводить до затримки транспортних засобів, що в свою чергу веде до подорожчання вартості перевезення вантажів та пасажирів. Часті ремонти ведуть до значних капітальних вкладень в експлуатацію автомобільних доріг.

Застосування сучасних технологій при ремонтах асфальтобетонних покриттів дозволяє відсунути строки дорогої реконструкції, одержати економію за рахунок зниження витрат на наступне утримання.

Шляховики знають, що для ремонту тріщин звичайно застосовується медичний термін «санація» – комплекс лікувально-профілактичних заходів, спрямованих на попередження й ліквідацію захворювань зубів. Тріщини на покритті подібні до хворих зубів, що роблять шкідливий вплив на весь організм людини. І чим раніш й надійніше їх почати «лікувати», тим здоровіше буде «організм» автомобільної дороги.

Тому рішення проблеми тріщиностійкості асфальтобетонів слід розглядати в якості однієї з головних для підвищення довговічності покриття.

2. Аналіз основних причин та факторів, впливаючих на утворенння тріщин

транспорт тріщина дорога покриття

Під надійністю дорожнього одягу розуміють ймовірність безвідмовної роботи конструкції на протязі всього періоду експлуатації до ремонту. Кількісно рівень надійності представляє відношення протяжності міцних (непошкоджених) ділянок до загальної протяжності одягу з відповідним значенням коефіцієнту міцності.

З характерних для асфальтобетонного покриття пошкоджень найбільш небезпечні поперечні тріщини. В усіх випадках утворення тріщин на дорожніх асфальтобетонних покриттях відбувається внаслідок скорочення (при охолодженні) їх розмірів, або при прогині покриття, викликаному в основному деформацією основи і земляного полотна. Тріщини виникають втому випадку, якщо гранично можливе для даного покриття розтягнення і подовження при даних температурах і навантаженні являється недостатнім для запобігання виникаючим критичним напруженням в покритті, перевищуючих його опір розриву.

З їх виникненням найбільш інтенсивне руйнування асфальтобетону виникає в зоні переходу коліс автомобіля з одного краю тріщини на другий – виникнення вибоїн.

Вибоїни – місцеві руйнування покриття глибиною від 20 до 100 мм і більше з різко викресленими краями. Вони виникають перш за все із-за недостатнього зв’язку між мінеральними та органічними матеріалами, недоущільнення покриття, забруднення, використання недоброякісних матеріалів (перепалення асфальтобетонної суміші, попадання необробленого щебеню або піску в суміш і т.д.).

Особливо активно процес виникнення вибоїн розвивається у весняний період, чому сприяє чергування додатних і від’ємних температур повітря та покриття, наявність води в порах покриття. Проникаючи в раковини та мікро тріщини покриття, вода здійснює розклинюючи дію, яке значно збільшується при її замерзанні. Зв’язки між частками матеріалу послаблюються і під впливом коліс автомобіля утворюється вибоїна , яка може швидко збільшитися.

Наїжджаючи на вибоїну, колесо отримує поштовх, що призводить по повторного динамічного удару на деякій відстані за вибоїною. При багаторазовому повторенні цього навантаження утворюється наступна раковина або тріщина, які потім зливаються в одну велику вибоїну.

Іншим аспектом проблеми тріщино утворення є негативний вплив крізних тріщин на водно-тепловий режим земляного полотна. Деструктивний характер води, яка поступає крізь такі тріщини проявляється, перш за все, в перезволоженні ґрунту основи, витрати його несучої здатності та, як наслідок, у руйнуванні асфальтобетонних покриттів у прилягаючих зонах.

Тріщини на покриттях бувають різних розмірів і форми. На асфальтобетонних та інших покриттях, побудованих з використанням органічного в’яжучого, тріщини можуть бути одиночні поперечні, повздовжні, косі та у вигляді сітки.

Тріщини поперечні крізні на всю ширину покриття (температурні) виникають восени та на початку зими внаслідок різких перепадів температури повітря і недостатнього опору температурним напруженням. Вони розміщуються по проїзній частині на певній відстані одна від одної (5-10 м).

Повздовжні тріщини, розташовані через 20-40 см одна від одної на смугах накату, в сполученні з поперечними тріщинами через 1-4 м на всю ширину проїзної частини бувають на покриттях, які містять органічне в’яжуче, побудованих на неміцних основах з ґрунтів або кам’яних матеріалів, укріплених мінеральним в’яжучим (цемент, вапно, золи зносу).

Повздовжні тріщини на асфальтобетонних покриттях часто з’являються на стику двох смуг укладки покриття при поганому спряженні. Повздовжні тріщини на смугах накату виникають під інтенсивним рухом автомобілів через недостатню міцність окремих шарів одягу та ґрунтової основи (недоущільнення, перезволоження), перевищення навантажень та інтенсивності руху в порівнянні з розрахунковими. Тріщини повздовжньо-косі виникають внаслідок недостатньої міцності дорожнього одягу, недоущільнення ґрунтів полотна і їх наступної осадки, особливо на високих насипах, а також над трубами.

Сітка тріщин з мілкими комірками на смугах накату з розміром сторін 10-20 см буває на покритті, як правило, при недостатній міцності основи на ділянках відтавання перезволоженого ґрунту в весняний період і період пучино утворення. Головна причина більшості тріщин – втомленість дорожніх одягів, їх недостатня міцність.

Волосяні тріщини(схожі на павутину) шириною 1-2мм на шарі зносу починають виникати в повздовжньому напрямку і концентруються у колії. Вид мозаїки вони приймають з самого початку тріщиноутворення. Такий тип тріщин нагадує руйнування від втомленості. Цей дефект важко побачити, але він добре видимий на вологому покритті. Якщо покриття містить розжижене в’яжуче, то в теплий час тріщини закриваються. Виникають в наслідок наступних причин: занадто мало в’яжучого; недостатня адгезія асфальтобетонного покриття; втомленість дорожнього одягу в результаті повторюючихся навантажень при інтенсивності руху [4]. Всі види тріщин згруповано, описано причини їх виникнення на листі 1.

Досвід експлуатації автомобільних доріг з асфальтобетонним покриттям показує, що перші тріщини в них виникають на протязі першого року експлуатації, як правило спочатку виникають внутрішні тріщини. Процес виникнення внутрішніх тріщин і пошкоджень є результатом взаємного накладення двох незалежних, але зв’язаних один з одним ефектів. Перші з них – це розповсюдження внутрішніх напружень та їх концентрацій, обумовлене зовнішніми факторами, другий – розповсюдження локальної міцності матеріалу, внутрішніх пошкоджень і структурних дефектів. У випадку асфальтобетонної суміші можна думати, що значні структурні зміни під впливом зовнішніх факторів можуть привести до виникнення дефектів структури, які сприяють процесу руйнування. В моделі крихкого руйнування асфальтобетонної суміші слід також враховувати випадок, коли під впливом зовнішнього навантаження може настати консолідація, тобто змикання мікро тріщин і навіть тріщин.

Ці первинні тріщини практично визначають увесь подальший процес тріщиноутворння в часі та їх фіксування представляє велику наукову цінність для прогнозування довговічності асфальтобетонних покриттів.

Для класифікації тяжкості і об’єму пошкоджень в якості масштабу застосовується частота тріщин (табл. 2.1).

Таблиця 2.1 - Класифікація тяжкості та об’єму тріщин

2.1 Вплив факторів кліматичного порядку

Крізні тріщини є одним з основних видів руйнувань асфальтобетонних покриттів в усіх дорожньо-кліматичних зонах і являються початком для розвитку інших видів руйнувань.

Руйнування асфальтобетону залежить від швидкості навантаження і температури та може носити як крихкий, так і в’язкий характер. Виникнення тріщин на асфальтобетонних покриття відбувається в основному в холодну пору року – взимку або ранньою весною, а також в період відтавання. При більш низьких температурах спочатку виникають правильні поперечні так звані температурні тріщини. Їх появі сприяє швидке пониження температури(таке, наприклад, коли менше ніж за добу вона знижується від 0 до -15, -200). На асфальтобетонних покриттях на бетонній основі такі тріщини з’являються над температурними швами при температурах нижче -100. відстань між „температурними” тріщинами різна – від 8-10м до 40-50м. Ця відстань визначається властивостями покриття і видом основи. На покриттях по бетонній основі вона визначається звично відстанню між температурними швами в основі, які влаштовують через 15-20м. Температурні тріщини можуть бути і повздовжніми, якщо ширина дороги перевищує 10-12м. При двоскатному профілі вони розміщуються по вісі дороги, а при бетонній основі над повздовжнім температурним швом. Температурні тріщини відрізняються від інших підвищеною шириною, яка сягає 1,5см і більше. Ширина тріщин збільшується з часом. Температурні тріщини виникають внаслідок скорочення розмірів покриття при його охолодженні при одночасному збільшенні по мірі охолодження хрупкості асфальтового покриття. Скорочення асфальтобетону при зниженні температури значне, що пояснюється його значним коефіцієнтом температурного розширення(0,00004-0,00005). Про величину розширення можна судити з того, що ділянка дороги довжиною 20м при охолодженні від +50 до -200 скорочується приблизно на 2,5см. При охолодженні в інтервалі додатних температур таке скорочення не призводить до розтріскування, оскільки асфальтобетон в силу пластичності та еластичності здатний розтягуватись під дією напружень. Внаслідок цього виникаючи в покритті напруження поступово гасяться, не доходячи до критичних розмірів. При максимальному зниженні температури асфальтобетон в значній мірі втрачає пластичність і стає крихким. В якийсь момент покриття практично повністю втрачає властивість розтягуватись і при наступному охолодженні і скороченні розмірів напруження в ньому в результаті цього підвищуються настільки, що перевищують міцність його розтягу і призводять до виникнення тріщин в покритті.

Виникнення температурних тріщин визначається в основному властивостями самого покриття – його теплостійкістю та тріщиностійкістю і при підвищенні останньої може запобігатись. Важче домогтися цього на покритті по бетонній основі, на яких розтягу, при тому значному, наражається невелика по довжині смуга покриття, яка розміщується безпосередньо над температурним швом основи, значно розширюючомуся при охолодженні. Слід відмітити, що частка впливу тимчасового навантаження і температурних перепадів на утворення тріщин ще не достатньо досліджені і очевидно їх співвідношення в значній мірі залежить від кліматичних умов експлуатації.

Розглянемо напружений стан асфальтобетонного покриття безпосередньо після його влаштування. Вважаючи покриття безкінечно довгим, розділимо його по товщині на систему шарів δі (і = 1,2,…к), в межах кожного з яких температура Ті приймається постійною (дана схема приведена в графічній частині роботи на листі 3). Під впливом циклічних змін температури по товщині асфальтобетонного покриття в контактних площинах між і-тим і (і +1)-им шарами виникають дотичні – τі(х) та нормальні напруження – rі, величина і напрямок яких змінюються в залежності від нагрівання чи охолодження покриття. При різкому зниженні температури Тв на поверхні асфальтобетону процесу вільного стиску верхнього шару перешкоджають шари з більш високою температурою. В зв’язку з цим ймовірність та координати з’явлення перших тріщин в поверхневому шарі і подальший їх розвиток по товщині асфальтобетонного покриття до підстилаючого шару залежать від градієнта зміни Т і розподілення міцності на розтяг матеріалу по довжині верхнього шару.

В зв’язку з випадковістю цих процесів координати виникнення первинних тріщин також є випадковими величинами. Процес виникнення вторинних тріщин більш близький до детермінованого і в ньому суттєву роль відіграє зона контакту покриття з основою.

Рис. 2.1 Схема температурної дії на асфальтобетоне покриття

Отже, тріщини на покриттях виникають в результаті швидкого росту температурних напружень при різких похолоданнях в зимовий період, а також від прогинів в місцях нерівностей, виникаючих головним чином в період промерзання або відтавання земляного полотна. Якщо крихкість асфальтобетону через мірна, то ці дефекти в сполученні з транспортними навантаженнями часто приводять до значних руйнувань покриття.

2.2 Вплив факторів технологічного порядку

Часто виникнення тріщин зв’язано з нестійкістю і недостатньою міцністю основи, в яких під дією навантаження або під впливом погодних умов виникають небезпечні за розмірами деформації. Такі деформації спостерігаються ранньою весною після відтавання ґрунтової основи дороги. Деформації верхніх шарів покриття, викликані нестійкістю самої основи, а не підстилаючих ґрунтів, зустрічаються значно рідше оскільки основа і підстилаючи шари улаштовуються із матеріалів які не втрачають помітним чином міцності і стійкості при зволоженні. Такі деформації пластичного характеру виникають інколи при гравійних основах з надлишком пилувато-глинистих фракцій і при застосуванні в основі неякісних матеріалів, наприклад, дрібного глинистого піску в підстилаю чому шарі. Хоча недостатні стійкість та міцність основи і впливає на розтріскування асфальтобетонного покриття, при достатньо міцних основах розтріскування визначається властивостями самого покриття – різним ступенем його тріщиностійкості.

Тріщиностійкість асфальтобетону в зимово-весняний період може бути забезпечена достатньою для конкретних умов деформативністю при розтязі та згині, що залежить в основному від реологічних властивостей цього матеріалу.

Тріщини є признаком недостатньої міцності на зріз та розтяг. Причини цього можуть лежати в межах конструктивних недоліків або недоліків будівельних матеріалів. Так наприклад, глибокі тріщини в дорожньому покритті виникають при низьких температурах в тому випадку, коли міцність асфальту на розтяг нижче, ніж розтягуюче напруження, виникаюче в результаті просадки під впливом холоду. Але не завжди утворення тріщин можливо об’яснити тільки недостатньою поведінкою при низьких температурах. В багатьох випадках утворення тріщин викликано певними переважними причинами:

Сіткові тріщини:

– конструктивні недоліки, тобто недостатні розміри або недостатня несуча здатність основи;

– дуже тверде в’яжуче;

– відсутність контакту між шарами.

Повздовжні тріщини:

– недостатні розміри або невірне виконання будівельних робіт;

– передчасні утомлені явища в асфальті.

Повздовжні тріщини в середині дорожнього полотна:

– неякісне виконання стиковочних швів;

– утворення лінз з льоду в несучій конструкції.

Поперечні тріщини:

– використання неузгоджених з районом експлуатації будівельних матеріалів, наприклад, дуже твердого в’яжучого;

– глибокі тріщини після укочування;

– відбивання тріщини з земляного укріплення, лежачого під дорожнім покриттям.

Часто спостерігається, що у випадку виникнення тріщин в результаті несприятливої поведінки при низьких температурах, поверхня дорожнього покриття в тих місцях, де є недостача в’яжучого і надлишок щебеню, швидко становиться пористою, виникає відшарування і виніс матеріалу. Якщо в місцях дорожнього покриття з тріщинами виконують відбір проб або буріння кернів, то часто виявляється, що ці тріщини не пронизують всю товщу дорожнього полотна, а закінчуються у верхній треті бітумного покриття. При відсутності контакту між шарами тріщина закінчується навіть в місці розділу шарів. В таких випадках, частіше за все неможливо з’ясувати чи утворився розподіл шарів під впливом води в результаті проникнення її крізь тріщини або ж при укладанні дорожнього полотна не було забезпечене надійне зчеплення між шарами і в результаті цього проходило прискорене утворення тріщин.

Дорожні покриття з прихованими дефектами в результаті накладання цілого ряду несприятливих факторів характеризуються передчасним і прискореним виникненням тріщин, однак при одночасному виникненні сприятливих факторів такі покриття можуть залишатися або повністю полагодженими, або характеризуватися повільним тріщино утворенням і виникненням пошкоджень. Знання таких факторів особливо важливо тоді, коли в гарантійний період спостерігається початок тріщино утворення і тому необхідно вирішити, чи не має тут скритого дефекту та чи потрібно розраховувати на виникнення інших явних недоліків.

Тріщини виникають в дорожньому полотні при низьких температурах особливо тоді, коли в’яжуче занадто тверде.

Можна назвати наступні можливі причини передчасного затвердіння бітумів, що не дозволяє повністю виключити можливість передчасного виникнення тріщин з цих причин:

- використання бітуму, який не відповідає якості, вказаній у контракті;

- несприятлива поведінка при старінні;

- неправильна підготовка і транспортування (перегрів, силосування та транспортування при доступі кисню і т. д.).

Існує однозначний взаємозв’язок між тріщино утворенням і об’ємом пустот в асфальтобетоні верхнього шару. Чим більший об’єм пустот у верхньому шарі, тим твердіший досліджуємий в цьому місці бітум і тим сильніше виражено тріщино утворення.

Отже, тріщини виникають при використанні занадто твердого бітуму або такого бітуму, який затвердів при перемішуванні з занадто гарячими мінеральними речовинами. Асфальт на основі таких в’яжучих володіє занадто великою крихкістю і в результаті цього він не в змозі компенсувати усадку верхнього шару дорожнього покриття, яка виникає при низьких температурах.

2.3 Вплив факторів втомлено-часового характеру

На надійність роботи дорожніх покриттів значно впливають втомленосні явища. Механізм втомленого руйнування представляється наступним чином – при проході колеса автомобіля максимальні розтягуючи напруження виникають в основі покриття, хоч вони значно менші критичних із-за неоднорідності матеріалу. Локальні напруження часто значно відхиляються від середнього значення, і в місцях де вони перевищують границю пружності плівок бітуму, зв’язки рвуться. Повторне прикладення навантажень приводе до накопичення розірваних зв’язків. В результаті через визначене число циклів прикладення навантажень в нижній частині покриття виникають мілкі тріщини, які потім об’єднуються в великі. Тріщини одночасно ростуть в двох напрямках: вверх і паралельно площині покриття. При подальшому навантаженні тріщина проходить крізь покриття і стає видимою на його поверхні.

По мірі старіння асфальту на проїзній частині нещільні кромки асфальтобетону відокремлюються під впливом руху транспорту та погодних умов. Асфальт починає втрачати свою в’язкість і твердіє. Зміни температури примушують покриття розширюватися та стискатися, що призводить до виникнення тріщин. Подальші переміщення, викликані транспортними навантаженнями, можуть розширити тріщини. Крім того при старінні в’яжучого, покриття стає більш жорстким. Спочатку утворюються волосяні, потім більш широкі тріщини, в які проникає вода, яка замерзає взимку, і покриття поступово руйнується. Для шарів з коагуляційним типом структури найбільш характерні втомленосні та температурні тріщини, деформації у вигляді зсувів і напливів. Фізико-механічні властивості матеріалів, оброблених бітумом, визначаються особливостями зв’язків, виникаючих між окремими зернами, та залежать від властивостей бітуму, товщини його плівки, а з часом – від зміни його хімічного складу.

При старінні матеріалу асфальтобетону під дією води та кисню повітря виявляються три стадії. На першій стадії довгий час наростає міцність, водостійкість, зменшуються деформативні властивості матеріалу. Це відбувається за рахунок зменшення кількості масел, збільшення смол, особливо асфальтенів, підвищення в’язкості та когезії бітуму в результаті його взаємодії з мінеральним матеріалом. На другій стадії старіння знижується водо - і морозостійкість бітумомінерального матеріалу без помітної зміни його міцності. Третя стадія супроводжується різким зниженням міцності матеріалу, підвищенням його водо насичення, набухання та зменшенням водо - і морозостійкості. Це призводить до корозії покриття, посиленого викришування мінеральних часток і утворення вибоїн та руйнувань[4].

Рис. 2.2 Вплив старіння бітуму на довговічність покриття

Умовні позначення:

1 – зміна когезійної міцності бітуму;

2 – зміна міцності покриття;

К, С – точки різкого падіння міцності.

3. Аналіз видів та частості тріщиноутворення в залежності від регіональних умов

Регіональні умови розміщення ділянок автомобільної дороги мають безпосередній вплив на умови експлуатації автомобільних доріг. Взагалі на умови експлуатації великий вплив мають кліматичні умови: перепади температури повітря, кількість опадів які в свою чергу впливають на вибір асфальтобетонної суміші при будівництві автомобільних доріг, виникнення та наявність тріщин на покритті і інших видів деформацій та руйнувань.

Не менш важливе значення на умови експлуатації чинять грунтово-геологічні умови і рельєф місцевості: вид ґрунту земляного полотна, умови зволоження земляного полотна, переломи повздовжнього профілю автомобільної дороги.

Регіональні умови пов’язані з наявністю місцевого будівельного матеріалу який використовується при будівництві шарів дорожнього одягу: мартенівські та доменні шлаки, різновиди кам’яних матеріалів та пісків.

Всі перераховані фактори в тій чи іншій мірі будуть впливати на тенденцію утворення тріщин на дорожніх покриттях.

Для проведення аналізу використовувались дані обстеження автомобільної дороги Київ – Харків - Довжанський, а зокрема її ділянок з 396км по 440км в Харківській області, з 647км по 697км в Донецькій області і з 760км по 810км в Луганській області. Обстеження проводились в 2005 році ходовою дорожньою лабораторією кафедри Будівництва та експлуатації автомобільних доріг Харківського національного автомобільно-дорожнього університету.

Кліматичні особливості та основні види руйнувань у вигляді тріщин на вибраних ділянках дороги приведені нижче:

Харківська область розташована на північному сході України, на вододілі річок систем Дона та Дніпра, у степовій та лісостеповій зонах та відноситься до У-ІІ і У-ІІІ кліматичних зон. Поверхня – хвиляста рівнина, розчленована річними долинами, ярами й балками.

Клімат помірно континентальний. Влітку переважають вітри західних та північно-західних напрямків, а взимку – східних та південно-східних, що зумовлює значне похолодання взимку та різке підвищення температури в літні місяці; жарке літо поєднується зі значними опадами у вигляді злив. Виразною особливістю зими є часті відлиги, викликані переміщенням циклонічних утворень з Атлантики, Середземного або Чорного морів. При цьому мають місце завірюхи та ожеледі. Середньорічна кількість опадів від 457 мм на сході до 536 мм на заході, причому до 50% загальної кількості опадів випадає влітку.

Періоди без опадів, тривалістю до 20 днів, можливі 1-2 рази на рік, до 30 днів – 1 раз на рік, до 40 днів – 1 раз у 2-3 роки.

Зима триває в середньому близько 4 місяців й наступає у другій декаді листопада.

Середня висота снігового покрову – 23 см, а один раз в 20 років складає 50 см. В період завірюх, які відзначаються в середньому на протязі 22 днів, максимальний об’єм снігового приносу складає 200 см3 на погонний метр. Стійкий сніговий покров, в середньому, з’являється 17 грудня й сходить 14 березня. Середня багаторічна глибина промерзання - 105см. Максимальна глибина промерзання оголеного ґрунту - 125см. Наприкінці березня настає потепління. У окремі роки заморозки спостерігаються й наприкінці квітня.

Середньомісячна температура повітря найбільш холодного місяця (січня) -7,30С ,а найбільш теплого (липня) +280С. Абсолютний мінімум -360С, а абсолютний максимум (у липні) +390С.

Середньомісячна швидкість вітрів в зимовий період, маючи переважно східний та південно - східний напрямок - 5м/сек ,а в літній період, маючи переважно західний та північно - західний - 4,4м/сек .

Живлення горизонту здійснюється за рахунок інфільтрації атмосферних опадів, підтока з нижче лежачих водоносних горизонтів та русел річок. В основному, ґрунтовий потік має ухил в бік річок. Глибина рівня ґрунтових вод воліється від 0 до 3-4 м.

Таблиця 3.1- Характеристики погодно-кліматичних факторів

Харківська область знаходиться за грунтово – геологічними умовами у районах ІІІР.4 (суглинок) і IVP.9 (важкий суглинок, глина). За умовами роботи асфальтобетонів вона знаходиться в районах А-3 (асфальтобетон типу А, Б, Г і бітум марки БНД 60/90, 90/130) на півночі і А-6 (асфальтобетон типу А, Б, Г і бітум БНД 40/60, 60/90) на півдні.

Конструкція дорожніх одягів на всій протяжності автомобільної дороги і міцність показана на лінійному графіку ( лист..)

По результатам обстеження ділянки автомобільної дороги Київ – Харків – Довжанський в Харківській області були одержані наступні результати на кожних 10 кілометрах обраної ділянки в відсотках від довжини, таблиця 3.2.

Таблиця 3.2 – Дані обстеження по Харківській області

По даним обстеження можна зробити наступні висновки, що на даній ділянці автомобільної дороги в Харківській області переважають наступні види ушкоджень – поперечні і повздовжні тріщини усіх 3-х рівнів ураження. Лише на ділянці 436км-446км мають місце руйнування у вигляді сітки тріщин 1-го і 2-го рівнів ураження. Поперечні тріщини могли з’явитись у наслідок старіння асфальтобетону чи використання надто в’язкого бітуму, температурних перепадів, втомленість дорожнього одягу, неякісне ущільнення; повздовжні тріщини - порушення технології укладання асфальтобетону, втомленість дорожнього одягу; сітка тріщин - недостатня несуча здатність дорожнього одягу через недоущільнення або перезволоження хитливих ґрунтів, утома дорожнього одягу, пучиноутворення, крихкість в’яжучого.

Донецька область розташована на Пд. Сх., відноситься до У-ІІІ дорожно-кліматичної зони. Поверхня - переважно хвиляста рівнина (висота до 200 м), розчленована ярами й балками. Північно-східна частина зайнята Донецьким кряжем: до Пд. він переходить у Приазовську височину, що знижується до Азовського моря, обриваючись до нього помітним уступом (до 20 м). Клімат помірно континентальний. Середня температура січня від –7,8°С на Пн. Сх. до –5,4°С на Пд., липня відповідно 20,8°С и 22,8°С. Опадів за рік від 450 мм на Пд. до 500 мм у межах Донецького кряжа. Навесні бувають суховії, влітку посухи , іноді пилові бурі, град , взимку заметілі. Головні ріки: Сіверський Донець, Самара, Вовча, Кальмиус, Грузский Еланчик та ін. Багато річок улітку пересихають. Глибина промерзання 0,95 метра

Таблиця 3.3 Характеристики погодно-кліматичних факторів

Донецька область знаходиться за грунтово – геологічними умовами у районі IVP.10 (важкий суглинок, глина). За умовами роботи асфальтобетонів вона знаходиться в районі А-6 (асфальтобетон типу А, Б, Г і бітум БНД 40/60, 60/90).

Конструкція дорожніх одягів на всій протяжності автомобільної дороги і міцність показана на лінійному графіку ( лист..)

По результатам обстеження ділянки автомобільної дороги Київ – Харків – Довжанський в Донецькій області були одержані наступні результати на кожних 10 кілометрах обраної ділянки в відсотках від довжини, таблиця 3.4.

Таблиця 3.4 – Дані обстеження по Донецькій області

По даним обстеження можна зробити наступні висновки, що на даній ділянці автомобільної дороги в Донецькій області переважають наступні види ушкоджень – поперечні тріщини 2-х рівнів ураження і повздовжні тріщини усіх 3-х рівнів ураження. Третій рівень ураження спостерігається лише на ділянках з 647км по 657км та 667км по 677км. Поперечні тріщини могли з’явитись у наслідок старіння асфальтобетону чи використання надто в’язкого бітуму, температурних перепадів, втомленість дорожнього одягу, неякісне ущільнення, дорожній одяг складається із шарів з різним коефіцієнтом температурного розширення; повздовжні тріщини - порушення технології укладання асфальтобетону, неякісний стик спряження двох смуг укладки асфальтобетонного покриття, втомленість дорожнього одягу.

Луганська область розташована у східній частині, відноситься до У-ІІІ дорожно-кліматичної зони. Територія області долиною Сіверського Дінця поділяється на дві частини. Північна частина – хвиляста,розчленована густою яружно-балковою сіткою рівнина, що поступово підвищується на Північ до 200м і вище. По ширині також форми рельєфу пов’язані з діяльністю людини: кургани-могильники, терикони, кар’ єри тощо. Всього в області –123 річки завдовжки понад 10км, близько 60 озер, понад 320 водоймищ і ставків. Клімат помірно континентальний з прохолодною зимою та жарким літом. Пересічна температура січня – 6,8˚, липня +22˚. Опадів 410-550мм на рік. Глибина промерзання 0,95 метра.

Таблиця 3.5 - Характеристики погодно-кліматичних факторів

Луганська область знаходиться за грунтово – геологічними умовами у районі IVP.11 (важкий суглинок). За умовами роботи асфальтобетонів вона знаходиться в районі А-6 (асфальтобетон типу А, Б, Г і бітум БНД 40/60, 60/90).

Конструкція дорожніх одягів на всій протяжності автомобільної дороги і міцність показана на лінійному графіку ( лист..)

По результатам обстеження ділянки автомобільної дороги Київ – Харків – Довжанський в Луганській області були одержані наступні результати на кожних 10 кілометрах обраної ділянки в відсотках від довжини, таблиця 3.6.

Таблиця 3.6 – Дані обстеження по Луганській області

По даним обстеження можна зробити висновок, що на даній ділянці автомобільної дороги в Луганській області переважають наступні види ушкоджень – поперечні тріщини 2-х рівнів ураження на кожній ділянці і 3-го рівня ураження на ділянці з 790км по 800км; сітка тріщин 2-х рівнів ураження на кожній ділянці і 3-го рівня ураження на ділянці з 770км по 780км. Лише на деяких ділянках мають місце руйнування у вигляді повздовжніх та косих тріщин 1-го і 2-го рівнів ураження. Поперечні тріщини могли з’явитись у наслідок старіння асфальтобетону чи використання надто в’язкого бітуму, температурних перепадів, втомленість дорожнього одягу, неякісне ущільнення, дорожній одяг складається із шарів з різним коефіцієнтом температурного розширення; повздовжні тріщини - порушення технології укладання асфальтобетону, неякісний стик спряження двох смуг укладки асфальтобетонного покриття, втомленість дорожнього одягу; сітка тріщин - недостатня несуча здатність дорожнього одягу через недоущільнення або перезволоження хитливих ґрунтів, утома дорожнього одягу, пучиноутворення, крихкість в’яжучого; косі тріщини - відбиття тріщин, що виникли в шарах із застосуванням мінеральних в’яжучих через недостатню несучу здатність ґрунтів, втомленість дорожнього одягу, неміцна основа.

Висновок: проаналізувавши данні можна зробити висновок, що на виникнення тих чи інших видів руйнувань в першу чергу будуть впливати конструкції дорожнього одягу які застосовані у даних областях, кліматичні особливості даних областей і безперечно рівень експлуатації даної ділянки дороги. Звертаючи увагу на кліматичні особливості зрозуміло, що Харківська область знаходиться північніше від двох інших і має біль прохолодний клімат (дата переходу температури через 00С навесні 21.03, а восени 16.11) тоді, як Луганська і Донецька області, знаходячись східніше, мають поступливіші умови. За умовами зволоження всі ці області знаходяться відносно у однакових умовах.

До причин виникнення тріщин у Харківській області можна віднести недостатній експлуатаційний рівень ділянки автомобільної дороги, старіння асфальтобетону та неякісний рівень проведення робіт з укладки асфальтобетону. Всі ці причини привели до виникнення поперечних і повздовжніх тріщин високого рівня ураження. На ділянці 396 – 432 км (164-189 МПа) – виявлені поперечні і повздовжні тріщини, які виникли через недостатню міцність основи та дію температурних напруг. На ділянці 432 – 446 км (181-168 МПа) – виявлені поперечні, повздовжні тріщини та сітка тріщин, які утворилися стиг же причин, але ту має місце наявність в шарах конструкції бруківки яка впливає на міцність конструкції.

Ділянка розглядаємої автомобільної дороги в Донецькій області характеризується наявністю в конструкції дорожнього одягу шарів із шлаків, які в свою чергу і привели до виникнення поперечних тріщин 2-го рівня ураження. Також мають місце ділянки з повздовжніми тріщинами високого рівня ураження, виникнення яких пов’язане з неякісним виконанням робіт по укладці асфальтобетону. На ділянці 647 – 667 км (315-274 МПа) – спостерігається достатньо висока міцність конструкції, виявлені поперечні температурні тріщини зумовлені наявністю шару із шлаку і повздовжні тріщини зумовлені товщиною асфальтобетону (8 см). На ділянці 667 – 677 (253-273 МПа) – спостерігається падіння міцності дорожнього одягу, виявлені поперечні і повздовжні тріщини, які є наслідками температурних перепадів та втомленості дорожнього одягу.

Ділянка автомобільної дороги в Луганській області характеризується наявністю в дорожній конструкції шарів із шлаків, перезволоженням ґрунтів основи та скоріше за все втомленістю дорожнього одягу. Це привело до виникнення великої кількості поперечних тріщин і сітки тріщин по всій ділянці автомобільної дороги 2-го рівня ураження. На ділянці 760 – 788 км (256-342 МПа) – спостерігається висока міцність, виявлені поперечні тріщини та сітка тріщин в наслідок температурних перепадів та втомленості дорожнього одягу. На ділянці 788 – 794 км (236-275 МПа) – виявлені поперечні тріщини, які є наслідком втомленості дорожнього одягу, перепадів температури та використання в’язкого бітуму. На ділянці 794 – 800 км (287-266 МПа) – наявність в конструкції доменного шлаку, виявлені усі види руйнувань, що є наслідком втомленості дорожнього одягу. На ділянці 800 – 810 км (239-181 МПа) – найбільш слабка ділянка, виявлені поперечні тріщини та сітка тріщин, що є наслідком температурних перепадів та втомленості дорожнього обягу.

Для більш детального аналізу потрібно встановити марку використаного для робіт бітуму та тип асфальтобетону, дослідити умови зволоження земляного полотна та дорожнього одягу в цілому.

4. Оцінка динамічного впливу транспортних засобів на тріщиноутворення

Автомобільний потік, що рухається по дорозі, являє собою складне сполучення випадкових явищ, що змінюються в часі і просторі. Під впливом цих факторів випадково змінюються характеристики руху автомобільних потоків — їхня інтенсивність, швидкість, склад та інш. Автомобільний потік характеризують по щільності руху, вимірюваної кількістю автомобілів, що приходяться на 1 км дороги, та по ступені завантаження дороги, обумовленої відношенням інтенсивності руху N до пропускної здатності.

В залежності від розмірів і чергування різних геометричних елементів дороги (повздовжні і поперечні ухили, криві в плані і повздовжньому профілі та ін.) автомобілі рухаються нерівномірно, випливаючи за їхніми змінами. Рух по покриттях з нерівностями супроводжується ударами і вертикальними коливаннями коліс, кузова й інших частин автомобіля. Розходження мікропрофілю по шляху руху лівих і правих коліс викликає поперечні коливання. При цьому виникають перемінні по величині динамічні сили, що діють як на дорожнє покриття, так і на автомобіль.

З підвищенням швидкості автомобілів час дії розтягуючого напруження в покритті скорочується, разом з цим зменшуються пошкодження від транспортних засобів. Однак це відбувається тільки на рівних покриттях. При наявності нерівностей виникають руйнування із-за динамічної дії навантаження. Горизонтальні (тангенціальні) стискаючі та розтягуючи напруження служать причиною пластичних деформацій, а також руйнувань у верхніх шарах дорожнього одягу (зсувів, хвиль, напливів і поперечних тріщин по слідам накату).Такі деформації особливо часті на тонких покриттях – товщиною менше 8 см. При великій товщині покриття зсувні деформації бувають рідше, так як напруження, викликаємі в дорожній конструкції тангенціальними зусиллями, прикладеними на поверхні покриття, порівняно швидко згасають по глибині.

В результаті прикладення навантажень від коліс автомобілів дорожній одяг прогинається, потім поступово відновлюється. При високих інтенсивностях і швидкостях руху навантаження від коліс вантажних автомобілів можуть повторюватися через кожні 1,5-6 сек. Прогин від колеса важкого вантажного автомобіля розповсюджується в усі сторони, створюючи чашу радіусом до 3-4 м, яка переміщується в напрямку руху автомобіля. Чаші прогинів частково перекривають одна одну, охоплюючи всю ширину смуги руху. При цьому в шарах дорожнього одягу виникають напруження стиску, розтягу, згину та зсуву. Надмірні напруження від транспортних навантажень приводять до виникнення деформацій, а накопичення залишкових деформацій приводить до руйнування дорожнього покриття.

Міцність дорожнього одягу є найбільш важливим показником транспортно-експлуатаційного стану автомобільної дороги, якому необхідно регулярно оцінювати протягом усього терміну її служби.

Міцністні якості дорожнього одягу визначаються, насамперед, опірністю ґрунту, що підстилає, стиску. Дорожній одяг повинний розподіляти діючу на неї навантаження від колеса автомобіля по можливості на велику площу.

При дії тиску від колеса основа дорожнього одягу стискується в межах активної зони, як у поперечному, так і в подовжньому напрямку, у результаті чого відбувається прогин дорожнього одягу по деякій криволінійній поверхні з утворенням так називаної «чаші прогину».

Тиск, переданий на ґрунтову основу, залежить від площі, на яку розподіляється навантаження. Зі збільшенням товщини дорожнього одягу ця площа збільшується, а тиск відповідно зменшується. У весняний чи осінній періоди, коли внаслідок перезволоження знижується міцність ґрунту, існуюча товщина дорожнього одягу не забезпечує безпечний тиск, і при проїзді дуже важких автомобілів можуть виникати руйнування дорожнього одягу.

Вертикальні та дотичні сили, що виникають при русі автомобілів, викликають пружні і залишкові деформації в покриттях, у результаті яких покриття зношуються та руйнуються. Нагромадження залишкових деформацій на поверхні покриття робить останнє нерівним і непридатної для руху з високими швидкостями. При напругах і деформаціях, що перевищують припустимі межі, може відбутися повне руйнування одягу.

Рисунок 4.1

а) Види деформацій і руйнувань дорожнього одягу в поперечному профілі; б) Види деформацій і руйнувань дорожнього одягу в повздовжньому профілі. 1- чаша прогину; 2 - зона стиску одягу; 3 - зона розтягання; 4 - поверхня зрізу одягу; 5 - площа передачі тиску на ґрунт; 6 - ущільнення ґрунту в основі дорожнього одягу; 7 - напрямок стиску ґрунту; 8 - напрямок випирання ґрунту;9 - тріщини в дорожньому одязі (а - повздовжні; б - поперечні): 10 - деформації дорожнього одягу.

Варто розрізняти:

а) деформації всього одягу в цілому як інженерної конструкції під дією статичних і динамічних вертикальних сил. Ці деформації виражаються в осаді і вигині одягу:

б) деформації верхніх шарів (руйнування матеріалу шару) і, зокрема, поверхневого шару внаслідок стиску, зминання, стирання і зрушення під дією вертикальних і дотичних сил.

По характері опору діючим зусиллям і по роду виникаючих деформацій дорожні одяги поділяють умовно на:

тверді одяги, що роблять опори вигину і розраховані на міцність по опорі вигину як плита на пружній основі. До таких одягів відносяться цементобетонні, а також покриття на цементобетонній основі;

нежорсткі одяги, що володіють малим опором вигину і міцність яких у більш істотному ступені залежить від опору ґрунту земляної полотнини. До них відноситься більшість розповсюджених у даний час конструкцій дорожніх одягів.

Дорожній одяг можна розглядати як інженерну конструкцію, що складається з декількох шарів, кожний з який виконує визначену функцію в роботі всього одягу.

Будівельні норми і правила (БНіП) виділяють у дорожньому одязі наступні конструктивні шари:

1) покриття — верхній шар одягу, що характеризує транспортно-експлуатаційні якості проїзної частини. Цей шар може складатися з основного покриття і періодично поновлюваного шаруючи зносу;

2) основа - несуча частина дорожнього одягу, що забезпечує стійкість конструкції одягу і передає разом з покриттям навантаження на підстильний чи шар безпосередньо на ґрунт земляної полотнини. Цей шар може складатися з декількох шарів;

3) додатковий шар основи — нижній конструктивний шар одягу, що бере участь у передачі навантаження на полотнину і виконуючий одночасно свої основні функції морозозахистного, дренуючого та вирівнюючого шару.

Конструкції застосовуваних у даний час дорожніх одягів дуже різноманітний і зазначене вище розподіл на шари витримує не у всіх випадках. Нежорсткі одяги в цілому варто розглядати як багатошарову, у тім чи іншому ступені пружну-пластичну конструкцію, окремі шари якої розрізняються по своїх властивостях. Тверді одяги при розрахунках розглядають як пружні плити, що лежать на пружній основі; напруги і деформації цих покрить можуть бути знайдені з достатнім ступенем точності по методах будівельної механіки.

Дослідження привели до висновку, що граничний стан одягу по міцності виникає унаслідок виникнення осад такої величини, при якій порушується монолітність одягу. Початок плину ґрунту і руйнування одягу залежить не тільки від величини діючої навантаження, але і від кількості її додатків і їхньої тривалості. Хоча при короткочасній дії навантаження деформації одягу менше, ніж при тривалому, але часте повторення навантажень викликає поступове нагромадження пластичних деформацій і руйнування верхнього більш твердого шару. Нагромадження внутрішніх деформацій зосереджується головним чином у найбільш слабких шарах підстави й у ґрунті, що підстилає. Величина вертикальних напруг, що передаються на ґрунт через багатошаровий одяг, залежить від твердості її шарів, характеризуємій модулем деформації.

На величину напруг у покриттях помітний вплив робить швидкість руху автомобіля, оскільки для поширення напруженого стану в пружних-грузлих системах необхідно якийсь час.

Під дією звичайних на дорогах навантажень нежорсткі одяги виявляють більш-менш явно виражені пластичні властивості. При вертикальному тиску від колеса відбувається осад одягу, що закінчується не відразу, як у пружних тіл, а поступово загасає згодом, як у грузлих і пластичних тіл. Тільки при незначних навантаженнях (1,0—2,0 кГ/см2) і міцних одягах деформації бувають цілком пружні. Після зняття навантаження одяг поступово повертається в колишнє положення. При навантаженнях, що перевищують визначену величину і недостатньо міцних для даного руху одягах, осаду цілком не зникає. Таким чином, як загальне правило, на одягах нежорсткого типу одночасно виникають пружні і пластичні (необоротні) деформації.

Під рухом коліс порушується зв’язність нежорстких покрить і на їхнє поверхні виникають вибою, і з'являється хвилястість. Ці деформації торкаються лише покриття і роблять його поверхню нерівної [4].

Деформації поверхневого шару викликаються динамічними силами як вертикальними, так і горизонтальними. Розвитку цих деформацій сприяють атмосферні фактори, що послабляють міцність і зв’язність покрить - вивітрювання, розмивання водою, видування дрібних фракцій вітром, хімічні впливи. Схеми динамічного впливу автомобіля на дорожнє покриття приведені на листі 2.

5. Оцінка зниження несучої здатності дорожніх конструкцій під впливом скрізних поперечних тріщин

Аналіз тенденцій розвитку дорожнього господарства України дозволяє зробити висновок про те, що при обмежених фінансових ресурсах на перше місце виступають роботи по збереженню мережі існуючих доріг і забезпеченню потрібного транспортно – експлуатаційного стану. Аналіз літературних джерел свідчить про те, що на дорогах переважають деформації та руйнування, пов’язані з недостатньою деформативною здатністю асфальтобетонних покриттів при від’ємних температурах. В залежності від регіонів, а отже і від природно – кліматичних умов, тріщини в асфальтобетонних покриттях являються одним із основних факторів, які призводять до руйнування дорожніх покриттів. Значні температурні перепади являються однією із основних причин інтенсивного розвитку в дорожніх покриттях крізних поперечних тріщин, різко знижуючих жорсткість дорожніх одягів. З утворенням поперечних тріщин найбільш інтенсивне руйнування асфальтобетонних покриттів виникає в зоні переходу коліс автомобіля з одного краю тріщини на інший.

Іншим аспектом цієї проблеми являється негативний вплив крізних поперечних тріщин на водно-тепловий режим земляного полотна. Деструктивний характер води яка надходить через такі тріщини, проявляється перш за все у перезволожені ґрунту основи, втраті його несучої здатності і як наслідок, в руйнуванні асфальтобетонного покриття в прилеглих зонах [3].

Для прогнозування показників транспортно-експлуатаційних якостей дорожніх конструкцій необхідно знати закономірності їх зміни в залежності від концентрації на поверхні покриття крізних поперечних тріщин.

Головним навантаженням, діючим на дорожню конструкцію, являється тиск виникаючий під впливом транспортних засобів. Функція нежорстких дорожніх одягів полягає в розподілі навантажень, які передаються на підстилаючий грунт, на велику площу. При цьому загальна деформація усього дорожнього одягу являється результатом протікання наступних процесів. По-перше, ґрунтова основа дорожньої конструкції під навантаженням стискається, внаслідок чого виникає прогин дорожнього одягу по деякій криволінійній поверхні. При надмірно великій величині прогину може виникнути руйнування дорожнього одягу. З збільшенням товщини і жорсткості дорожнього одягу проходе розподіл тиску зовнішнього навантаження на велику площу, зменшується прогин і стискуюче напруження в підстилаючому ґрунті. По-друге, під навантаженням виникає стиск матеріалу верхніх шарів дорожнього одягу, а в нижній частині конструктивних шарів – розтяг. При перевищенні розтягуючими навантаженнями межі міцності матеріалу в покритті або основі виникають тріщини. По-третє, основа із незв’язних і малозв’язних матеріалів, а також підстилаючий грунт може випробовувати зони пластичного течіння, розвиток яких приводить до швидкого накопичення пластичних деформацій одягу в цілому і його руйнуванню.

Як правило, причиною руйнування асфальтобетонних покриттів являється їх недостатня тріщиностійкість. Оскільки зони по обидві сторони від тріщини сприймають напруження від навантаження і температури незалежно одна від одної без передачі поперечної сили, підвищується небезпека подальшого руйнування покриття і втрати ним рівності.

Причин виникнення тріщин в асфальтобетонних покриттях багато, наведемо деякі з них: крихкість в’яжучого при від’ємних температурах навколишнього середовища і по мірі його старіння; різниця між коефіцієнтами температурного розширення асфальтобетону та матеріалів нижчих шарів, оброблених неорганічними в’яжучими; несприятливі грунтово-гідрологічні умови, викликаючи недопустимі по величині деформації морозного пучення на поверхні покриття; неоднорідність властивостей підстилаю чого ґрунту, що призводить до нерівномірних його просідань і інш.

Умовно усі тріщини, виникаючи в асфальтобетонному покриті, можуть бути розділені на три групи:

-  втомленосні тріщини;

-  відображені тріщини;

-  деформативні тріщини.

Втомленосні тріщини в асфальтобетонному покритті розвиваються за рахунок впливу багаторазового прикладання навантаження, внаслідок старіння асфальтового в’яжучого і підвищення його крихкості.

Механізм утворення відображених тріщин пов’язаний з значними як горизонтальними, так і вертикальними переміщеннями нижче лежачих шарів.

Виникнення деформаційних тріщин пов’язане як з горизонтальними здвигаючими зусиллями, так і з вертикальними деформаціями морозного пучення. Такі тріщини також можуть виникати у місцях локальних деформацій основ.

Викладене вище свідчить про те, що температурні перепади призводять не тільки до виникнення великої кількості поперечних тріщин, а також до їх активного розвитку, коли збільшується ширина розкриття і руйнуються прилеглі зони. Попадання опадів в основу і земляне полотно через виникаючи пошкодження призводять до втрати несучої здатності дорожнього одягу, серйозним руйнуванням і до різкого збільшення витрат на ремонт і утримання доріг. Проникаюча через тріщини вода, замерзаючи, викликає відшарування покриття від основи в зоні тріщини і сприяє, таким чином, передчасному руйнуванню покриття і дорожнього одягу в цілому. В період боротьби із зимовою слизькістю хімічними способами утворюються водні розчини солей, які проникають через тріщини в конструктивні шари дорожнього одягу і земляне полотно, що призводить до локального додаткового зволоження даної зони соляними розчинами. Все це обумовлює виникнення неоднорідності нижніх шарів дорожнього одягу і ґрунту земляного полотна за однорідністю та щільністю, наслідком чого є зниження міцності верхньої частини земляного полотна і усієї дорожньої конструкції в зоні тріщини.

При обстеженні автомобільних доріг державного значення в Дніпропетровській і Луганській областях було виявлено, що найбільша вологість і найменша щільність ґрунту верхньої частини земляного полотна спостерігається в місцях явних крізних тріщин. Що обумовлює, в місцях тріщин, значне зниження міцності дорожньої конструкції (лист 13). В залежності від повздовжнього профілю дороги міцність в зоні тріщини змінюється від 20% до 35%, а в місцях перелому повздовжнього профілю, спостерігається зниження міцності дорожньої конструкції до 40-45%.

Зниження міцності дорожніх конструкцій залежить від властивостей ґрунту земляного полотна і матеріалу конструктивних шарів дорожнього одягу, якості ремонту тріщин, умов утримання дороги, способів боротьби із зимовою слизькістю, повздовжнього профілю, дорожньої ситуації, регіональних умов та ін. Комплексне урахування цих факторів дозволить, обґрунтовано призначити експлуатаційні заходи і прогнозувати рівень споживчих властивостей автомобільних доріг.

Для більш детального розгляду зниження несучої здатності дорожньої конструкції під впливом зволоження робочого шару через крізні поперечні тріщини був проведений розрахунок в програмі РАДОН Х40 за методикою ВБН В.2.3-218-186-2004. Метою даного розрахунку було дослідження падіння несучої здатності дорожньої конструкції при зміні характеристик ґрунту робочого шару. Для аналізу було використано дорожні конструкції на ділянках дороги Київ – Харків - Довжанський в Харківській та Донецькій областях отримані по результатам обстеження, які проводились в 2005 році ходовою дорожньою лабораторією кафедри „Будівництва та експлуатації автомобільних доріг” Харківського національного автомобільно-дорожнього університету.

Було визначено, що для розташування Харківської області характерним

ґрунтом для робочого шару є легкий суглинок з розрахунковою вологістю, для І категорії дороги, 70%. Для Донецької області відповідно важкий суглинок і розрахункова вологість 68%. Задавшись кроком 3% підвищення вологості отримали наступні характеристики ґрунтів, приведені в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 Розрахункові характеристики ґрунтів робочого шару

Досліджувані конструкції дорожніх одягів:

а) ділянка дороги Київ – Харків - Довжанський в Харківській області (415-422 км)

б) ділянка дороги Київ – Харків - Довжанський в Донецькій області (667-673 км)

По результатам розрахунку видно, що модуль пружності дорожнього одягу знижується із підвищенням вологості грунту робочого шару. Таке зниження можна дослідити на будь якому типі дорожньої конструкції.

Як зазначалося вище в місця перелому повздовжнього профілю така дія зволоження спостерігається найчастіше. Крім того, що волога потрапляє через тріщини в нижні шари конструкції, в таких місцях спостерігається активний розвиток вибоїн. Тому саме в місцях перелому повздовжнього профілю, на ділянках з незначними ухилами слід найретельніше контролювати ремонтні чи будівельні роботи, обґрунтовано призначати ремонтні заходи та заходи по забезпеченню водовідведення.

Рисунок 5.1 - Графік зміни модуля пружності дорожнього одягу залежно від вологості ґрунту робочого шару (суглинок легкий)

Рисунок 5.2 - Графік зміни модуля пружності дорожнього одягу залежно від вологості ґрунту робочого шару (суглинок важкий)

Висновки: при оцінці впливу крізних поперечних тріщин на міцність дорожніх конструкцій було виявлено вплив тріщин на зволоження дорожніх конструкцій та втрату їх міцності через зволоження ґрунтів робочого шару. На прикладі реальних конструкцій в програмі РАДОН Х40 було прораховано зниження міцності дорожньої конструкції під впливом зміни вологості ґрунту робочого шару. Були отримані графічні залежності рисунки 5.2 і 5.1, на яких видно падіння міцності конструкції. На перший погляд воно може здатися незначним, але в процесі експлуатації робочий шар ґрунту може досягати і більших вологостей і тоді це падіння може виявитися значним.

Також були проаналізовані дані міцності конструкцій дорожніх одягів, з наявністю поперечних тріщин, на різних повздовжніх профілях доріг і отримані дані падіння міцності під впливом крізних поперечних тріщин:

1. ділянка дороги з повздовжнім ухилом 8 ‰ – 37% втрати міцності;

2. ділянка дороги з повздовжнім ухилом 10 ‰ – 21% втрати міцності;

3. ділянка дороги з повздовжнім ухилом 60 ‰ – 19% втрати міцності;

4. ділянка дороги з повздовжнім ухилом 26 ‰ – 20% втрати міцності;

5. ділянка дороги з переломом повздовжнього профілю з 5 ‰ на 12‰ – 40% втрати міцності;

6. ділянка дороги з переломом повздовжнього профілю з 12 ‰ на 7‰ – 27% втрати міцності.

За цими даними можна стверджувати, що повздовжній профіль і наявність на ньому крізних тріщин значно впливають на зволоження конструкції і в свою чергу на міцність дорожнього одягу в місцях тріщин. Чим пологіший ухил тим менший стік води з поверхні дорожнього одягу, тим довше вода затримується на поверхні і тим самим краще проникає у нижні шари дорожнього одягу.

6. Прогнозування тріщиноутворення нежорстких дорожніх одягів

В практиці проектування, будівництва і експлуатації автомобільних доріг досить часто виникає задача по визначенню терміну служби і залишкового ресурсу дорожніх покриттів.

Проектний термін служби покриттів капітального типу прийнято оцінювати в 15 – 30 років в залежності від інтенсивності і складу руху, кліматичної зони і грунтово-геологічних умов. Вітчизняний і зарубіжний досвід показує, що в нормальних умовах експлуатації і при високій якості будівництва необхідність в капітальному ремонті асфальтобетонних покриттів виникає через 10 – 15 років. На ці терміни орієнтуються спеціалісти по розрахунку і конструюванню дорожніх одягів, при визначенні загальної кількості впливу колісних навантажень, перевіряючи матеріали покриття на втомленість. На основі цих термінів встановлюються вимоги державних стандартів до будівельних матеріалів, використовуємих в конструкціях дорожніх одягів. Ці терміни служать орієнтирами при виборі критеріїв по оцінці і контролю якості будівництва земляного полотна і шарів дорожніх одягів.

Ресурси на ремонт і утримання дорожніх покриттів планують, також керуючись у більшості випадків вказаними термінами. Однак, як показує практика, існує велика кількість прикладів того, що задовго до спливу цих термінів на поверхні проїзної частини з’являються тріщини, вибоїни, уступи і інші пошкодження.

Це може виникнути за багатьма причинами, які розподіляють на чотири групи: відхилення в інтенсивності та складі руху в процесі експлуатації від значень, прийнятих при проектуванні; фактичні відхилення параметрів побудованих конструкцій від передбачених проектом, включаючи неоднорідність ґрунтів земляного полотна і матеріалів для дорожніх одягів; відхилення реальних параметрів атмосферних процесів в період роботи конструкції від середніх багаторічних значень, прийнятих при розрахунку і конструюванні; відхилення фактичних виконуємих заходів по утриманню в процесі експлуатації дороги від передбачених вказівками та правилами.

Розглядаючи першу групу причин, слід звернути увагу на те, що технічних прогрес в галузі автомобільного транспорту частіше всього пов’язують з підвищенням осьових навантажень, так як в цьому випадку вдається найбільш суттєво і з найменшими витратами підвищувати вантажепід’ємність транспортних засобів і їх економічність. Але навіть при обмежених осьових навантаженнях, збільшуючи кількість осей, створюються багато осьові автомобілі і авто потяги вантажепід’ємністю більше 50 т. Суттєві зміни вантажних і пасажирських потоків виникають або можуть виникати багаторазово на протязі 25 – 30 років, що призводить до великих відхилень у фактичній інтенсивності і складі руху в порівнянні з тими величинами, що були прийняті при розрахунку покриттів.

Досить важливу роль мають зміни інтенсивності і складу руху по рокам, місяцям на протязі року, дням тижня і по годинам доби. Для доріг різного призначення ці зміни можуть бути суттєво різними.

Друга група причин включає можливі відхилення в конструкції земляного полотна і дорожнього одягу в порівнянні з параметрами, прийнятими в проекті. Це відноситься, перш за все, до відхилення у товщині окремих конструктивних шарів і суттєвої неоднорідності застосовуємих ґрунтів і будівельних матеріалів. При цьому важливо підкреслити, що велика частина цих відхилень являється природнім і визначається природними особливостями вихідних матеріалів, конструкціями і можливостями дорожньо – будівельних машин і обладнання для виробництва матеріалів і технологій будівництва.

В результаті існують регламентовані допуски відхилень фактичних параметрів конструкцій і фізико – механічних властивостей закладених в них матеріалів. Не можна також виключати нерегламентованих і недопустимих відхилень, які являються наслідком порушень технології, застосуванням неякісних матеріалів і обмеженістю фінансування, отримуємої в процесі контролю якості будівництва.

В результаті параметри реалізованого об’єкту відрізняються від передбаченого проектом і відповідно слід очікувати відхилення від норми в процесі його експлуатації.

Третя група причин включає комплекс атмосферних впливів, викликаючих зміну температури і вологості ґрунтів земляного полотна і матеріалів в шарах конструкції дорожнього одягу. Від того, яким чином змінюється температура і вологість, залежать температура і усадочні напруги в шарах з використанням цементу, а також жорсткість шарів з використанням бітуму.

Слід також відмітити суттєву залежність міцності матеріалів від їх вологості. Об’єктивна оцінка працездатності матеріалу повинна бути заснована на аналізі відносної тривалості його роботи в конструкції в сухому, помірно зволоженому і водонасиченому стані.

Четверта група причин включає відхилення від регламентних заходів по утриманню автомобільної дороги в процесі експлуатації. Нормальні умови експлуатації передбачають виконання достатньо великої кількості заходів, влючаючих очищення проїзної частини від пилу і снігу, рівномірне розподілення протиожеледних матеріалів по поверхні проїзної частини, своєчасне відновлення шорсткості, заливку швів і тріщин мастикою або бітумом, заробку окремих нерівностей і вибоїн і інші. Затримка у виконанні цих заходів суттєво ускладнює умови роботи конструкцій, підвищує рівень напруженості і збільшує інтенсивність руйнувань. Наявність нерівностей збільшує навантаження на конструкцію за рахунок вертикальних коливань транспортних засобів.

З приведеного видно, що існує комплекс об’єктивних причин, які не дозволяють реально розраховувати на досягнення проектних термінів служби на більшості існуючих автомобільних доріг. Важливо підкреслити, що міра відповідальності за передчасне руйнування на кожній стадії інвестиційного циклу: проектування, будівництво, експлуатація являється невизначеною, що не може бути визнано задовільним, так як не дозволяє цілеспрямовано усувати причини, викликаючи руйнування.

Отримавши в останні роки широке розповсюдження роботи по діагностиці автомобільних доріг покликані фіксувати поточний стан об’єктів і лише край обмеженому обсязі отримувати інформацію про процеси в конструкції.

Для усунення невизначеності необхідні нові підходи, які дозволятимуть розрізняти де причини в сполученні несприятливих природних факторів, а де в порушенні технології будівництва, в нехтуванні вимог державних стандартів на матеріали, в не дотриманні нормативних умов експлуатації або порушенні правил руху транспортних засобів з осьовими навантаженнями, перевищуючими гранично допустимі для доріг загального користування.

Все це стає особливо важливим в умовах ринкової економіки, коли любі додаткові витрати по усуненню передчасних пошкоджень повинні фінансуватися за рахунок фактичних винуватців, а не списуватись за рахунок загальнодержавних витрат.

Таким чином, виникає потреба в новій методології оцінки впливу самих різноманітних відхилень технічних рішень, технологій і якості будівництва, нормальних умов експлуатації і усереднених атмосферних впливів на інтенсивність процесу руйнування покриття. Саме дорожнього покриття, так як пошкодження земляного полотна, основи або дренуючих шарів являються в більшості випадків лише прискорювачами процесу руйнування покриття і чинять безпосередній вплив на погіршення умов руху автомобілів.

Додатковим аргументом на користь такої постановки задачі являється постійно виникаюча необхідність розглядати пропозиції по удосконаленню конструкції дорожніх одягів і земляного полотна, позастосуваннюнових нетрадиційних матеріалів або впровадженню нових технологій.

Як правило, всі ці заходи вимагають додаткових витрат і їх тривалий ефект полягає в сповільненні процесу накопичення пошкоджень і відповідно в збільшенні терміну служби. Для обґрунтування ефективності інвестицій або техніко-економічного порівняння і вибору варіантів потрібна кількісна оцінка позитивних якостей, тобто необхідні кількісні показники ступеня сповільнення процесу накопичення пошкоджень і на цій об’єктивній основі визначення економічного ефекту.

Розглянемо які явища і зміни мають або можуть мати місце в системі “дорожній одяг – земляне полотно” на протязі терміну служби в процесі експлуатації.

Земляне полотно в залежності від конструкції суттєво змінює свої важливі характеристики: модуль пружності, кут внутрішнього тертя і зчеплення внаслідок зміни вологості, щільності і стану (мерзлий, відталий) ґрунту. Однак розвиток методів розрахунку привів до необхідності враховувати накопичення деформацій і постала задача оцінювати і інші стани.

Розвиток теорії тепловологопереносу в шарованих капілярно-пористих системах дозволяє отримувати кількісне описання процесів зміни вологості ґрунту, глибини промерзання і відтавання земляного полотна в залежності від зміни атмосферного впливу. Враховуючи, що величина залишкових деформацій залежить також від навантаження і часу його дії потрібне накладення процесу зміни параметрів транспортного потоку на процес зміни фізико-механічних властивостей конструкції системи.

Дренуючий шар в процесі експлуатації втрачає початкові властивості завдяки комплексу причин, основними з яких є:

1. Зниження фільтруючої здатності матеріалу в результаті кольмутації пор глинистими частинками, змиваними з поверхні дороги і проникаючими в дренуючи шари; взаємне проникнення матеріалу дренуючого шару і ґрунту земляного полотна; зменшення розміру частинок матеріалу дреную чого шару в результаті перетирання під впливом динамічних навантажень від транспортних засобів.

2. Збільшення притоку вологи в дренуючий шар через тріщини, зруйновані і розгерметизовані деформаційні шви, не зміцнені обочини, в результаті незадовільного поверхневого водовідводу і надходження води із земляного полотна.

3. Зниження фільтраційної здатності матеріалів і ґрунтів для зміцнення укосів земляного полотна і забруднення дренажних труб і вихідних влаштувань дренажної системи, перешкоджаючий видаленню вологи з дреную чого шару.

Щебеневі шари в основі дорожніх одягів, не дивлячись на високі вимоги стандартів до щебеню, з часом суттєво змінюються завдяки стиранню, внаслідок високих контактних напруг між зернами, внаслідок багаторазового заморожування та відтавання в водонасиченому стані і внаслідок взаємопроникнення дрібних частинок нижче розташованого дренуючого шару. В результаті збільшення удільного вмісту пісчаних і глинистих частинок спостерігається зниження модуля пружності щебеневого шару і відповідно всієї конструкції. Очевидно, що ці явища будуть сказуватись в великій мірі в періоди підвищеної вологості конструкції. Для кількісної оцінки цих процесів необхідно враховувати співвідношення рівня контактних напруг з їх повторюваністю.

Шари з застосуванням органічних в’яжучих частіше за все у вигляді верхніх шарів покриття і шарів зносу суттєвим чином змінюють свої властивості при зміні температури. Оцінюючи виникнення утомлених або температурних тріщин, необхідно приймати до уваги процес зміни температури полів і на цій основі тривалість температурних станів різного рівня.

Важливу роль при прогнозуванні процесу розтріскування на певному етапі грає старіння бітуму, як наслідок процесів окислення і полімеризації, збільшуючи долю асфальтенів і смол і зменшуючи долю масел на основі бітуму. Це стало особливо важливим в останні роки, коли для сповільнення цього процесу стали широко застосовуватися спеціальні модифікатори. Слід підкреслити, що таке атмосферне явище як сонячне опромінення суттєво інтенсифікує цей процес і важливо оцінювати тривалість часу, на протязі якого верхній шар піддається цьому явищу в тих чи інших регіонах.

Виключно важко прогнозувати виникнення тріщин в результаті дії розтягуючих зусиль в дорожньому покритті для будь-якого сорту асфальтобетону, внаслідок того, що на утворення цих тріщин впливає велика кількість змінних складу суміші та умов будівництва дороги.

Для підвищення тріщиностійкості та стійкості в суміш необхідно добавляти волокнисті матеріали або полімери.

Розтріскування є результатом дезінтеграції структури асфальтобетону як крихкого матеріалу – тобто явище, яке протікає при низьких навколишніх температурах.

В місцях наявності тріщин на перезволожених ділянках під динамічною дією важкого транспорту можуть виникати просадки. Тому дуже важливим являється, особливо в весінній період, покращення водно-теплового режиму земляного полотна. В деяких випадках доцільно прибігати до обмеження швидкості та інтенсивності руху, закриття руху для важких автомобілів.

Багаторазові навантаження від коліс проїжджаючих транспортних засобів викликають в шарі асфальтобетону певний напружений стан. Радіальні напруження в верхніх „волокнах” шару зносу (стирання) викликають стиск. Якщо ми приймемо, що колеса, які навантажують покриття силами Р, знаходяться близько один до одного, то напружений стан у верхньому шарі покриття, в його верхніх і нижніх волокнах, можна представити так, як схематично показано на схемі в графічній частині роботи (лист 2).

В двох сусідніх перерізах, взаємно віддалених на малу відстань l, будуть почергово виникати розтягуюче та стискаюче напруження (при припущені, що розлядаємий шар не скріплений нижче лежачими та покоїться на пружному на півпросторі). Частота зміни напруження в сусідніх перерізах буде залежати від швидкості руху транспортних засобів і може суттєво впливати на механічну роботу асфальтобетонного шару, особливо на його втомленосну міцність та довговічність. Можна також прийняти, що швидкопротікаючі зміни напруження (по величині та знаку) здатні суттєво впливати на хід зміни структури асфальтобетону під час експлуатації дорожнього покриття.

Спостерігались циклічні зміни неоднорідності щільності, виміряної при низьких температурах (зимою) і при високих температурах (літом). Після приросту неоднорідності, викликаного дезінтеграцією структури при низьких температурах, настав період зниження рівня неоднорідності (консолідація структури) при високих, літніх температурах. Можна замітити, що в залежності від умов (температура, навантаження) процес консолідації в різній степені приводить до змикання тріщин, і структура має „дефекти”, хоча на нижчому рівні.

Відносне подовження асфальтобетону при розтязі, особливо при від’ємних температурах, називаєме в подальшому деформативністю, визначає тріщиностійкість покриття.

Механізм тріщиностійкості полягає в тому, що напруження, яке росте в безкінечній стрічці асфальтобетонного покриття при різкому падінні температури, зменшується внаслідок релаксації цього матеріалу. Якщо релаксація напруження протікає швидше, ніж їх ріст, то виникнення тріщин стає неможливим, і навпаки, при більш швидкому рості напруження тріщиноутворення неминуче. Чим менше в’язкість бітуму та асфальтобетонної в’яжучої речовини, тим релаксація протікає швидше.

В каркасному асфальтобетоні концентрація (а внаслідок, і в’язкість) асфальтобетонної в’яжучої речовини менша, ніж в асфальтобетоні з коагуляційними контактами, тому і деформативність першого більша ніж другого. Нормативні значення тріщиностійкості можуть бути отримані тільки на основі вивчення реологічних властивостей асфальтобетону, однак якісна сторона цього питання зрозуміла та полягає втому, що швидкість росту температурних напружень в покритті при падінні температури повинна бути менша швидкості релаксації цих напружень в асфальтобетоні.

В теперішній час недостатнє вивчення деформативності асфальтобетону не дозволяє використовувати в практичній діяльності закони реології для характеристики тріщиностійкості покриття.

При визначенні тріщиностійкості дорожнього одягу від зниження температури звичайно припускають, що товщина його по довжині ділянки однакова і при відсутності поперечних швів або тріщин температурні напруження дорівнюють

σ = ΔtcE, (6.1)

де Δt – величина зниження температури (в середині шару);

с – коефіцієнт температурного розширення або стиску;

Е – модуль пружності.

Це призводить до того, що на більш тонких ділянках (дана схема приведена в графічній частині роботи на листі 3) результуюча розтягуюча сила від зниження температури, дорівнює Р1 = σh1, буде меншою, ніж на більш товстих ділянках (рівна Р2 = σh2). Це викличе перерозподілення напруження до положення, коли Р1 = Р2. В підсумку, на більш тонкій ділянці напруження зростуть до σ1, а на більш товстій зменшиться до σ2. Величина таких змін залежить від співвідношення довжин більш тонких і більш товстих ділянок.

Щоб визначити підсумкові температурні напруження за ділянками – l1 і l2 – скористуємося рівнянням сумарних невідбувшихся температурних деформацій і невідбувшихся сумарних деформацій від розтягуючих напружень σ1 і σ2, вважаючи, що по ділянкам можуть бути і різні модулі пружності Е1 і Е2.

 (6.2)

Врахуємо також, що з рівності сил Р1 = Р2

 (6.3)

Після підстановки отримаємо

 (6.4)

Відношення σ1 і σ2 з формули (6.1) дасть коефіцієнт перевантаження (К), який потрібно враховувати при визначенні тріщиностійкості.

З умови міцності (тріщиностійкості) допускаємий коефіцієнт перевантаження К для бетонної основи 1,05-1,1, для асфальтобетонного покриття – 1,1-1,3. З цього слідує, що при довжині тонкої ділянки 20 м h1/h2 повинно бути не менше, ніж 0,89 для бетону і 0,72 для асфальтобетону. При довжині тонкої ділянки 5 м граничне відхилення повинно бути відповідно не менше 0,92 і 0,75.

Тріщиностійкість на морозі дорожнього одягу в цілому характеризується по Р. К. Хаасу допустимою кількістю тріщин в дорожньому покритті за певний строк його експлуатації (даний графік приведений в графічній частині роботи на листі 3). За розрахункові при цьому приймаються повні тріщини плюс половина напівпоперечних на ділянці двошляхової дороги довжиною 150 м. При цьому не враховуються тріщини, які мають протяжність менше половини ширини дороги.

Асфальтобетон в конструкції дорожнього одягу абсолютно завжди знаходиться в напруженому стані, що зв’язано з тим, що виникаючі в ньому напруження (температурні, від транспорту, який рухається по покриттю, виникаючі в ньому при просадках основи, при статичному ущільнені в будівельний період, при формуванні структури і т. д.) ніколи повністю не релаксують.

Але при постійній наявності в системі (в асфальтобетоні покриття) залишкового напруження, покриття під дією даного напруження буде постійно руйнуватися. Буде повзти до тих пір, поки відносні деформації повзучості асфальтобетону не досягнуть граничного значення (εгр). Після чого покриття неминуче трісне. Причому, так як згідно принципу суперпозиції Больцмана, відбувається накладання деформацій, виникнення тріщин в покритті відбудеться не обов’язково в момент, коли його температура буде мінімальна. Воно відбудеться тоді і при тій температурі, коли сумарна (накопичена в покритті) деформація повзучості асфальтобетону прирівнюється до гранично тривалої для даного матеріалу в даний момент часу і при даній температурі його величині :

 (6.5)

тут - границя тривалої міцності (границя текучості) асфальтобетону при розтязі;

- модуль повзучості асфальтобетону при розтязі при одно секундному опорі;

(3,6·103)n – емпіричний коефіцієнт, який має смисл часу.

Але на деформацію повзучості асфальтобетону в конструкції, яка визначається по залишковому його напруженню, будуть накладатися: температурні деформації асфальтобетону в покритті, деформації згину покриття при проїзді по ньому колеса автомобіля, деформації, зв’язані з пластичними деформаціями основи, з пучінням, з просадками ґрунту основи покриття. Все це прискорює появу тріщин у покритті, причому частина з них може бути наслідком появи в ньому миттєвих деформацій (наприклад, викликані проїздом по покриттю важко завантаженого автомобіля), додавання яких з тривалими деформаціями повзучості асфальтобетону в конструкції призводить по появи в ньому тріщин навіть тоді, коли покриття, з точки зору його деформацій, викликаних дією в ньому залишкових напружень, ще повністю тріщиностійке.

Відмічене дозволяє стверджувати:

1) не може бути тривало експлуатуємих дорожніх асфальтобетонних покриттів без тріщин. Інша справа, що їх кількість у покритті повинна бути обмежена і не повинна призводити до зниження експлуатаційної надійності роботи покриття;

2) для характеристики загальної тріщиностійкості асфальтобетонних покриттів, без обмежень їх тріщиностійкості лише на морозі, та для розробки вимог до конструкції дорожнього одягу і до матеріалів для її виконання при умові їх тріщиностійкості дозволяє використовувати співвідношення (6.5), при співставленні отриманих результатів з даними, яке дає можливість враховувати накопичення в дорожньому асфальтобетонному покритті залишкових деформацій, причому не тільки морозобійного характеру.

Обмежити кількість тріщин в асфальтобетонному покритті до допустимих кількісних показників можна:

– при підборі складу асфальтобетону по вимагаємим розрахунково-експлуатаційним показникам його властивостей та вимагаємій довговічності;

– при забезпеченні роботи асфальтобетону у покритті в усьому робочому інтервалі його температур в пружно-пластичній стадії формування;

– за рахунок зниження інтенсивності старіння асфальтобетону в конструкції.

Не може бути повністю тріщиностійких нежорстких дорожніх одягів. Тому їх тріщиностійкість повинна характеризуватися допустимою кількістю тріщин в покритті в кінці розрахункового терміну його експлуатації.

Таким чином:

1. Тріщиностійкість асфальтобетонних покриттів визначається, по-перше, тріщиностійкістю власне асфальтобетону і, по-друге, тріщиностійкістю дорожнього одягу в цілому. Тріщиностійкість асфальтобетону в покритті забезпечується, якщо його жорсткість при розтязі при мінімальній розрахунковій температурі покриття в кінці розрахункового терміну його експлуатації (16-20 років) при часі навантаження 20000 с буде не вище Мпа, а бітуму в його складі при часі навантаження 10000 с буде не більше Мпа, де Kt – коефіцієнт старіння асфальтобетону в покритті в кінці розрахункового терміну його експлуатації (1,4 і 0,6).

2. Не може бути повністю тріщиностійких нежорстких дорожніх одягів. Тому їх тріщиностійкість повинна характеризуватися допустимою кількістю тріщин у їх покритті в кінці розрахункового терміну його експлуатації.

3. Обмеження кількості тріщин в експлуатуємому покритті допустимим їх значенням забезпечується при підборі складів асфальтобетонів для їх виконання по потрібним значенням розрахунково-експлатаційних показників його властивостей і потрібної його довговічності в покритті.

7. Сучасні способи ремонту тріщин на дорожніх покриттях

Так само, як все людство, що завжди прагнуло створити вічний двигун, шляховики в усьому світі мріяли про дорожнє покриття з нескінченним терміном служби. Однак і перше, і друге поки залишається незбутня мрія багатьох факторів, які впливають на дорожній одяг, рано або пізно приводять до появи дефектів на дорожнім покритті. Найпоширенішим видом дефектів є тріщини. Вчасно не відремонтовані тріщини поступово перетворюються у вогнище руйнування дорожнього одягу. Тріщини класифікуються по ширині на вузькі - до 5 мм, середні - 5-10 мм і широкі - 10-30 мм.

Хоч тріщини і є лише незначною формою руйнування, своєчасний їх ремонт може запобігти більш серйозним руйнуванням дорожнього покриття, поява, наприклад, вибоїн або навіть його повного руйнування. Неминуче утворення температурних тріщин в асфальтобетонному покритті призводить до послаблення всієї конструкції дорожнього одягу. За рахунок порушення суцільності покриття погіршується його розподільча здатність, що викликає в зоні тріщини перенапруження шарів, які знаходяться нижче їх руйнування під дією транспорту. Таким чином, температурні тріщини є небезпечним осередком руйнування асфальтобетонного покриття і всього дорожнього одягу. Тому відновлення суцільності асфальтобетонного покриття автомобільних доріг після утворення температурних тріщин має важливе значення і являється одним з основних резервів підвищення довговічності автомобільних доріг в цілому.

Отже, назріла необхідність розробки і реалізації при ремонті та реконструкції доріг комплексу заходів, які б дозволили підвищити тріщиностійкість асфальтобетонних покриттів, продовжити терміни їх служби і знизити затрати на їх утримання. В залежності в основному від ширини й причин утворення тріщин вибира-ється технологія їхнього ремонту й склад застосовуваного встаткування. Основним завданням при ремонті тріщин є запобігання проникнення через них води в нижні шари дорожнього одягу.

7.1 Розробка тріщин під кутом

Застосування даної технології за порівнянням з традиційною сприяє підвищенню модуля пружності дорожнього одягу в цілому і опору розтягу при згині. Раціональна величина кута скосу розробки крізної тріщини становить 45-750. Ремонт крізних тріщин за розробленою технологією дозволяє підвищити модуль пружності в 2-2,2 рази, а розтяг при згині в 5-6 разів.

При прикладенні навантаження над розробленою тріщиною руйнуюче зусилля повинно змінюватись в залежності від товщини підсиленого шару та кута розробки тріщини. Так як руйнування буде йти по найбільш ослабленому січенні, то його величина буде змінюватись від відношення , тобто при куті скосу розробки тріщини α=600, Sмс=1,16h2q, а при куті скосу розробки тріщини α=300, Sмс=2h2q, де

Sмс – площа січення в долях h2 висоти підсиляємого шару,

q – міцність міжшарового зчеплення.

Чим товще шар підсилення h1, тим можливо менше вимагається кут скосу розробки тріщини, так як збільшується його розподільча можливість і навпаки, чим менше товщина шару підсилення, тим більше потрібен кут скосу розробки тріщини. Розробка тріщини під кутом в пісиляємому шарі дозволяє здійснювати взаємну роботу як підсиляємого шару, хоча і з деяким послабленням його, так і підсилямого шару з шаром підсилення [28].

Рисунок 7.1 - Залежність кута скосу розробки тріщини від товщини шару підсилення

h1, h1', h1'', h1''' – укладуємий шар підсилення різної товщини;

h2 – підсиляємий шар;

α1, α2, α3 – кути скосу розробки тріщини;

Р – інтенсивність вертикального навантаження.

7.2 Застосування геосинтетиків

Метою застосування посилення зі склосіток є перерозподіл горизонтальних напруг у шарі асфальтобетону й зниження активних напруг завдяки поглинанню напруги скловолокнистим матеріалом. Завдяки функції перерозподілу зусиль сильно знижуються місцеві навантаження в асфальтобетоні, він довше залишається працездатним, що веде до зменшення тріщин. Тим самим помітно збільшується строк експлуатації всього дорожнього одягу. Виконує слідуючи функції:

1. Як зчіплюючий матеріал, посиленого скловолокном між шаром асфальтового покриття й несучим шаром асфальту.

2. Як скловолокнисті ґрати або нетканий матеріал, що зчіплює (з поліефіру), посиленого скловолокном між несучим асфальтним шаром або сполучним шаром асфальту й наявною конструкцією.

Посилення скловолокном перешкоджає при такій вставці, насамперед новотвору тріщин у несучому шарі асфальту поверх наявних тріщин в існуючій конструкції, тобто, насамперед, утворення тріщин на стиках бетонних плит, якщо стара бетонна дорога покривається асфальтобетоном.

Рисунок 7.2 - Функції посилення дорожнього одягу

Утворення тріщин через коливання температур у нижніх шарах відбувається внаслідок коливань температури в дорожній конструкції під асфальтобетоном відбувається зміна ширини тріщини. Через це в області тріщини виникають напруги, що розтягують, в асфальтобетоні. Чим більше ці напруги, тим скоріше збільшується деформації асфальту й тим швидше відбувається утворення тріщин. Коли процес утворення тріщин уже почався, утворення розриву рухається знизу нагору й через відносно короткий час на поверхні асфальту з'являється розрив. Починаючи із цього часу асфальтобетон, не є більше водонепроникним, і поверхневі води можуть проникати через тріщину в нижні шари асфальтобетону й основи.

Завдяки скловолокнистому посиленню відбувається розподіл або поглинання напруг, (стягуючі напруги поглинаються волокнами й знімають, таким чином, навантаження в новому асфальтобетоні в області тріщини). Завдяки менш значним місцевим напруженням при розтяганні в асфальтобетоні утворення тріщин за часом сильно сповільнюється. Працездатність асфальту зберігається довше й збільшується термін служби всього дорожнього покриття.

Напруги в асфальтобетоні, що виникли внаслідок теплового ефекту, а також напруги від транспортного навантаження приводять до того, що асфальт досягає такої крапки, коли він губить свою міцність, тобто стан бітуму, виходить за межі своєї можливої еластичності, і на поверхні асфальтобетону виникають тріщини. При наявності матеріалу, що зчіплює, між шаром асфальтобетонного покриття й несучим шаром у момент утворення розриву запобігається проникнення тріщини в нижні шари завдяки армованій бітумній мембрані (просочений бітумом зчеплюючий нетканий полімерний матеріал). Тим самим гарантується водонепроникність дорожньої конструкції, і вода не може проникнути в нижні шари, тобто дорожня конструкція під шаром асфальтобетону зберігає свою працездатність.

У численних виданнях західноєвропейських країн пропагується застосування різних ґрат в асфальтобетоні, переважно з полімеру. Застосування проходить, як правило, з успіхом. Все-таки виявилося, що особливо в регіонах із суворими кліматичними умовами й дуже високими коливаннями температур (Канада, Аляска, Швеція й т.д.) скловолокно зарекомендувало себе набагато краще, ніж полімерні матеріали. Досить позитивний результат застосування посилень зі скловолокна досягається, поряд з меншими матеріальними витратами, завдяки наступним факторам:

– скловолокна при контакті з гарячим бітумом й асфальтобетоном не гублять своєї міцності;

– при контакті з гарячим бітумом й асфальтом скловолокна не вступають у хімічні реакції;

– скловолокно, на відміну від матеріалів з полімерів, маючи низьке подовження при розриві - 3 % і повзучість 0 %. має високий опір при утворенні тріщин (при подовженні від 0,5 % в асфальтобетоні починається утворення тріщин);

– скловолокно чинить гарний опір динамічним навантаженням транспорту;

– при регенерації асфальтобетонного покриття зі скловолокнистим посиленням може бути легко знятий верхній шар шляхом фрезерування (сітка не намотується на фрезу, на відміну від полімерних матеріалів), а знятий асфальтобетон, може бути знову використаний.

Рисунок 7.3 - Армувальні ефекти скловолокна і поліестера

У цілому виявилося, що скловолокно, як матеріал, застосовуваний при укладанні асфальтобетону, у порівнянні з матеріалами з полімеру не виявляє яких-небудь недоліків щодо своєї роботи на відміну від ґрат з полімеру.

Ремонтні роботи проводятьь у наступному порядку:

– підготовка дорожнього полотна, куди буде встановлюватися посилення зі скловолокна, тобто очищення поверхні від пилу, бруду й рослин і заповнення тріщин і стиків шириною > 4 мм. При дорожніх нерівностях (напр. старих роздроблених залишках бетону) варто укласти шар, що вирівнює, асфальтобетону;

– розпилення бітумної емульсії або гарячого бітуму залежно від необхідності й від виду емульсії максимум, але не більше 2 кг / кв. м (при великій площі нанесення бітумної емульсії або гарячого бітуму варто проводити обов'язково за допомогою машин);

– укладання композитного матеріалу, посиленого скловолокном або геосітки зі скловолокна (при великій площі укладання повинна проходити за допомогою укладальних машин);

– укладання тонким шаром щебеня (в одну щебінку на ширину розливу бітуму) або тонкий шар асфальтобетону для захисту геосітки від гусениць асфальтоукладчика й коліс транспорту, що підвозить а/б суміш;

– безпосереднє укладання наступного асфальтового покриття;

– якщо передбачено, укладання наступних шарів асфальту, завершення роботи над влаштуванням доріг.

Рисунок 7.4 – Послідовність технологічних операцій при ремонті асфальтобетонних покриттів підсилених геосіткою

а) очищення поверхні;

б) нанесення бітумної емульсії;

в) розкочування геосітки;

г) укладання асфальтобетонної суміші.

Роботи варто проводити в присутності фахівця, що має досвід укладання геосіток. Варто звертати увагу на те, щоб роботи проводилися в суху погоду й, щоб у покладені шари не проникала волога.

В закінченні можна зробити наступні висновки:

– із застосуванням у шарах дорожніх одягів геосіток зі скловолокна можна значно збільшити строк їхньої експлуатації. Це в цілому означає тривалу працездатність доріг;

–  посилення зі скловолокна, через свої гарні технічні дані при їхньому застосуванні в шарах асфальтобетону в умовах суворого клімату виявляють кращі результати, ніж ґрати з полімеру.

Рисунок 7.5 - Розміщення посилення в конструкції дорожнього одягу

Армування сіткою асфальтобетонного покриття дозволяє:

– знизити товщину шару асфальтобетонного покриття до 20%;

– запобігти поширенню відбитих тріщин зі старого покриття в новий шар асфальтобетону;

– запобігти виникненню колійності й вибійності дорожнього полотна;

– збільшити припустиме несуче навантаження дорожніх одягів;

– збільшити міжремонтні строки й термін служби дороги в 2-3 рази.

Таблиця 7.1 Геосинтетичні матеріали в дорожньому будівництві

7.2.1 Дослідження глибини розміщення сітки у шарі підсилення

За традиційною технологією сітку розміщають на границі розділу старого покриття з тріщинами і шаром підсилення. Ця обставина привела до роздумів, а чи є найкращою ця методика розміщення сітки при ремонтних роботах. Тому був проведений пошуковий експеримент з метою визначення оптимальної глибини закладання сітки у шар підсилення при якій зразки сприйматимуть найбільші навантаження.

Випробування провадилось на основі ДСТУ Б В.2.7-89-99. Мета досліду полягає у визначенні навантаження, необхідного для руйнування зразка при згині і визначення оптимальної глибини розміщення армування із сітки в шарі підсилення.

Засоби контролю та допоміжне обладнання:

1) преси механічний та гідравлічний за ГОСТ 28840 з навантаженнями від 50 до 100 кН і до 500кН з сило вимірювачами, що забезпечують похибку не більше 2% навантаження, яке вимірюють;

2) термометр хімічний ртутний скляний з ціною поділки шкали 10С за ГОСТ 400;

3) ваги електронні з точністю до 1г;

4) форми з вкладишами відповідно до цього ДСТУ;

5) посудина для приготування суміші;

6) опорне пристосування.

Розміри зразків 80×40×160мм. Спочатку виготовлялись зразки розміром 40×40×160мм [18]. Зразки витримувались відповідно до вимог, під навантаженням 40 МПа не менше 3-х хвилин. Потім ці зразки розламувались на дві частини для того, щоб імітувати тріщину. Для повної імітації старого покриття розламані зразки були забруднені в піску. Нарощення зразка проводилося під тим же навантаженням пошарово, залежно від глибини закладання сітки у зразок

Сітка, за браком матеріалів для випробування, мала вигляд одного повздовжнього волокна і прикріплених до нього поперечних волокон (лист 17).

Випробування проводилося через добу після виготовлення зразків в один час і при однаковій температурі навколишнього повітря. Результати даного пошукового експерименту приведені на листі 18 графічної частини роботи.

Рисунок 7.6 - Схема випробування

Обрахунок результатів проводили за  (7.1)

Результати експерименту виявилися несподіваними. Вони показали, що найкраще сітка працює у шарі підсилення знаходячись по середині даного шару. Але ці результати потрібно ще детальніше проаналізувати і при можливості перевірити таким же експериментом.

7.3 Застосування щебенево - мастичного асфальтобетону

Появу щебенево - мастичного асфальтобетону (ЩМА) відносять до 60-х років. В цей період спостерігались багато чисельні пошкодження дорожніх одягів. Результатом ряду розробок став ЩМА з дрібним щебенем. Цей матеріал задовольняв пред’являэмим йому вимогам, таким як:

1) висока стійкість під дією великих навантажень;

2) висока стійкість при високих температурах;

3)опір дії шин з шипами.

Ідея полягала в тому, щоб створити стійкий щебеневий склад для відводу(розподілу) транспортних навантажень і заповнювати його бітумною мастикою до отримання бажаної величини залишкової пористості.

ЩМА складається з щебеню високого ґатунку з переривистим гранулометричним складом, дробленого піску, мінерального порошку, дорожнього бітуму і стабілізуючих добавок. В ЩМА застосовується велика кількість бітуму. Це необхідно для отримання товстих плівок бітуму, які навіть після довготривалої експлуатації перешкоджають його старінню під дією кисню повітря, а також тріщиноутворенню.

Склад і структура ЩМА визначають його експлуатаційні властивості. ЩМА особливо придатний для застосування в покриттях доріг при інтенсивному русі важких транспортних засобів. Важливою перевагою ЩМА є те, що його можна вкладати в якості шару зносу нерівномірної товщини.

Таблиця 7.2 Властивості і особливості щебенево-мастичного асфальтобетону

Відмінною особливістю ШМА є використання стабілізуючих добавок, які підвищують однорідність асфальтобетону і запобігають витіканню бітума.

Поряд із загально прийнятими правилами, які торкаються улаштування та ущільнення асфальтобетонної суміші, слід звернути увагу на деякі особливості:

1) температура суміші в укладальнику повинна бути неменше 1500С;

2) важливо щоб улаштування проводилось безперервно;

3) ущільнення повинно проводитись як умога швидше, однак при цьому слід запобігати виходу бітуму на поверхню покриття внаслідок ранньої укатки;

4) при улаштуванні слід забезпечити максимальну інтенсивність попереднього ущільнення укдальником;

5) на кожну укладаєму смугу потрібно мінімум два котки;

6) ущільнення можна провадити статичними або з вібрацією з застосуванням важких дво - або тривальцевих катків масою не менше 9 тон.

Укладені в Росії за такою технологією шари показали наступні переваги даного покриття в порівнянні з поряд розміщеними ділянками з звичайного асфальтобетону марки А і Б:

- вартість 1 кв.м улаштованого шару звичайного асфальтобетону марки А стає рівною вартості улаштованого шару із ЩМА( за рахунок зменшення товщини улаштовує мого шару);

- довговічність дорожнього покриття з ЩМА перевищує строк служби покриття з асфальтобетону у 2-3 рази;

- вартість обслуговування верхнього шару дорожнього покриття, виготовленого з ЩМА, в 2 рази нижче вартосту обслуговування шару, виготовленого з асфальтобетону, через велику стійкість проти колієвиникнення, меншій схильності до виникнення тріщин і більшій деформативності;

- відсутність водяної плівки та калюж на поверхні в сиру погоду;

- більш легке звільнення від сніжних заносів;

- відсутність видимих зон руйнування та лущення.

7.4 Інші метди ремонту тріщин

Відновлення суцільності асфальтобетонного покриття автомобільних доріг після утворення температурних тріщин має важливе значення і являється одним з основних резервів підвищення довговічності автомобільних доріг в цілому.

В залежності в основному від ширини й причин утворення тріщин вибирається технологія їхнього ремонту й склад застосовуваного встаткування. Основним завданням при ремонті тріщин є запобігання проникнення через них води в нижні шари дорожнього одягу.

При наявності на покритті мережі дрібних тріщин, спричинених недостатньою міцністю основи, їх не закривають, а на площі, трохи більшій зруйнованого місця, ламають дорожнє покриття. Після цього видаляють матеріал покриття основи та підстильного шару і влаштовують нову основу та асфальтобетонне покриття з пошаровим ущільненням.

. Гідроізоляція тріщин досягається за рахунок їхньої герметизації бітумом або спеціальними матеріалами – резино бітумною або битумно-полімерною мастиками.

Для заливання тріщин застосовують такі матеріали, як рідкий чи розріджений в’язкий бітум (з подальшою засипкою висівками розміром 0-5 мм, обробленими бітумом) і спеціальні мастики – суміші з бітуму, мінерального порошку і спеціальних домішок.

Слід відразу зазначити, що для забезпечення якості герметизації тріщин необхідно в першу чергу орієнтуватися не на бітум, а на мастики гарячого застосування, фізико-механічні властивості яких значно перевершують властивості бітуму. У цей час як вітчизняні, так і закордонні фірми випускають широку гаму мастик, кращими з яких по експлуатаційних якостях є бітумно-полімерні .

При виборі мастик необхідно орієнтуватися на їхні основні властивості: температуру розм'якшення, що в окремих марок становить +100°С; температуру крихкості (до −50°С); відносне подовження (до 150% при температурі +20°С), еластичність (до 95%).

Роботи по заливанню тріщин мають такі технологічні операції:

– очистка тріщин від пилу та бруду сталевими щітками, фрезою або металевими гаками;

– заливання тріщин рідким чи розрідженим бітумом, отриманим шляхом додавання гасу до в’язких бітумів, або мастикою (застосовують рідкі бітуми СГ 70/130, СГ 130/200, МГ 130/200, МГ 70/130; для отримання розріджених бітумів використовують в’язкий бітум БНД 200/300; рідкі розріджені бітуми перед використанням розігрівають до 80-100°С, а мастики – до 150-170°С);

– засипка оброблених бітумом тріщин висівками розміром 0-5 мм для усунення налипання матеріалу до коліс транспорту.

Тріщини заповнюють із надлишком. Після видалення надлишку в’яжучого або мастики тріщину присипають гарячими кам’яними висівками або піском.

Тріщини завширшки більш як 5 мм розробляють смугою 10-15 мм з кожного боку на всю ширину деформованого шару, застосовуючи спеціальні фрези. Розроблені тріщини ліквідують аналогічно ямковому ремонту. При розчищенні тріщин на покриттях, раціонально застосовувати розігрівачі інфрачервоного випромінювання.

Тріщини на асфальтобетонних покриттях необхідно замазувати навесні, восени або літом в прохолодну погоду, коли вони найбільш розкриті. Звичайно прохолодна погода супроводжується опадами у вигляді дощу. Дно та стінки тріщин довго просихають, що не дозволяє замазувати тріщини по існуючій технології.

Роботи по замазуванню тріщин в сиру погоду передбачають наступні технологічні операції:

– очистка тріщин від бруду промивкою водою під тиском;

– протирка дна та стінок тріщин дрантям;

– заповнення тріщин водорозчинними олігомерами з затверджувачем і пластифікатором;

– присипка заповнених тріщин крупнозернистим піском кислих порід або гранітними висівками.

Тріщини необхідно замазувати за допомогою спеціальних шприців або фарбопультів з малим кутом розпилення, щоб водорозчинний олігомер подавався під тиском.

Тріщини в суху погоду замазують з використанням органічних розчинників бітуму. Роботи по замазці тріщин включають наступні операції в їх технологічній послідовності:

– очистка тріщин від пилу та бруду продувкою стиснутим повітрям;

– розпилення органічного розчинника по дну та стінкам тріщини;

– заливка їх розігрітим бітумом або мастикою;

– присипка заповнених тріщин відсівом.

Для замазки тріщин в дорожніх покриттях запропонований спосіб ремонту, що передбачає замазку розкритих тріщин у вологих покриттях мінеральним в’яжучим з наступною обробкою їх поверхні бітумною емульсією. Процес формування структури цементного каменю та виникнення адгезійних зв’язків між цементними та бітумними матеріалами при заповненні сухим цементом тріщин у вологих дорожніх покриттях протікає аналогічно тому, як і при ремонті вибоїн з вологою поверхнею. Відмінність полягає лише в тому, що процеси гідратації та набору міцності цементу відбуваються більш тривало. Для запобігання випаровування вологи з тріщин і забезпечення повної гідратації цементу замазану тріщину оброблюють бітумною емульсією. Це охороняє її від нерівномірного висихання та розтріскування цементного каменю; з бітумної емульсії цемент поглинає воду, необхідну для завершення гідратації сухих зерен; перенос води з бітумної емульсії в цемент обумовлює прискорення процесів структуризації емульсії; фізико-хімічна взаємодія цементного каменю з бітумом придає деяку пластичність поверхневому шару замазаної тріщини та запобігає розтріскуванню матеріалу в процесі експлуатації. Для виключення усадки цементного каменю і відриву його від стінок тріщини необхідно використовувати безусадочні та розширюючісь цементи.

Роботи по замазуванню тріщин у вологих дорожніх покриттях виконуються в такій технологічній послідовності:

– очистка від бруду та води за допомогою стиснутого повітря, стальної щітки або металевих крюків;

– заповнення тріщини безусадочним цементом або сухою піщаноцементною сумішшю з 3 %-м вмістом хлориду кальцію;

– ущільнення вібротрамбовками, при необхідності додавання в’яжучого і знову ущільнення.

Завершуючими операціями є видалення залишків розчину із заповненої тріщини та обробка її поверхні бітумною емульсією. Термін служби замазаної тріщини напряму залежить від щільності її заповнення новим матеріалом.

Досвід експлуатації автомобільних доріг з асфальтобетонним покриттям в умовах з значними перепадами температур показує, що запобігання виникнення відображених тріщин у знову влаштовуємих шарах покриття може бути досягнемо тільки на основі комплексного підходу. Тому крім підвищення міцностних та деформаційних характеристик асфальтобетону при низьких температурах доцільне використання і конструктивних заходів по зниженню напруженого стану влаштовуємих шарів. Одним з них є запобігання зчеплення нового шару з блоками старого покриття в зоні тріщини шляхом укладки прошарків із спеціального матеріалу, який володіє низьким зчепленням з асфальтобетоном, достатньою міцністю на розтяг та високою довговічністю.

Іншим ефективним напрямком є створення композитних асфальтобетонних покриттів, в яких має місце функціональне розділення шарів при їх одночасній спільній роботі як одного цілого.

Прикладом такого рішення являється трьохшарове покриття, в якому верхній шар Б4 володіє високими показниками по зчеплення з протектором та опором проти стирання, а також стійкістю до дії кислотних і лужних сполук, які виникають в атмосфері.

Особливі вимоги пред’являються до нижнього шару Б2, який при високій міцності на розтяг повинен володіти хорошим зчепленням з шаром Б3 і низьким з блоками старого асфальтобетонного покриття. Нераціональне розподілення товщини шарів Б2, Б3, Б4 та міцностних деформаційних характеристик може привести до досягнення граничного розтягу шару Б3 в процесі його спільної роботи з шаром Б2 і, як наслідок, до виникнення тріщини над шаром Б2 (рис. 7.7)[18].

Рисунок 7.7 - Схема трьохшарового композиту підсилення з ймовірним розвитком тріщини над шаром Б2

Слід відмітити, що збільшення числа шарів підсилення старого покриття більше трьох навряд чи виправдано технологічно та економічно, так як композитне трьохшарове покриття, в якому верхній шар зносу і нижній шар, який перекриває тріщини над первинним, старим асфальтобетонним покриттям при достатньо високих значеннях міцності та деформативності і можуть ефективно протидіяти виникненню як верхніх, так і нижніх тріщин. В свою чергу середній проміжний шар повинен добре працювати на стиск та зріз. Остання вимога особливо важлива в тих випадках, коли ширина розкриття первинних тріщин або швів перевищує 5 мм.

Крім мастики, величезний вплив на якість герметизації тріщин робить правильний вибір і строге дотримання технології провадження робіт і застосовуваного устаткування.

Вузькі тріщини не вимагають великого набору складних технологічних операцій. Як правило, тріщини шириною до 5 мм очищають продувкою стисненим повітрям, просушують, прогрівають і заповнюють бітумною емульсією або мастикою з високою проникаючою здатністю. Просушку тріщини, як правило, сполучають із операцією прогріву, при цьому необхідною умовою є нагрівання зони тріщини до температури не менш 80°С.

Середні й широкі тріщини споконвічно повинні бути оцінені на предмет руйнувань кромок. У випадку, якщо тріщина має зруйновані кромки, технологія ремонту повинна починатися з операції її оброблення, тобто штучного розширення її верхньої частини з утворенням камери, у якій забезпечується оптимальна робота герметизуючого матеріалу на розтягання в період розкриття тріщини. Причому ширина камери повинна бути не менше зони руйнування кромок тріщини. Для створення найкращих умов роботи герметика в камері співвідношення її ширини й глибини звичайно приймається як 1:1. Крім того, при визначенні геометричних розмірів камери необхідно враховувати максимально можливе розкриття тріщини й відносне подовження використовуваного герметизуючого матеріалу. Звичайно ширина камери перебуває в межах 12–20 мм.

В випадку, коли кромки тріщини не піддавалися руйнуванню і є можливість якісно загерметизувати тріщину без її оброблення, дану операцію можна виключити з технологічного процесу.

Слід зазначити, що операція фрезування або оброблення тріщини є найбільш дорогою через високу вартість застосовуваного інструмента, і включення її в технологію провадження робіт повинно бути економічно й технічно обґрунтовано. Найважливішою умовою забезпечення якості герметизації тріщин є наявність гарного зчеплення герметика зі стінками необробленої тріщини або відфрезерованої камери. У зв'язку із чим велика увага приділяється проведенню підготовчих робіт з очищення й просушки тріщини. Навіть невелика кількість бруду або вологи в порожнині тріщини не дозволяє забезпечити надійну адгезію мастики до її стінок. У деяких випадках для поліпшення адгезії роблять підґрунтовку стінок відфрезерованої камери праймером – мало в’язкою плівко утворюючою (склеювальною) рідиною.

Однак дана операція більше ефективна при ремонті цементобетонних, чим асфальтобетонних покриттів. Для асфальтобетонних покриттів більш доцільно використати прогрів зони тріщини до температури, при якій відбувається виділення в'яжучого з асфальтобетону на стінках тріщини, що збільшує міцність зчеплення герметика зі стінками. Безперечно, основною технологічною операцією при ремонті тріщин є їхнє заливання гарячою мастикою. Мастика попередньо нагрівається до температури 150–180°С, після чого подається в улаштовану камеру або безпосередньо в порожнину тріщини.

При цьому залежно від застосовуваного встаткування можна або зробити герметизацію самої тріщини, або одночасно із заливанням улаштувати на поверхні покриття в зоні тріщини пластир. Такий пластир шириною 6–10 см і товщиною 1–3 мм дозволяє зміцнити кромки тріщини й запобігти їх руйнуванню. Однак досвід проведення таких робіт показує, що улаштування пластиру в зоні тріщини на автомобільних дорогах з високою інтенсивністю руху малоефективне, тому що матеріал пластиру досить швидко руйнується колісьми транспорту, що рухається.

Завершуючою операцією технології ремонту тріщин є присипка загерметизованної тріщини дробленим сухим піском фракції 3–5 мм, близьким за кольором основному мінеральному матеріалу покриття. Присипка служить для відновлення загальної текстури й шорсткості покриття, а також запобігає налипання мастики на колеса автомобіля.

Технологічний процес санації тріщин повинен бути практично безперервний. Операції очищення від пилу й бруду, просушки, прогріву й заливання тріщин повинні переходити одна в іншу при мінімальному розриві за часом.

7.5 Устаткування для ремонту тріщин

Технологія санації тріщин реалізується комплектом устаткування, що складається в загальному виді із фрези для оброблення тріщин, механічної щітки, компресора, газогенераторної установки, плавильно-заливочної машини, устаткування для присипки загерметизованної тріщини. Провідними закордонними фірмами по випуску комплектів устаткування або окремих його видів для санації тріщин, що активно працюють на нашому ринку, є Breining (Німеччина), Grun (Німеччина), Schaefer (Німеччина), Crafco (США), Stow (США), Cedima (Німеччина), Stra-ssmayr (Австрія). Всі ці фірми роблять устаткування для оброблення тріщин. Всі види встаткування, що випускаються, підрозділяються в основному по типу подачі на ручні й самохідні, а також по типу використовуваного інструмента - алмазний або із твердим сплавом.

1) Устаткування для оброблення тріщин фірми Cedima (Німеччина).

Фірма Cedima випускає ручну машину для фрезування тріщин моделі СRF-60У. Машина призначена для оброблення тріщин як в асфальтобетонних, так й у цементобетонних покриттях. Компактна тверда рама встановлена на спеціальний колісний хід, що дозволяє точно відслідковувати конфігурацію тріщини при її фрезеруванні. Як ріжучий інструмент використаються або алмазні круги малого діаметра, об'єднані в пакет, або спеціальні алмазні фрези з необхідною шириною ріжучої кромки. Оброблення тріщин звичайно здійснюється без охолодження різального інструменту, тобто використовуються кола або фрези для так називаного «сухого» різання. Разом з тим для зв'язування пилу, що утвориться в процесі різання на машині, є водяний бак із гнучким підведенням води. Крім того, пил із зони робіт може бути також вилучений пилососом, для чого на машині передбачене стандартне його приєднання. Привід різального інструменту здійснюється від бензинового двигуна через клиноремінну передачу. Фірма також випускає модифікацію машини, оснащену електродвигуном.

Для оброблення тріщин в асфальто- і цементобетонних покриттях призначене також устаткування фірми Grun. Машина в процесі роботи пересувається вручну, роблячи оброблення тріщини алмазним інструментом. На її рамі штатно встановлюється пилосос типу циклон для видалення пилу із зони різання. Так само як і на машині фірми Сеdima, є ручний важіль для швидкого виводу різального інструменту з метою запобігань його поломок.

Аналогічні машини для оброблення тріщин, що використають алмазний інструмент, випускає фірма Stow. Моделі машин RСС 130Н и С-10, що відрізняються легкістю керування й гарною маневреністю, можуть бути використані для фрезерування будь-яких криволінійних тріщин.

Машина моделі FF6-SF для оброблення тріщин фірми Вreining має істотні відмінності від аналогічних машин згадуваних раніше фірм, основним з яких є тип використовуваного різального інструменту – фрези із твердим сплавом. На відміну від алмазного різання, коли щебінь в асфальтобетонному покритті розрізається, при фрезеруванні твердим сплавом відбувається дроблення крупних зерен щебеню. При цьому, у випадку використання для влаштування покриття асфальтобетонної суміші з великим заповнювачем фракції 20 мм і більше, відбувається виривання великих часток щебенів із кромок оброблюємої тріщини і в цілому зменшення міцності покриття в зоні тріщини. Устаткування із твердим сплавом доцільно застосовувати при обробленні тріщин в асфальтобетоні з максимальної крупністю заповнювача 10 мм і менше.

Другою істотною відмінністю машини FF6-SF є наявність гідравлічного приводу різального інструменту. Вихлопна труба дизельного двигуна, установленого на рамі машини, змонтована таким чином, щоб гази, що відходять, були спрямовані в зону роботи фрези для видалення з оброблюємої тріщини продуктів різання. Слід також зазначити, що різальний інструмент на машині розташований у передній її частині, а керуючий нею оператор перебуває позаду, що обмежує огляд зони провадження робіт.

2) Устаткування для оброблення тріщин фірми Crafco (США).

Машина для оброблення тріщин моделі РС-200 фірми Crafco (мал. 2) відрізняється конструкцією ріжучого вузла, за допомогою якого фреза точно повторює конфігурацію тріщини, який би звивистої вона не була. Як ріжучий інструмент на машині використаються фрези із твердим сплавом, які можуть обробляти тріщини як в асфальтобетонних, так й у цементобетонних покриттях.

Привід шпинделя, на якому монтується ріжуча фреза, здійснюється від бензинового 2-циліндрового двигуна через клиноремінну передачу. На відміну від більшості машин, де занурення різального інструменту виробляється механічним способом, на моделі РС-200 є електрогідравлічний привід установки глибини різання. Машина має високу продуктивність, що залежно від глибини й ширини обробки, а також оброблюваного матеріалу перебуває в межах 300-600 м/година.

3) Фрезерувальні диски із твердосплавним покриттям для машин S-FF 12/F й S-FF 19/F фірми Schaefer (Німеччина).

Машини, що випускають фірмами Schaefer й Strassmayr мають привід ходу, і також як інструмент на них використаються фрези із твердим сплавом. Особливістю твердосплавного інструмента є можливість його заточування, якщо він затупився в про-цесі роботи. Самохідні машини моделей S-FF12, S-FF19 і S-FF27 мають високу продуктивність. Гідравлічний привід ходової частини дозволяє машині моделі S-FF 12 пересуватися зі швидкістю до 5,0 км/година, машинам S-FF19 й S-FF27 - до 7,0 км/год. При цьому оброблення тріщин виробляється на швидкостях 3–8 м/хв. Навіть на таких високих швидкостях через гарну маневреність, забезпеченою системою керування, машина при роботі точно повторює всі вигини навіть самої криволінійної тріщини. Робоче місце оператора перебуває безпосередньо на самій машині, і з нього забезпечується дуже гарна оглядовість зони різання. Крім того, через відносно велику масу на цих машинах спостерігається досить мала вібрація, властива основ-ній масі машин, що використають твердосплавний інструмент.

4) Дискова щітка фірми Schaefer (Німеччина).

У випадку, коли необхідно зробити санацію досить широких і сильно забруднених тріщин, їхнє очищення звичайно роблять механічними щітками. Такі щітки моделей FВ 16 і НР 16 випускають відповідно фірми Вreining й Schaefer. Як робочий інструмент використається диск із металевим ворсом діаметром 300 мм і товщиною 6, 8, 10 або 12 мм залежно від ширини тріщини, товщина робочого органа на 2–4 мм повинна бути менше ширини очищуємої тріщини.

Привід робочого органа здійснюється від бензинового або дизельного двигуна потужністю 12 кВт. Керування механічною щіткою здійснюється вручну. Слід зазначити, що механічна щітка в першу чергу призначена для прочищення швів у цементобетонних покриттях, однак її ефективність при очищенні щодо прямолінійних широких тріщин в асфальтобетоні не раз підтверджений на практиці.

5) Устаткування для прогріву стінок тріщини типу Fugenwolf фірми Schaefer (Німеччина).

Якості герметизації тріщин в асфальтобетонних покриттях неможливо домогтися без виконання технологічних операцій їхньої просушки й прогріву. Практично всі виробники встаткування для санації тріщин випускають так названі газогенераторні установки. Назва цих установок може бути різна, наприклад, НОТ-DО у фірми Вreining, Fugenwolf у фірми Schaefer або «тепловий спис» в інших фірм, але принцип роботи в основному один. Він заснований на подачі під великим тиском гарячого стисненого повітря в порожнину тріщини. Стиснене повітря від компресора продуктивністю 2,5-5,0 м3/хв із тиском 3,5–12 кг/см2 змішується із природним газом й у вигляді газоповітряної суміші надходить у камеру згорання, де підпалюється. Нагрітий до температури 200–1300°С повітря через форсунку зі швидкістю 400–600 м/сек подається в зону оброблюваної тріщини. Витрата газу при цьому становить 3-6 кг/год. Високошвидкісний потік стисненого повітря, крім прогріву, ефективно очищає порожнину самої тріщини й, крім того, вириває окремі зруйновані частки покриття із зони, що прилягає до тріщини. Однак багато організацій, що займаються ремонтом тріщин, не мають подібних газогенераторних установок і здійснюють просушку й прогрів тріщини пальниками з відкритим полум'ям. Це приводе до інтенсивного старіння й вигорання в'яжучого, у результаті – прискорене руйнування асфальтобетонного покриття в зоні тріщини.

Звичайно заливання тріщини герметиком здійснюються зверху вниз, тому що сопло заливальника неможливо глибоко занурити в паз тріщини або до дна відфрезерованої камери. При цьому, якщо попередньо не зроблений прогрів стінок тріщини, відбувається швидке охолодження герметика в порожнині тріщини, що призводить до утворення пробки, що перешкоджає проникненню мастики на необхідну глибину й надалі, у процесі експлуатації, негативно позначається на роботі герметика.

Все згадуване раніше встаткування займає важливе місце в реалізації технологічного процесу ремонту тріщин, однак все воно відноситься до встаткування для проведення підготовчих робіт, основними ж є різні моделі заливальників швів. Сучасні заливальники в загальному виді являють собою обігріваємий бак, що, установлений на рамі, оснащеної колісним ходом. Обігрів може здійснюватися за рахунок масляного теплоносія, газом або пальником з дизельним паливом. Герметизуючий матеріал завантажується в бак, де нагрівається до робочої температури, а потім за допомогою насоса по термостійких шлангах подається в підготовлену тріщину. Рівномірність нагрівання герметика має дуже важливе значення, тому що, наприклад, для бітумно-полімерної мастики нагрівання до 200°С може привести до її термічного руйнування. У зв'язку з цим кращі показники в плавильно-заливочних машин із системою масляного обігріву. Практично всі моделі заливальників оснащуються системами контролю температури герметика й термального масла. Окремі заливальники обладнаються спеціальними мішалками, що сприяють рівномірному нагріванню всієї маси герметика. Плавильно-заливочні машини випускаються, як правило, причіпними. Заливальник може транспортуватися на об'єкт у вигляді причепа до автомобіля зі швидкістю до 80 км/година, а потім працювати автономно, пересуваючись власним ходом зі швидкістю до 5 км/година.

6) Універсальна самохідна машина для герметизації тріщин моделі UVM 500 фірми Breining (Німеччина).

Заливальники фірми Вreining моделей МОNО 250 FU, МОNО 500 FU і МОNО 800 FU змонтовані на автомобільному шасі. Та ж фірма робить самохідну машину моделі UVМ 500, на рамі якої, крім заливальника МОNО 500 FU, змонтований також компресор. Таке сполучення встаткування дозволяє прочищати, просушувати й прогрівати тріщину установкою НОТ-DО й одночасно заливати її мастикою. У цьому випадку одна технологічна операція плавно переходить в іншу з мінімальним розривом за часом, що безсумнівно позитивно позначається на якості вироблених робіт. Машина має гідропривід на задні колеса й може пересуватися зі швидкістю до 20 км/год. Однак подача повітря до газогенераторної установки може здійснюватися й від окремого компресора, що перебуває, наприклад, у кузові автомобіля, що буксирує заливальник. Безпосередньо герметизація тріщин здійснюється через різні сопла, розмір яких залежить від ширини заповнюваної тріщини. При необхідності заливальне сопло може оснащуватися башмаками для влаштування на поверхні покриття в зоні тріщини мастичного пластиру шириною 6-8 см.

7) Устаткування, що плавильно-вприскують, серії Super Shot фірми Crafco (США).

У Росії заливальник швів ЭД 135 по ліцензії фірми Вreining (Німеччина) випускає ВАТ «НПО РОСДОРМАШ». Важливим параметром заливальників є час розігріву герметика до робочої температури, у кращих моделей цей час становить усього 45–60 хвилин. Слабким місцем заливальників є остигання мастики в шлангах й утворення пробок. Для рятування від цього недоліку практично на всіх моделях передбачена замкнута система циркуляції гарячої мастики зі зворотною подачею її від заливального сопла в бак, а також электропрогрів шлангів, як, наприклад, на заливальниках серії Super Shot фірми Сrafco.

Заливальники фірм Вreining, Grun, Schaefer й інших мають убудований компресор, за допомогою якого здійснюється очищення повітрям трубопроводів і шлангів після роботи.

8) Малий заливальник тріщин Fugenwiesel фірми Schaefer (Німеччина).

Крім заливальників для герметизації тріщин можуть бути використані кохери, що мають системи підігріву й перемішування. При цьому безпосередньо герметизація тріщин здійснюється, як правило, малими заливальниками, у ємність яких гаряча мастика заповнюється з кохера. Малі заливальники також можуть мати власну систему підігріву ємкості й заливального сопла від газового балона. Прикладом такого встаткування може служити заливальник Fugenwiesel фірми Schaefer . На рамі заливальника змонтовані дві ємності, одна з яких заповнюється герметиком, а друга піском з відсівів дроблення фракції 1–3 мм. Таким чином, даний заливальник не тільки герметизує тріщину, але й одночасно присипає її для виключення прилипання мастики до коліс автомобіля. Достоїнством заливальника Fugenwiesel є можливість герметизувати тріщини великої ширини, тому що мастика із сопла подається струменем шириною в кілька сантиметрів.

Малий заливальник моделі VG 80 фірми Breining (Німеччина) має власний підігрів ємності з герметиком, що дозволяє йому працювати в автономному режимі при виконанні невеликого обсягу робіт.

Для присипки загерметизованого шва фірми випускають спеціальне устаткування – розподільник. Наприклад, у фірми Вreining таким є модель FS-1. Устаткування являє собою бункер місткістю 70 літрів, установлений на три колеса. Причому, переднє, рояльне колесо дозволяє рухатися точно по напрямку тріщини, а на осі задніх усередині бункера змонтований дозувальний валик. Розподільник переміщається вручну уздовж загерметизованої тріщини, відразу ж за заливальником, при цьому колеса приводить в обертання валик, що дозує дроблений пісок або дрібний щебені на поверхню мастики, залитої в тріщину.

8. Економічна ефективність пропонуємих ремонтних заходів

8.1 Визначення кошторисної вартості виконання робіт щодо ремонту тріщин

Зробимо розрахунок вартості ремонтних робіт із застосуванням традиційної технології, по методу розробки тріщини і застосуванням геотекстильного армування та без нього.

1) Ремонт тріщин традиційним методом

Склад робіт: Очищення тріщини. Заробка тріщин бітумом. Засипка поверхні з ущільненням.

Вимірник: 100 п.м.

Таблиця 8.1 Ресурсні елементні кошторисні норми

Таблиця 8.2 Відомість ресурсів до локального кошторису (форма №4а)

Локальний кошторис (форма№4)

на виконання ремонту поперечних тріщин традиційним методом

Кошторисна вартість – 0,286 тис. грн

Кошторисна трудомісткість – 17,84 люд-год

Кошторисна заробітна плата – 0,044грн.

Середній розряд робіт – 3 розряд

Таблиця

Разом прямі витрати – 256,36 грн.

в тому числі:

вартість матеріалів, виробів та конструкцій – 119,65 грн.

всього заробітна плата – 39,19грн.

Загально виробничі витрати – 29,87 грн.

трудомісткість у загально виробничих витратах – 1,74 люд-год

заробітна плата у загально виробничих витратах – 4,94 грн.

Всього по кошторису – 286,23 грн

Кошторисна трудомісткість – 17,84 люд-год

Кошторисна заробітна плата – 44,13 грн.

2) Ремонт тріщин з використанням тріщиноперериваючих шарів

Склад робіт: Очищення смуги покриття. Розмітка тріщини. Розробка тріщини. Засипка щебенем з трамбуванням. Підгрунтова країв старого покриття. Засипка крупнозернистим асфальтобетоном.

Вимірник: 100 п.м.

Таблиця 8.3 Ресурсні елементні кошторисні норми

Таблиця 8.4 Відомість ресурсів до локального кошторису (форма №4а)

Локальний кошторис (форма№4)

на виконання ремонту тріщин з використанням тріщиноперериваючих шарів

Кошторисна вартість – 2,566 тис. грн

Кошторисна трудомісткість – 39,53 люд-год

Кошторисна заробітна плата – 0,083тис.грн..

Середній розряд робіт – 3,2 розряд

Таблиця

Разом прямі витрати – 2508,4 грн.

в тому числі:

вартість матеріалів, виробів та конструкцій – 2229,13 грн.

всього заробітна плата – 72,47 грн.

Загально виробничі витрати – 57,87 грн.

трудомісткість у загально виробничих витратах – 3,53 люд-год

заробітна плата у загально виробничих витратах – 10,02 грн.

Всього по кошторису – 2566,27 грн

Кошторисна трудомісткість – 39,53 люд-год

Кошторисна заробітна плата – 82,49 грн.

3) Метод ремонту тріщин з застосування геотекстильного армування

Склад робіт: Очищення смуги покриття. Очищення тріщини. Заробка тріщини бітумом. Підгрунтовка смуги покриття. Розстилання геотекстильної сітки. Вимірник: 100 п.м.

Таблиця 8.5 Ресурсні елементні кошторисні норми

Таблиця 8.6 Відомість ресурсів до локального кошторису (форма №4а)

Локальний кошторис (форма№4)

на виконання ремонту тріщин методом армування геотекстилем

Кошторисна вартість – 1,53 тис. грн

Кошторисна трудомісткість – 22,56 люд-год

Кошторисна заробітна плата – 0,055 тис.грн..

Середній розряд робіт – 2,9 розряд

Таблиця

Разом прямі витрати – 1494,03 грн.

в тому числі:

вартість матеріалів, виробів та конструкцій – 1342,51 грн.

всього заробітна плата – 49,16 грн.

Загально виробничі витрати – 35,94 грн.

трудомісткість у загально виробничих витратах – 2,01 люд-год

заробітна плата у загально виробничих витратах – 5,71 грн.

Всього по кошторису – 1529,97 грн

Кошторисна трудомісткість – 22,56 люд-год

Кошторисна заробітна плата – 54,87 грн.

8.2 Розрахунок економічної ефективності розглянутих технологій ремонту

Для визначення найбільш ефективного та економічного варіанту ремонту тріщин розрахуємо вартість ремонтних робіт за весь період експлуатації на 100 п.м тріщини по даним варіантам. Відомо, що після проведення ремонту традиційним методом наступного року на відремонтованій карті відновиться близько 80% тріщин. Після проведення ремонту з використанням тріщиноперериваючих шарів на відремонтованій карті може відновитися близько 20% тріщин. Якщо ремонтні роботи проводити з використання геосинтетичного армування можливе відновлення тріщин лише близько 5% від їх відремонтованої кількості. Опираючись на ці данні можна розрахувати вартість ремонту, по даним методам, на період експлуатації до капітального ремонту. Розрахунок вартості ремонтів проводимо на 15 років експлуатації. Також важливо враховувати, що при несвоєчасному проведенні ремонтних робіт традиційним методом приріст площі руйнувань становить близько 0,9, а при двох інших розглянутих методах цей приріст дорівнює нулю. Основні показники розглянутих технологій ремонту приведені нижче у виляді діаграм.

Рисунок 8.1 - Діаграма порівняння кошторисної вартості

Рисунок 8.2 - Діаграма порівняння кошторисної вартості експлуатації машин та механізмів

Рисунок 8.3 - Діаграма порівняння кошторисної трудоємкості

Таблиця 9.7 Розрахункові вартості проведення ремонтних робіт на 15 років експлуатації автомобільної дороги

Підводячи підсумок використання тієї чи іншої технології важливо зазначити, що скорочення тріщин та строків їх ремонту веде до зменшення витрат на перевезення вантажів та пасажирів дорогами нашої держави, до збільшення строку експлуатації дорожньої конструкції в цілому та попередженню утворення інших руйнувань які беруть свій початок з тріщин.

На даному прикладі бачимо, що традиційний метод є мало ефективним при його невеликій вартості. Метод використання тріщиноперериваючих шарів є більш ефективним, але має значно більшу вартість. Метод використання геосинтетичного армування є найбільш дешевим та ефективним та нескладним при виконанні ремонтних робіт, при його малій матеріалоємності.

Загальні висновки

По результатам виконаних досліджень можна зробити висновки:

1. Сучасний соціально – економічний розвиток країни суттєво залежить від розвитку транспортної інфраструктури. На даний час при недостатньому фінансуванні дорожньої галузі, збільшенні кількості великовантажних автомобілів в транспортному потоці спостерігається передчасне руйнування дорожніх покриттів. Така ситуація вимагає більшої уваги до стану існуючих автошляхів.

2. З багатьох факторів впливаючих на стан автомобільних доріг найбільший вплив на стан доріг та їх міцністні характеристики чинять природно – кліматичні фактори, а також динамічне навантаження від транспортних засобів. Результат комплексного, активного впливу цих факторів це виникнення деформацій та руйнувань дорожнього одягу, що призводить до зменшення міцності усієї конструкції.

3. Виконаний аналіз частості виникнення різних видів руйнувань дорожнього одягу, який складається в процентному відношенні: тріщини – 48%, вибоїни – 33%. Пластичні деформації – 19%. Розподіл щодо різновидностей тріщин складається наступним чином: поперечні тріщини – 64%, повздовжні тріщини – 23%, сітка тріщин – 12%, косі тріщини – 1%.

4. Виконано аналіз впливу регіональних умов служби дорожніх одягів на прикладі магістральної автомобільної дороги державного значення Київ – Харків – Довжанський. Виявлено основні причини виникнення різноманітних видів тріщин в залежності від фактичної міцності і конструкції дорожніх одягів. Основними причинами тріщиноутворення являються температурні перепади, втомленість дорожнього одягу, наявність в конструкції дорожнього одягу шарів із металургійних та доменних шлаків, бруківки, неякісний стик при влаштуванні асфальтобетонних покриттів, тощо.

5. Розглянуто вплив тріщин на дорожню конструкцію залежно від повздовжнього ухилу дороги. Отримані дані зниження міцності під впливом крізних поперечних тріщин від зволоження основи дорожньої конструкції та ґрунту земляного полотна:

- на ділянка дороги Дніпропетровськ – Миколаїв (64+800 км) з повздовжнім ухилом 8 ‰ – 37% втрати міцності;

- на ділянка дороги Київ – Харків – Довжанський (797+500 км) з повздовжнім ухилом 10 ‰ – 21% втрати міцності;

- ділянка дороги Чугуїв – Мілове (132+300 км) з повздовжнім ухилом 60 ‰ – 19% втрати міцності;

- ділянка дороги Чугуїв – Мілове (142+500 км) з повздовжнім ухилом 26 ‰ – 20% втрати міцності;

- ділянка дороги Бориспіль - Дніпропетровськ – Запоріжжя (379+600 км) з переломом повздовжнього профілю з 5 ‰ на 12‰ – 40% втрати міцності;

- ділянка дороги Київ – Харків – Довжанський (768+500 км) з переломом повздовжнього профілю з 12 ‰ на 7‰ – 27% втрати міцності.

6. Виконаний пошуковий експеримент з метою виявлення впливу глибини закладання геосинтетичного армування в шарі підсилення на міцність при розтязі на згин асфальтобетонного зразка з тріщиною у нижньому шарі. В результаті даного експерименту було виявлено, що найбільшу міцність при руйнуванні показали зразки в яких сітка зі скловолокна розташовуваласть посередині шару підсилення, яка складає Rзгн=17,67 МПа в порівнянні з міцністю при розтязі на згин зразка без армування Rзгн=13,67 МПа.

7. Розглянуті основні технології ремонту тріщин та методи боротьби з відображеним тріщиноутворенням. Розроблена структурна схема рекомендованих способів ремонту в залежності від виду тріщин і причин їх виникнення.

8. Проведені порівняльні економічні розрахунки різних способів ремонту тріщин: за традиційною технологією; з використанням тріщиноперериваючих шарів; з застосуванням геосинтетичного армування. Виявлено, що при армуванні шару підсилення досягається найкращий результат щодо економічного ефекту та подовження терміну експлуатації покритттів відремонтованих даним способом.

Перелік посилань

1.А. К. Бируля, Эксплуатация автомобильных дорог. – М.: Транспорт, 1966. – 326 с.

2. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. -М.: Транспорт, 1993.

3. В.В. Сильянов “Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорг”-М.: Транспорт, 1984.

4.Васильев А.П., Сиденко В.М. Эксплуатация автомобильных дорог и организация дорожного движения. – М.: Транспорт, 1990. – 304 с.

5.Сиденко В.М., Михович С.И. Эксплуатация автомобильных дорог. – М.: Транспорт, 1976. – 288 с.

6.ДБН В.2.3 – 4 – 2000. Автомобильные дороги. – К.: Госстрой Украины, 2000.

7.В.А. Кретов, Е.Л. Крамер, А.В. Руденский “Отраженное трещинообразование а асфальтобетонных покрытиях”. Наука итехника в дорожной отрасли. № 1, 1998. – с. 3-6.

8.А. К. Бируля, С. И. Михович Работоспособность дорожных одежд. - М.: Транспорт, 1968. – 172 с.

9.И. А. Золотарь Повышение надежности автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1977. – 182 с.

10.ВСН 46-83. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа. - М.: Транспорт, 1987. - 128 с.

11.Ремонт и содержание автомобильных дорог. Справочник инженера - дорожника. Под ред. А. П. Васильева. – М.: Транспорт, 1989. – 287 с.

12. Технічні норми і правила по ремонту та утриманню автомобільних доріг. – К.: Будівельник, 1999.

13.Технічні правила ремонту та утримання автомобільних доріг загального користування України. – К., 1997.

14.Салов А.И. Охрана труда на предприятиях автомобильного транспорта. – М.: Транспорт, 1985. – 351 с.

15. Методические указания по оформлению учебно-конструкторской документации в дипломных и курсовых проектах/Состав. П. Кожушко, С.Н., Краснов, Н.П.Лукин и др.- Харьков: ХАДИ,1986.- 38 с.

16.В.А. Кретов “Проблема повышения трещиностойкости требует срочного решения”. Наука итехника в дорожной отрасли. № 2, 1998. – с. 16-18.

17. Гончаренко Ф.П., Прусенко Є.Д., Скорченко В.Ф. Експлуатаційне утримання та ремонт автомобільних доріг за складних погодних та екологічних умов. – К., 1999. – 264 с.

18.Васильев А.П. Проектирование дорог с учетом влияния климата на условия движения. – М.: Транспорт, 1986.

19.Смыковский А.И. “Усиление асфальтобетонных дорожных покрытий армированием геосетками”. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Минск.: Белдорнии, 2005.

20.В.А. Бец, Ю.А. Агалаков “Устройство асфальтобетонных покрытий с трещинопрерывающими слоями”. Наука итехника в дорожной отрасли. № 4, 2001. – с. 6-8.

21.Ю.Н. Касаткин “Прогнозирование трещиностойкости асфальтобетонных покрытий”. Наука итехника в дорожной отрасли. № 3, 2000. – с. 16-18.

22.ВБН Д 2. 2-218-045-2001. Відомчі ресурсні елементні кошторисні норми. Ремонт автомобільних доріг та мостів. – К., 2001.

23.В. К. Некрасов, Р. М. Алиев Эксплуатация автомобильных дорог. – М.: Высшая школа, 1983. – 288 с.

24.ВБН В.2.3-218-186-2004 Дорожній одяг нежорсткого типу. – Київ.: Укравтодор, 2004.-159 с.

25.В.П. Носов “Принципы прогнозирования повреждений дорожных одежд”. Наука итехника в дорожной отрасли. № 2, 2001. – с. 24-27.

26.П-Г.1-218-113-97 Технічні правила ремонту та утримання автомобільних доріг загального користування України.- К. Корпорація “ Укравтодор”, 1997.-151с.

27.Мансура А. “Совершенствование технологии усиления нежестких дорожных одежд”. Автореферат диссертации. – Харьков.: ХНАДУ, 1993. – 20с.

28.Автошляховик України. №4, 2002. – с. 40-42.

29.ВБН Д.1.1-218-1-2001 Правила визначення вартості капітального, середнього та поточного ремонту автомобільних доріг загального користування. – К.: Укрдортехнология , 2001.- 10 с.

30.Кияшко И.В., Белик В.В. “Причины образования и негативного влияния трещин в асфальтобетонных покрытиях”. – Харьков.: ХНАДУ, 2001.