Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса повышения трещиностойкости асфальтобетона .
1 1. Факторы определяющие температурный режим работы асфальтобетонных покрытий. 11
1.2. Характерные дефекты асфальтобетонных слоев усиления и причины их возникновения. 15
1.3 Анализ способов повышения трещиностойкости асфальтобетонных слоев усиления . 19
1.4. Выводы по главе I. 28
1.5. Цель и задачи исследования. 30
Глава II. Теоретические исследования напряжённо- деформированного состояния асфальтобетонных слоев усиления на жёстких основаниях .
2.1. Описание работы конструкции покрытия. Основные положения и предпосылки 32
2.2 Анализ напряженно-деформированного состояния асфальтобетонного покрытия над швом жесткого основания . 33
2.3. Определение зависимости монолитности конструкции от механических и геометрических параметров составляющих ее элементов.
2.3.1. Учет различной величины раскрытия швов сжатия и расширения. 39
2 3.2. Усталостная прочность асфальтобетона. 40
2.4. Разработка математической модели задачи.
2 4 1 Оптимизация конструкций усиления жестких аэродром покрытий армированным асфальтобетоном.
2.4 2. Выбор и обоснование расчетной схемы и разбивка ее на массивы конечных элементов.
2 4 3. Расчетные характеристики материалов и условия работы покрытия.
2.5. Теоретический анализ температурных напряжений и деформаций в исследуемой конструкции покрытия.
2.6. Выводы по главе II.
Глава III. Экспериментальные исследования по конструктивным решениям слоев усиления асфальтобетонных покрытий .
3.1. Сравнительный анализ возможных конструктивных решений усиления жестких аэродромных покрытий.
3.2. Методика экспериментального исследования.
3.3. Исследуемые материалы.
3.4. Результаты экспериментальных исследований трещиностойкости армированного асфальтобетона .
3.5. Выводы по главе III
Глава IV. Опытное строительство армированного асфальтобетонного слоя усиления на жёстком основании .
4.1 Программа опытных работ по проверке эффективности армирования асфальтобетонных аэродромных покрытий над швами жестких оснований.
4.2. Методика проведения экспериментальных исследований опытного участка армированного асфальтобетонного покрытия.
4.3. Строительство опытного участка. 96
4.4. Результаты экспериментальных исследований в натурных условиях. 112
4 5 Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований
4 5.1. Сравнительный статистический анализ конструкций. 129
4.5.2. Статистические параметры относительной деформации покрытий . 132
4.5.3. Анализ влияния температуры воздуха на деформацию покрытия. 138
4.6. Выводы по главе IV. 145
Глава V. Рекомендации по конструктивно-технологическим решениям применения армированного асфальтобетона при усилении аэродромных покрытий и их экономическая эффективность .
5.1. Общие положения. 147
5.2 Требования к используемым материалам. 148
5.3. Технология устройства армированных асфальтобетонных покрытий. 148
5.4. Сравнение экономической эффективности применения армирующих материалов. 153
Общие выводы. 158
Литература. 162
- Анализ способов повышения трещиностойкости асфальтобетонных слоев усиления
- Анализ напряженно-деформированного состояния асфальтобетонного покрытия над швом жесткого основания
- Результаты экспериментальных исследований трещиностойкости армированного асфальтобетона
- Статистические параметры относительной деформации покрытий
Введение к работе
Асфальтобетонные покрытия являются наиболее распространенными при усилении существующих покрытий аэродромов. Широкое применение асфальтобетона в качестве материала покрытия при реконструкции, ремонте аэродромных покрытий связано с целым рядом положительных свойств этого материала, включая технологичность устройства из него слоев покрытия. Устройство таких покрытий возможно стадийно, в несколько этапов; укладка их возможна без прекращения эксплуатации аэропорта - возможность открытия движения по устроенным слоям сразу же после их уплотнения; асфальтобетонные покрытия обладают высокой степенью ровности; они имеют хорошую демпфирующую способность; возможность обеспечения необходимого сцепления колеса с поверхностью покрытия и многое другое.
Вместе с тем, асфальтобетону присущи и серьезные недостатки, основным из которых является большая зависимость его механических свойств от конструктивных особенностей аэродромных покрытий и температуры, когда прочность на растяжение может изменяться от долей МПа летом, до десятков МПа зимой. Зависимость физико-механических свойств асфальтобетона от температуры приводит к образованию на покрытиях различных дефектов вызванных, как физико-механическими показателями асфальтобетона, так и конструктивными особенностями такого типа покрытий. В последнее время увеличиваются объемы работ по усилению асфальтобетонными слоями дорожных и аэродромных покрытий основания которых состоят из цементобетона, склонного к неизбежному трещинообразованию и имеющего деформационные швы или из эксплуатировавшегося асфальтобетона, имеющего трещины. В таких случаях возрастает опасность образования в асфальтобетонных слоях усиления отраженных трещин, копирующих раскрывающиеся при понижении температуры трещины или швы оснований. Проблемы, возникающие при усилении существующих жестких покрытий, связаны с устройством новых слоев из асфальтобетона, так как приходится обеспечивать трещиностойкость вновь устраиваемых слоев Разрушение асфальтобетонных слоев усиления, уложенных на цементобетонное основание, происходит в результате возникновения в асфальтобетоне растягивающих усилий, превосходящих его прочность на растяжение. Растягивающие усилия возникают в асфальтобетоне при резком понижении температуры, когда его деформативность является наименьшей. С понижением температуры деформативная способность асфальтобетона резко падает, и поэтому при охлаждении в покрытии возникают разрывы Известно, что наиболее часто встречающиеся разрушения асфальтобетона составляют трещины в покрытии над швами и трещинами в цементобетонном основании.
Трещины на асфальтобетонных покрытиях аэродромов после их образования, в отличие от покрытий дорог, под воздействием эксплуатационной нагрузки при высоких положительных температурах не закрываются, а претерпевают дальнейшее развитие благодаря обрушению и скалыванию кромок с образованием отдельно лежащих, несвязанных частиц и продуктов разрушения покрытия. Несвязанные продукты разрушения покрытия засасываются работающими двигателями воздушных судов при совершении взлетно-посадочных операций. Попадание посторонних предметов в авиадвигатели может вызвать остановку двигателя на взлете воздушного судна и создать предпосылку к авиационной катастрофе.
Таким образом одной из основных причин усиления аэродромных покрытий, в том числе путем укладки дополнительных конструктивных слоев является устранение имеющихся в покрытии разрушений и деформаций, недопустимых для безопасной эксплуатации воздушных судов, ликвидация которых различными методами ремонта экономически менее выгодна, чем укладка слоев усиления или полная реконструкция аэродромных покрытий.
Анализ результатов обследований покрытий ИВПП ряда аэродромов, в зависимости от климатических условий и места расположения участка на взлетно-посадочной полосе приведены в табл. 1.
- в таблице приведены % площади покрытия, на которых имелись разрушения, от всей обследованной площади;
- суровые климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца ниже -15 °С, умеренные от -5 до -15 °С.
Из полученных результатов видно, что на аэродромах основным видом разрушений асфальтобетонных покрытий на жестких основаниях являются трещины различного происхождения.
Приведенный анализ результатов распространения разрушений по отдельным видам показывает актуальность проблемы повышения трещиностойкости асфальтобетонных покрытий на жёстких основаниях.
Рассматривая вопросы трещиностойкости асфальтобетонных слоев при усилении и реконструкции покрытий аэродромов гражданской авиации, в данной работе решается проблема повышения отражённой трещиностойкости, так как отсутствие последней приводит к массовому образованию температурных трещин в асфальтобетонных покрытиях, а следовательно и снижению их долговечности Таким образом актуальность работы обусловлена необходимостью решения важной народно-хозяйственной проблемы - повышение долговечности асфальтобетонных покрытий за счет обеспечения их отраженной трещиностойкости и, как следствие, снижения затрат на их содержание.
Цель диссертационной работы - разработка и научное обоснование эффективных конструктивных мероприятий по повышению отраженной трещиностойкости асфальтобетонных слоев, устраиваемых при усилении существующих аэродромных покрытий, а также создание практической основы для их внедрения в производство.
На защиту выносятся следующие основные результаты:
1. Комплекс экспериментальных и теоретических исследований напряженно-деформированного состояния армированных асфальтобетонных слоев усиления на жестком основании.
2 Методика и результаты экспериментальной проверки деформативных параметров, конструктивных решений усиления жестких аэродромных покрытий в зависимости от материала армирования.
3. Результаты работы армированного асфальтобетона на участке экспериментального строительства в натурных условиях, по итогам статистической обработки данных, и анализ наблюдений за опытным участком армированного асфальтобетонного слоя усиления на жестком основании.
4 Технико-экономическое обоснование вариантов конструктивных решений усиления покрытий.
5. Практические рекомендации по применению конструктивных решений усиления жестких покрытий при их проектировании.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- обоснована и экспериментально доказана гипотеза возможности повышения отраженной трещиностойкости армированных асфальтобетонных слоев усиления в зависимости от типа армирующего материала;
- разработаны и обоснованы варианты конструктивных решений усиления существующих покрытий на основе комплексного подхода к проблеме отраженного трещинообразования;
- разработан обобщенный алгоритм решения задачи оптимизации конструкции усиления жестких покрытий методом конечных элементов;
- получены численные значения деформативных характеристик армированных асфальтобетонных слоев.
Достоверность исследований и выводов работы обеспечивается комплексом лабораторных и опытно-экспериментальных исследований, подтвержденных расчетами с применением метода математической статистики, а также сходимостью полученных результатов.
Практическая значимость результатов исследования состоит в.
- разработке теоретической базы и практических рекомендаций возможности применения при реконструкции и ремонте существующих покрытий эффективных конструктивных решений, способствующих повышению отраженной трещиностоикости асфальтобетонных слоев усиления;
- разработке обобщённого алгоритма решения задачи отражённой трещиностоикости, дающего возможность создания компьютерной программы по выбору оптимального конструктивного решения с учётом используемых материалов;
- получении деформативных параметров, характеризующих напряженное состояние армированного асфальтобетона над швом бетонного основания.
Результаты исследований могут быть внедрены при проектировании конструкций усиления жёстких аэродромных покрытий асфальтобетоном. Реализация работы:
- результаты исследований кандидатской диссертации внедрены ФГУП ГПИ и НИИ ГА "Аэропроект" в процессе проектирования при реконструкции аэродромных покрытий аэродромов Нижнекамск (Бегишево) и Минеральные Воды, а также при разработке рекомендаций по реконструкции этих аэропортов (2003 г. Арх. № 8244; 2004 г. Арх. № 2995т);
- построен опытный участок покрытия армированного асфальтобетонного слоя усиления на жестком основании на полигоне ФГУП ГПИ и НИИ ГА "Аэропроект" в районе аэропорта Шереметьево.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и получили одобрение на "60", "61", "63", "64", "65" научно-методических и научно исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ) в 2002,2003,2005,2006,2007 гг.;
городской научно-практической конференции "Московские вузы - строительному комплексу Москвы для обеспечения устойчивого развития города" МГСУ 2003г.
1. Публикации. По материалам диссертации было опубликовано Михайловский А. С. Трещиностойкость асфальтобетонных слоев усиления на цементобетонном основании. Депонировано в ВИНИТИ 24.04.02 г №756-В 2002
2. Михайловский А. С. Учет влияния арматуры при работе армированных асфальтобетонных покрытий // «Проектирование, строительство и эксплуатация аэродромно-технических комплексов»: Сборник научных трудов МАДИ (ГТУ) 2003.
3. Апестина В. П., Бочарова А. Ю., Сидоров В. М., Михайловский А С. Исследование эксплуатационно-технического состояния искусственных покрытий аэродрома Бегишево и подготовка рекомендаций по реконструкции. ФГУП ГПИ и НИИ ГА "Аэропроект". 2003 г. (Арх. № 8244).
4. Апестина В. П., Бочарова А. Ю., Порываева И. И., Михайловский А. С. Реконструкция аэропорта Минеральные Воды. Исследование эксплуатационно-технического состояния искусственных покрытий ВПП с разработкой рекомендаций по их реконструкции. ФГУП ГПИ и НИИ ГА "Аэропроект". 2004 г. (Арх. № 2995/VI).
5. Лещицкая Т. П., Михайловский А. С. Некоторые результаты исследования трещиностойкости армированного асфальтобетона. Депонировано в ВИНИТИ 19.01.05 г №58-В 2005.
6 Лещицкая Т. П, Михайловский А. С. К вопросу о трещиностойкости асфальтобетонных слоев усиления аэродромных покрытий. Депонировано в ВИНИТИ 10.10.06 г№1221-В 2006.
7. Лещицкая Т. П., Михайловский А. С. Статистический анализ деформативности армированных асфальтобетонных слоев усиления // Дороги и мосты. 12/2006 декабрь.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 122 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 197 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 36 таблиц и 31 формулу.
Анализ способов повышения трещиностойкости асфальтобетонных слоев усиления
В оценке условий, обеспечивающих трещиностойкости асфальтобетонных покрытий, и в установлении критериев трещиностойкости существуют различные точки зрения. Известно, что среди существующих критериев трещиностойкости при рассмотрении работы покрытия над швом могут быть приняты те, которые основаны на показателях, характеризующих предел прочности, относительное удлинение и скорость релаксации напряжений.
Улучшение указанных показателей а следовательно повышение трещиностойкости асфальтобетона возможно следующими способами. - повышение деформативных свойств асфальтобетона; - устройство температурных швов в асфальтобетонном покрытии над швом жесткого основания - повышение толщины покрытия; - армирование покрытия над швами; - комбинированный способ из перечисленных выше
Повышению деформативности асфальтобетонных покрытий посвящены исследования Богуславского А. М , Васильева Н. Б., Волкова Ю. Н, Гвоздева В. А., Горелышева Н В., Золотарева В. А., Козарновского Э. А., Королева И. В., Кретова В. А, Мозгового В. В., Нерубенко С. Л., Печеного Б. Г., Радовского Б. С, Руденского А. В., Руденской И. М., Сюньи Г. К., Шульгинского И. П., Чернигова В А , Яковлева Ю М. и многих других.
Общая точка зрения, высказанная ими, сводится к тому, что деформативность асфальтобетона определяется теплоустойчивостью входящего в него битума, его пластичность и эластичность.
Деформативные свойства могут быть улучшены регулированием структуры (уменьшение концентрации вяжущего, применение каркасных смесей), повышением плотности асфальтобетона за счет более интенсивной укатки, введением в состав волокнистых заполнителей (асбест, стекловолокно), добавлением резиновой крошки, применением битумов высокой вязкости с повышенным их содержанием, введением пластифицирующих и структурирующих добавок, понижением температуры хрупкости и повышением температуры размягчения битума за счет введения добавок натурального, хлоропренного или бутадиен-стирольного каучука, т. е применением более деформативных и прочных материалов и всевозможных добавок.
Практика показывает, что можно существенно уменьшить количество трещин, образующихся в процессе эксплуатации, если увеличить толщину асфальтобетонного покрытия [66, 102].
Исследованиями СоюздорНИИ и его Ленинградским филиалом [103] было установлено, что для предотвращения образования трещин в асфальтобетоне, уложенном на цементобетонных плитах дорог и аэродромов (их длина обычно в пределах 5-7 м) из-за раскрытия шва между плитами, толщина асфальтобетонного покрытия должна составлять не менее 16 см (северные районы с суровым климатом - I-II климатические зоны); 12 см (средняя полоса I1-IV зоны) и 9 см (южные районы IV-V зоны). При этом перемещение в шве обычно составляет не более 4 мм, из них на время года с отрицательной температурой приходится ориентировочно 2,1,5 и 1 мм соответственно для I—II, III и IV-V зон, т.е. толщина асфальтобетонного покрытия должна превышать возможные горизонтальные деформации в 25-40 раз. Некоторые исследователи [77], однако, считают что для того, чтобы полностью предотвратить появления трещин, толщину асфальтобетонного покрытия нужно увеличить до 25-30 см.
Трещиностойкость улучшается, если покрытие проектной толщины укладывается одним слоем. Исследования показывают, что эти покрытия имеют преимущества по сравнению с обычными по таким параметрам, как плотность, прочность, водонасыщение, ориентирование минеральных зерен (коэффициент упаковки).
Несмотря на то, что указанные выше толщины асфальтобетонных покрытий на жестких основаниях вошли в практику проектирования (СНиП 32-03-96) и строительства, как показал опыт эксплуатации таких покрытий, межремонтный срок их службы не превышает 2-3 года.
Как было отмечено выше повышение деформативности асфальтобетона и увеличение его толщины повышает долговечность покрытия, но и резко удорожает его. Поэтому большой интерес представляют мероприятия в области максимальной концентрации напряжений в асфальтобетоне над швами жесткого основания. К таким методам повышения трещиностойкости относятся армирование асфальтобетона металлическими сетками и полимерными геосинтетическими материалами.
Правомерность предотвращения образования трещин мероприятиями в зоне шва цементобетонного основания, а не по всей площади покрытия, была подтверждена опытными данными распределения деформаций в асфальтобетоне по длине плиты основания, полученными Ленинградским филиалом СоюздорНИИ
Распределение деформаций в этом случае имеет четко выраженный пикообразный характер с максимумом над швами основания, причем вся деформация распространяется не далее, чем на 1 м в каждую сторону от шва.
Армирование асфальтобетонных покрытий с целью предотвращения образования отраженных трещин над нижележащими швами жесткого основания получило довольно широкое распространение как у нас в стране, так и за рубежом [17,42,46,64,69,73,90,91,96].
В Японии было построено и испытано 28 опытных участков асфальтобетонного армированного покрытия [112]. В качестве арматуры использовались различные виды металлической сетки, отличающиеся толщиной, размерами и формой ячеек (квадратная, ромбовидная, круглая и прямоугольная).
В Швеции проведены испытания армированного асфальтобетонного покрытия с применением в качестве арматуры тканой сетки из полиэфирной нити с ячейкой 20x20 мм [107]. Армирование применялось для предотвращения образования трещин. По результатам испытаний сделан вывод о перспективности армированного асфальтобетона при ремонте и усилении жестких типов покрытий.
При ремонте автомобильных дорог в США во избежание проявления швов и трещин старого покрытия применяются армирование асфальтобетонных покрытий полипропиленовой тканью [ПО, 118]. Ткань укладывают на существующие покрытия на предварительно разлитый жидкий битум с расходом 1.35 л/м2, а затем устраивают асфальтобетонное покрытие из горячей смеси.
Анализ напряженно-деформированного состояния асфальтобетонного покрытия над швом жесткого основания
Проанализировав окончательное выражение относительного удлинения асфальтобетона в зоне шва цементобетонного основания, отметим, что, как и следовало ожидать, оно складывается из относительного удлинения, полученного за счет совместного сокращения цементобетонной плиты и слоя асфальтобетона на ней, и за счет нереализованных деформаций собственного участка асфальтобетона над швом основания. Результат совместной работы двух материалов выражается как бы в снижении коэффициента температурного расширения асфальтобетона или в получении условного его значения для обоих слоев одновременно. При этом влияние цементобетонного основания приводит к уменьшению величины относительной деформации асфальтобетона в зоне шва основания, т.к. ai ai, и как следствие, к уменьшению величины напряжений. Однако из-за совместной монолитной работы слоев вся деформация концентрируется на участке асфальтобетона, равном ширине шва основания.
Как видно из выражения (2.16), снижение величины относительной деформации возможно путем уменьшения длины плит основания или увеличением ширины участка асфальтобетона, на котором эта деформация реализуется. На величину напряжения в асфальтобетоне кроме перечисленных факторов будет также оказывать влияние модуль упругости асфальтобетона. Вернувшись к выражению (2.9) и преобразовав его относительно oi, нетрудно заметить, что величина напряжения в асфальтобетоне обратно пропорциональна отношению толщин материалов слоев, те. с увеличением толщины асфальтобетона напряжение в нем уменьшается.
Как показывает проведенный анализ, повышение трещиностойкости асфальтобетона в зоне шва жесткого основания возможно путем снижения модуля упругости асфальтобетона при отрицательной температуре, те. повышением деформативности асфальтобетона, увеличением ширины участка асфальтобетона, вовлеченного в работу на растяжение, что возможно при армировании и повышении толщины слоя асфальтобетона. Уменьшение длины плит основания также может способствовать повышению трещиностойкости асфальтобетона
Предложенных анализ носит чисто качественный характер, в нем не учтено сцепление цементобетона с основанием, коробление покрытия из-за разности температур по толщине слоев, влияние напряжений по вертикальной оси и изменение модуля упругости асфальтобетона в зависимости от температуры. Для учета перечисленных параметров и определение конкретных значений величин напряжений во всех конструктивных элементах в дальнейшем предполагается решить поставленную задачу методом конечных элементов.
Как показали многочисленные обследования асфальтобетонных покрытий на жестких основаниях, вне зависимости от наличия или отсутствия армирования, уже на первый или второй год эксплуатации в асфальтобетоне над швами расширения основания появляются отраженные трещины.
Причина первоочередного образования трещин над швом расширения, по нашему мнению, заключается в более широком их раскрытии по сравнению со швами сжатия. Разница в величине раскрытия швов сжатия и расширения было обосновано проф. Горецким Л.И. [25] и объясняется следующими причинами.
При повышении температуры происходит расширение плит от середины к краям независимо от того, какой из швов - расширения или сжатия - примыкает к плите. При этом ширина швов сжатия и расширения вследствие расширения (удлинения) плит уменьшается не с равной интенсивностью, т.е. отношение перемещения к половине длины плиты меньше в шве сжатия и больше в шве расширения, что объясняется различной степенью свободы расширения плиты в этих направлениях.
При понижении температуры, когда плита начинает сокращать свои размеры, укорочение ее длины со стороны шва сжатия несколько меньше, чем со стороны шва расширения. Это логично соответствует положению, что при повышении температуры из-за ничтожно малой ширины шва сжатия (трещины) край плиты, примыкающий к этому шву, не может так свободно расширяться, как край у шва расширения. Кромка плиты у шва сжатия вследствие этого сжата (напряжена) несколько больше, чем у шва расширения. Поэтому при обратном ходе температуры (понижении) сначала происходит «разгрузка» кромок шва сжатия, а затем укорочение, в то время как кромки шва расширения не так сильно напряжены по сравнению со швом сжатия и, следовательно, плита со стороны этого шва сразу уменьшает свою длину.
Разница в величине раскрытия швов сжатия и расширения точно не определена, однако, как показали обследования армированных асфальтобетонных покрытий, она по всей видимости превышает прочность армированного асфальтобетона на разрыв, чему не может воспрепятствовать даже больший объем вовлечения в работу на растяжение асфальтобетона. Исходя из изложенного при невозможности предотвращения образования трещины в асфальтобетоне над швом расширения жесткого основания и во избежание его бессистемного растрескивания при строительстве асфальтобетонных покрытий на жестких основаниях со швами расширения над последними необходимо предусматривать дополнительные мероприятия, обеспечивающие трещиностойкость асфальтобетона в этой зоне.
Результаты экспериментальных исследований трещиностойкости армированного асфальтобетона
Кроме того, в настоящее время существует множество армирующих материалов и видов армирования [16, 58, 70, 122]. Рассмотрим основные, получившие наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом: - армирование асфальтобетона короткими волокнами - фиброй из стекла, полипропилена, полиакрила, полиэфира и др. Такое армирование асфальтобетона называют микроармированием и применяют в основном при устройстве верхнего слоя. В нашей стране этот вид армирования не получил широкого распространения из-за сложностей, связанных с технологией производства; - устройство армирующих прослоек из высокопрочных рулонных геосеток (сопротивление разрыву армирующей геосетки не менее 30 кН/м, а удлинение при разрыве составляет не более 15 %). Например геосетки HaTelit (фирма HUESKER, Германия), ГСК (Ступинского завода, Россия) и т. д. Такие материалы помогают асфальтобетону воспринимать и распределять растягивающие напряжения. Этот вид армирования получил наибольшее распространение из-за относительной дешевизны и простоты выполнения работ; - устройство компенсирующих (разделяющих) прослоек из рулонных геосинтетиков, перераспределяющих и частично поглощающих напряжения. В основном это нетканые геотекстили на основе полипропилена или полиэфира, у которых низкая прочность на разрыв (от 1 до 5 кН/м) и высокое удлинение при разрыве (от 15 до 120 %). Например Тураг (фирма Dupont, Франция), Дорнит (фирма ТОО «Поиск», Россия) и т. д. Такие материалы плотностью 250-350 г/м и толщиной от 2,5 до 3,5 мм укладывают при обильном распределении битума по нижнему слою (от 1 до 1,5 л/м ). Данные прослойки в основном выполняют следующие функции: герметизация подстилающих слоев от проникновения поверхностных вод и кислорода за счет ткани, пропитанной битумом; восприятие горизонтальных растягивающих напряжений в слое асфальтобетона независимо от пластичности асфальтобетона. Основной их недостаток заключается в том, что они хуже задерживают проявление трещин, чем геосетки, из-за большого относительного удлинения. - устройство комбинированных прослоек, сочетающих в себе свойства армирующих и компенсирующих материалов. Комбинированные прослойки устраиваются с использованием геосеток соединенных с нетканым геотекстилем. Например PGM (фирма Polyfelt, Австрия), TRC-grid (фирма Colbond, Германия), плоская георешетка AR-1 (фирма Tensar Int., Англия), и т. д. Этот вид армирования наиболее дорогостоящий в настоящее время, однако он наиболее перспективен благодаря: гидроизоляции; способности замедлять процессы образования отраженных трещин; перераспределять действующие нагрузки по поверхности; армирующему эффекту сетки. Анализ состояния проблемы в области исследований конструктивных решений усиления жёстких покрытий с целью повышения долговечности асфальтобетонных покрытий показывает, что необходимо экспериментальное исследование предполагаемых конструктивных решений с целью получения данных, наиболее близких к реальным условиям работы конструкции усиления в процессе эксплуатации покрытия. В соответствии с поставленной задачей проведение экспериментальных исследований необходимо для обоснованного выбора возможности применения конструктивно-технических решений асфальтобетонных слоев усиления. Экспериментальные исследования направлены на изучение поведения различных конструктивных решений при армировании асфальтобетонных слоев различными материалами и сравнении их с традиционно используемыми конструкциями и материалами. Основной причиной образования отражённых трещин являются различие физических характеристик материалов, используемых в основании и асфальтобетоне покрытия, между которыми существует достаточно хорошее сцепление (например: бетонные плиты, старый асфальтобетон с трещинами и т. п.), с колебаниями или без колебания плит при нагрузке из-за неоднородных условий опирання. Отраженные трещины возникают, как правило, вблизи или непосредственно над швами или трещинами.
Усиление позволяет консервировать отраженные и сокращать количество температурных трещин. Однако усиление покрытий таит в себе много тонкостей, незнание или несоблюдение которых может свести эффективность применения армирующих материалов к нулю. Поэтому необходимо определить наиболее эффективное место в конструкции для армирующего материала, а также обосновать эффективность армирования в зависимости от типа материала (геосетки)
Задачей экспериментального исследования является определение температурных деформаций, возникающих в армированном асфальтобетонном слое усиления, уложенном на цементобетонное основание.
Суть испытаний заключается в воспроизведении поведения армированного асфальтобетона на жёстком основании над швом (трещиной) под действием температурных нагрузок.
Для проведения испытаний была разработана установка, моделирующая работу армированного асфальтобетона. Данная установка позволяет проводить испытания асфальтобетона на жёстком основании с целью определения горизонтальных напряжений. Установка разработана на базе лаборатории и при участии 26 ЦНИИ МО РФ для определения деформации покрытия при изменении температур.
Статистические параметры относительной деформации покрытий
Целью исследований являлось определение эффективности применения различных конструктивных решений и видов геосеток для сдерживания появления и развития «отраженных» трещин в асфальтобетонном покрытии над деформационными швами жестких оснований.
Основной задачей исследования было проведение сравнительного анализа деформаций сеток посредством перемещения марок относительно реперного штыря. На существующем железобетонном покрытии полигона ФГУП ГПИ и НИИ ГА «Аэропроект» размером 60х6 ми 12x10 м, из плит размером 4x3 м в районе аэропорта Шереметьево было выполнено строительство армированного асфальтобетонного покрытия минимальной толщины (минимальная толщина принимается из условия максимально быстрого проявления отраженных воздействий). Для проведения сравнительного анализа было предусмотрено использование при строительстве различных видов армирующих материалов, как отечественных, так и зарубежных, как применяющихся в настоящее время в практике строительства аналогичных типов покрытий, так и новых.
При опытном строительстве нужно предусмотреть: - необходимый ремонт и очистку существующего покрытия; - укладку выравнивающего асфальтобетонного слоя; - уложить по грунтовке (битумная эмульсия или разжиженный битум) армирующие сетки шириной 100 см в продольном (осевой шов) и в поперечном направлениях (не менее трех поперечных швов для каждого вида сетки) над швами бетона; - верхний слой покрытия выполнить из горячей мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа Б марки I толщиной 5 см; - расположение армирующих сеток и неармированных контрольных швов зафиксировать стационарными маяками (металлические штыри на обочине или краска на покрытии, где нет возможности установить штыри). В процессе строительства для контроля качества необходимо отобрать не менее трех проб асфальтобетонной смеси и провести их лабораторные испытания по требованиям ГОСТ 12801-98 [27]. Коэффициент уплотнения и другие физико-механические показатели построенного асфальтобетонного покрытия определить по кернам, полученным при бурении измерительных скважин. Поставщики (изготовители) армирующих сеток по технологии применения специальных условий не указывают, поэтому укладку сеток следует производить по единой стандартной технологии для всех сеток. Исследование опытного участка предполагает годичный цикл проведения испытаний (при средней температуре воздуха +20С в начале и в конце испытаний). Основной задачей испытаний является регулярное фиксирование горизонтальных температурных перемещений асфальтобетонного покрытия в зонах армирования при конкретных климатических условиях с целью определения объема асфальтобетонного покрытия, вовлекаемого в работу, и состояния всей поверхности покрытия опытного участка. На основании анализа изменения состояния поверхности покрытия, а также фактических результатов измерений объемов асфальтобетонного покрытия, вовлеченного армирующими сетками в работу на восприятие растягивающих температурных деформаций, предполагается - оценить сравнительную эффективность различных армирующих материалов; - разработать требования к характеристикам армирующих материалов. Целью проведения эксперимента является сравнительный анализ конструктивных решений армирования асфальтобетонных слоев усиления в зависимости от материала армирования, а так же определение величины участка асфальтобетонного покрытия вовлекаемого в работу на восприятие температурных деформаций армирующей сеткой. Принципиальная схема точек измерений деформаций обусловлена необходимостью определения величин деформаций асфальтобетона в зоне армирования и в контрольных зонах неармированных швов. В этих зонах сверлятся отверстия на всю глубину асфальтобетона диаметром 60 мм по оси плиты с шагом 15 см в каждую сторону от шва. Первое отверстие сверлится над швом. Последнее отверстие высверливается за пределами армирующей сетки (на расстоянии 60 см от шва). Над швами в бетонном основании были выбурены отверстия до подстилающего щебеночного слоя диаметром 10 см, в них забивались реперные штыри в виде гладкой арматуры длиной 1,5 м и диаметром 20 мм до уровня верхнего асфальтобетонного слоя. Через каждые 15 см от реперных штырей в сторону поперечной оси плиты были выбурены отверстия в асфальтобетоне диаметром 6 см и глубиной 2 см - 4 шт с одной стороны реперного штыря и 4 см - 4 шт с другой стороны. На дне отверстий эпоксидным клеем были приклеены марки, которые представляют собой стальные уголки размером 1 1 см, приваренные к стальным дискам диаметром 5см. В зимний период отверстия должны быть закрыты крышками, которые снимаются на время проведения измерений.
