Строительство асфальтобетонных и цементобетонных дорог

В интересах бурнорастущего автомобильного транспорта необходимо все более широкое строительство дорог с усовершенствованными покрытиями капитального типа: асфальтобетонных   и   цементобетонных.

Для этих видов дорог характерно то, что устройству на них покрытия предшествует изготовление соответствующей бетонной массы, которая в данном случае как бы играет роль полуфабриката.

В основу изготовления бетонной массы положен принцип достижения максимального объемного веса (минимума пустот).

При соблюдении этого принципа готовая и уложенная на дорожное полотно бетонная масса оказывается настолько плотной, что ее можно сравнивать с монолитом.

Принцип достижения максимального объемного веса реализуется благодаря такому подбору компонентов бетона, при котором добавление мелких фракций к заранее определенному количеству более крупных производится только за счет пустот, имеющихся среди частиц крупных фракций; в результате при сохранении неизменного объема массы происходит постепенное увеличение ее веса.

Устройство бетонного покрытия

Пример. Берут и взвешивают 1 м³ щебня, т. е. материал наиболее крупных фракций; фиксируют полученный вес, который, предположим, составляет 1,6 т.

В пустоты между отдельными щебенками вводят песок в количе­стве 0,3 м³ и тщательно перемешивают смесь, пока она не примет прежний объем, т. е. 1,0 м³. При этом веса обоих компонентов складываются и суммарный вес полученной смеси составляет уже 2,1 т (вес 0,3 м3 песка - 0,5  т).

В пустоты между отдельными частицами смеси щебня с песком вводят 0,1 м³ так называемого заполнителя (пылевидное вещество, например, асфальтовый порошок или мраморная мука) весом 0,15 т. После перемешивания полученной смеси общий объем ее остается неизменным, то есть 1,0 м³, а вес будет представлять собой сумму весов всех трех компонентов, то есть щебня, песка строительного и заполните­ля - 2,25 т.

В только что полученной смеси уже не остается пустот, которые могли бы быть заполнены сухими минеральными компонентами; однако в ней все же еще есть пустоты, в которые можно ввести жидкий компонент, не изменяя при этом общего объема массы. В качестве такого жидкого компонента вводят (доведя его нагревом до жидкого состояния) битум (0,1 м³). Вес указанного количества битума 0,1 т, значит, общий вес смеси, состоящей из четырех компонентов (щебня, песка, заполнителя и битума), увеличивается на эту величину и составляет окончательно 2,35 т.

На этом процесс заканчивается, и можно констатировать, что, сохраняя неизменным взятый для эксперимента объем (1,0 м³), добиваются того, что вес экспериментального вещества, составлявший пер­воначально 1,6 т, увеличился в конце концов до 2,35 т. Располагая несколькими отдельными компонентами, из которых каждый имел объемный вес не более 1,6 т/м³, получают в итоге вещество со значительно большим объемным весом, составляющим уже 2,35 т/м³.

Разобранный пример схематически иллюстрирует процесс изготовления асфальтобетонной массы, которая в данном случае и представляет собой готовый продукт.

При изготовлении цементобетонной массы также руководствуются принципом достижения максимального объемного веса и частично сохраняют исходные компоненты (щебень, песок). Тем не менее состав и технология изготовления цементобетонной массы существенно отличаются от состава и технологии изготовления асфальтобетона.

Асфальтобетонная установка, служащая для централизованного изготовления асфальтобетонной массы, обычно включает следующие основные элементы:

1) сушильный барабан для нагрева инертных компонентов - щебня и песка поточными или противопоточными горячими газами;

2)  элеваторы (многоковшовые подъемники) - холодный для загрузки сушильного барабана и горячий для отвода нагретых инертных материалов к бункеру-накопителю;

3)  грохот-сортировщик, распределяющий инертные материалы по фракциям перед поступлением их в соответствующие секции бункера-накопителя;

4)  весы-дозатор, обеспечивающий выпуск материалов из бункера порциями,  точно соответствующими  рецептуре  смеси;

5)  транспортер для подачи в смеситель или бункер-накопитель асфальтового  порошка-заполнителя (без подогрева);

6)  бункер-накопитель для кратковременного хранения инертных компонентов перед их поступлением в смеситель;

7)  битумное хозяйство, состоящее из битумохранилища, битумоварочного котла, насоса, битумного дозатора и битумопроводов;

8)  паросиловое и нефтяное хозяйство для обеспечения горячим дутьем сушильного барабана и для привода всех движущих механизмов (последняя функция отпадает, если установка работает на электроэнергии);

9)  смеситель, обеспечивающий интенсивное перемешивание нагретых инертных компонентов с заполнителем и битумом и выпускающий готовую массу через определенные промежутки времени;

10) складское хозяйство (штабеля щебня и песка и средства внутреннего транспорта для подачи этих материалов на переработку).

Пути движения составных компонентов асфальтобетонной массы при изготовлении на стационарной асфальтобетонной установке показаны на рис. 52.

Рис. 52. Схема движения составных компонентов асфальтобетонной массы при изготовлении на стационарной установке: 1 - открытые штабеля щебня; 2 - открытые штабеля песка; 3 - холодный элеватор для инертных компонентов; 4 - сушильный барабан; 5 - нефтехранилище; 6 - паросиловое оборудование; 7 - форсунка; 8 - горячий элеватор; 9 - грохот сортировщик; 10 - секционный бункер-накопитель; 11- весы-дозатор; 12 - битумохранилище; 13 - битумоварочный котел; 14 - битумопровод с насосом; 15 - крытый склад заполнителя; 16 - транспортер для заполнителя; 17 - лопастной смеситель; 18 - автомобиль-самосвал, принимающий готовую массу

где N - количество автомобилей;

 - суммарная  продолжительность одного оборота  автомобиля (от погрузки до погрузки);

t_погр - продолжительность   простоя   автомобиля под   погрузкой у смесителя установки.

Величина  является составной и наряду с продолжительностью погрузки включает время разгрузки и нахождения в пути до места разгрузки и обратно. Эта величина зависит от времени нахождения в пути и расстояния между местонахождением асфальтобетонной установки и местом укладки асфальтобетонной массы на полотно дороги следовательно, по мере удаления места укладки от асфальтобетонной установки количество автомобилей, обслуживающих установку должно быть увеличено.

Рис. 56.  Распределитель бетонной массы, входящий в комплект машин для устройства  цементобетонных  покрытий

массы из автомобилей-самосвалов и распределения ее слоем заданной толщины по подготовленному основанию. В транспортировке бетонной массы участвуют самосвалы с боковой разгрузкой; бетон поступает в беззатворный бункер распределителя, причем толщина распределяемого слоя регулируется механизмом подъема и опускания бункера. Ширина полосы распределения 3,5-7,0 м; производительность распределителя бетона (в среднем) 50 м³/час.

Цементобетонное покрытие в отличие от асфальтобетонного не укатывается, а выглаживается с помощью специального ножа бетоноукладчика и утрамбовывается вибрирующим брусом. При укладке бетона на подстилающий слой (песок, гравий и т. п.) между полосами движения (3,0-3,5 м) остаются швы; кроме того, через каждые несколько метров по ходу трассы (по расчету на температурные напряжения) устраиваются разделительные швы и в поперечном направлении. Прямоугольные цементобетонные плиты, представляя собой жесткие  конструкции,   при   интенсивном движении  автотранспорта больше всего подвержены излому около кромок проезжей части; поэтому принято устраивать утолщение соответствующих краев плит или обеспечивать усиление их железной арматурой (рис. 57). Прочность бетона растет с течением времени; если предел прочности бетона на растяжение при изгибе на 28-е сутки после укладки принять за единицу, то для бетона в возрасте 3 суток он равен

Рис. 57. Структура цементобетонных покрытий:
а) с  утолщением   плиты у краев;   6) с плитами   постоянной   толщины,   но с введением металлической арматуры

Особенно интересны в этом отношении дороги, устроенные по методу инж. А. В. Яковлева. Плиты конструкции Яковлева делаются решетчатыми; благодаря этому у них значительно увеличивается опорная поверхность, что делает возможным производить укладку плит даже на сравнительно слабый грунт основания. Другая особенность покрытий, устраиваемых по методу Яковлева, заключается в том, что их делают колейными, а иногда даже однопутными (время от времени устраивая разъезды для встречных автомобилей). Понятно, что при этом значительно снижается строительная стоимость сооружения таких дорог.

Дорожные покрытия системы Яковлева незаменимы как сборно-разборные для временных дорог. После того как необходимость в дороге отпадает, например при завершении строительства крупной гидроэлектростанции, плиты могут быть вынуты и уложены в другом месте.

Небольшая бригада строителей с помощью трехтонного автомобильного крана может построить за смену 250-500 м колейного покрытия из плит Яковлева. Такие покрытия могут быть использованы для движения самых тяжелых автомобилей, вплоть до самосвалов МАЗ-525 грузоподъемностью 25 т.