9.4.5. Зміст процесу ущільнення асфальтобетону.

Метою процесу ущільнення є максимально повне зближення зерен мінерального остову поміж собою. Після перемішування асфальтобетонна суміш являє собою пухку масу. Після укладання до шару покриття (до ущільнення) вона має середню щільність близьку 1800 кг/м³. В ущільненому стані середня щільність асфальтобетону досягає 2350 кг/м³. Якщо припустити, що істинна щільність асфальтобетону наближається до 2480 кг/м³, можна розрахувати приріст щільності (зменшення пористості) асфальтобетонної суміші.

(9.15)

(9.16)

Ущільнення зменшує пористість асфальтобетону (V^Ду - V^Пу - різниця пористостей до та після ущільнення) дорівнює 22,3 %.

Таким чином, ущільнення є надзвичайно важливою стадією при формуванні структури та властивостей асфальтобетону. Недоущільнення є причиною утворення колій та напливів улітку, інтенсивного руйнування (лущення та викришування) під дією води та перемінного заморожування і відтавання у перехідні періоди.

Для досягнення запроектованої щільності асфальтобетону необхідно розташувати його мінеральні зерна таким чином, щоб відстань між ними наближалась до товщини шару структурованого бітуму. Це вимагає просторового переміщення зерен, чого можна домогтися у тому випадку, якщо ущільнювальні засоби створюють у шарі нормальні й дотичні напруження. Просторовому зміщенню зерен одне відносно одного перешкоджає зачеплення зерен одне за одне, та опір плівок бітуму видавлюванню з зон контакту. Можна припустити, що ущільнення буде ефективним, коли

σ_ущ > σ_з + σ_б (9.17)

де: σ_ущ - ущільнювальне напруження;

σ₃ - опір зерен переміщенню;

σ_б- опір бітуму видавлюванню.

Опір зерен переміщенню певною мірою відповідає формулі, подібній до закону Кулона:

σ_з = p tg φ + c (9.18)

де: кут φ - тертя у асфальтобетонній суміші;

с - зчеплення (когезія) структурованого бітуму;

р - вертикальний тиск.

Опір шарів бітуму видавлюванню описують формулою, подібною до закону Ньютона:

σ_б = η∙(9.19)

де: η - в'язкість бітуму;

- швидкість видавлювання бітуму з зазору між мінеральними зернами.

Тоді умова ущільнення асфальтобетонної суміші має вигляд:

σ_ущ > η∙+ p tg φ + c (9.20)

9.4.6. Шляхи інтенсифікації ущільнення сумішей

Головним фактором ущільнення є ущільнювальне навантаження. Таке навантаження створюють жорстко-барабанні котки. Ефект цього ущільнення є обмеженим, оскільки після деякої границі має місце подрібнення мінеральних зерен, що приводить до надзвичайно швидкого руйнування покриття. Значно більший ефект може бути досягнутий при використанні пневмокатків, які при мінімальному вертикальному тиску викликають у шарі (за рахунок зчеплення шару з пневматиком) дотичне напруження. Це приводить до зниження опору, який викликає внутрішнє тертя у суміші.

Поліпшенню ущільненості асфальтобетонної суміші будуть сприяти такі фактори: зменшення швидкості укочування, яке знижує опір бітуму видавлюванню з міжзернового простору, але суттєво знижує швидкість ущільнення; зниження внутрішнього тертя за рахунок зменшення вмісту щебеню у суміші, збільшення вмісту піску та мінерального порошку, що може привести до зниження зсувостійкості асфальтобетону; зниження внутрішнього тертя та зчеплення за рахунок більшого вмісту бітуму у суміші, що також може супроводжуватись пониженням міцності асфальтобетону.

Таким чином, перелічені фактори сприяють поліпшенню ущільнення асфальтобетонних сумішей, але спричиняють відповідні негативні наслідки. Важливо так керувати ущільненістю, щоб забезпечувати добре та швидке ущільнення без негативних наслідків для якості асфальтобетонного покриття.

Одним з таких факторів є температура ущільнення. Вважають, що процес ущільнення асфальтобетонної суміші може бути ефективним, якщо в'язкість бітуму у процесі ущільнення наближається до 10 Па∙с (у західних країнах, в зв'язку з застосуванням сучасних засобів ущільнення в'язкість бітуму приймають близько 20 Па∙с). Для визначення температури, яка відповідає цій в'язкості (10 Па∙с), потрібно на рис. 9.5 з точки, яка відповідає цій в'язкості, провести лінію, паралельну осі температур. Точка перетину цієї лінії з кривою температурної залежності в'язкості буде відповідати температурі ущільнення асфальтобетонної суміші на конкретному бітумі. Очевидно, що температури ущільнення (Т_у) для кожного бітуму істотно нижче температур перемішування і що температури ущільнення знижуються з переходом від бітумів з малою глибиною проникнення стандартної голки до бітумів з великою глибиною проникності голки, а також від в'язких до рідких бітумів. Крім того, покращенню ущільнення сприяє використання ПАР: після введення в бітум оптимальної кількості ПАР водонасичення асфальтобетону зменшується в середньому на 1,5-2,0 %.

Визначені таким способом температури ущільнення нормуються стандартами та будівельними нормами і правилами (табл. 9.4)

Таблиця 9.4

Пропоновані температури ущільнення

асфальтобетонних сумішей (витяг з ДСТУ Б В.2. 7

"Суміші асфальтобетонні дорожні і асфальтобетон")

Вид суміші	Марка та клас бітуму	Температура на початку ущільнення асфальтобетонів, °С
		з вмістом щебеню більш 45 % за масою	з вмістом щебеню менш 45 % за масою
Гаряча	БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 130/200	150-155 145-150 135-145 120-135	130-140 115-130 105-115 90-105
Холодна	СГ 130/200 МГ 130/200 МГО 130/200 СГ 70/130 МГ 70/130 МГО 70/130	не нижче 5	–

Використання температурного фактору для регулювання ущільнення, як і інших, розглянутих вище, має обмежений характер. Високі (понад пропонуємі) початкові температури не бажані через технологічне старіння бітуму та через можливість утворення мікротріщин у шарі асфальтобетону безпосередньо під котком, які у подальшому стають осередком масового руйнування дорожніх покриттів.

Прогресивні технології ущільнення органомінеральних сумішей зараз тісно пов'язані з розробкою та застосуванням нових ущільнювальних засобів: пневмокатків з регулюваним тиском у шинах, віброкотків, комбінованих вібропневмокатків. Такі котки забезпечують високоефективне ущільнення, що дозволяє підвищити темп ущільнення, виключити подрібнення зерен кам'яних матеріалів під час ущільнення асфальтобетонної суміші, створити шорстку поверхню покриття.