Американская технология строительства асфальтобетонного покрытия

Применяемая сегодня в России технология укладки асфальтобетонного покрытия, пришедшая к нам из Европы в 30-е годы прошлого века, хорошо известна и достаточно проста. Она основана на подаче асфальтобетонной смеси из автомобиля-самосвала в бункер асфальтоукладчика, из которого пластинчатым питателем подается в шнековую камеру, где распределяется поперек покрытия. Затем она частично уплотняется – сначала трамбующим брусом, затем пассивной либо вибрирующей выглаживающей плитой.

Американская технология требует обеспечения непрерывности укладки и отличается от отечественной (европейской) наличием между самосвалом и асфальтоукладчиком одной или нескольких дополнительных машин. При этом можно выделить три схемы.

Первая: из самосвала смесь выгружается в продольный валик, затем подборщиком подается в бункер непрерывно движущегося асфальтоукладчика.

Вторая: из самосвала смесь также выгружается в продольный валик, затем подборщиком загружается в накопитель (передвижной бункер-накопитель большой вместимости) или в приемный бункер широкого передвижного транспорта, из которого подается в бункер непрерывно движущегося асфальтоукладчика.

Третья: из самосвала смесь выгружается в приемный бункер, подобный бункеру асфальтоукладчика, а из него в бункер или на ленту передвижного транспортера, из которого поступает в бункер непрерывно движущегося асфальтоукладчика.

Для реализации перечисленных схем разные фирмы оборудуют применяемые машины устройствами, дополнительно перемешивающими асфальтобетонную смесь для выравнивания ее температуры, разрушения комьев, образовавшихся при охлаждении и слеживании, устранения сегрегации.

Все американские схемы обеспечивают значительно более высокие (в 2 – 10 раз) темпы укладки, чем при использовании европейской технологии.

Основными показателями, определяющими перспективность технологических процессов строительства слоев асфальтобетонного покрытия, могут быть приняты:

– качество уложенного слоя (постоянная толщина, монолитность и плотность слоя, требуемые параметры ровности и поперечного уклона, плотное соединение сменных захваток и смежных полос слоя), зависящее главным образом от непрерывности движения укладчика и постоянства температуры смеси;

– темпы укладки, определяющие экономические показатели строительства и зависящие всецело от рабочей скорости укладчика;

– экономичность самого технологического процесса, т.е. минимальная стоимость комплекта техники и расхода энергоресурсов;

– потери асфальтобетонной смеси при резких изменениях погоды, зависящие от охлаждения смеси;

– безопасность работ, связанная во многом от концентрации машин на месте укладки.

Как видно из представленных оценок, технологическая схема «валик-бункер» имеет определенные преимущества перед другими. Для более детального анализа рассмотрим затраты времени на выработку асфальтобетонной смеси из кузова самосвала разной грузоподъемности без учета и с учетом различной вместимости бункеров асфальтоукладчиков.

Расчеты времени без учета вместимости бункера собственно асфальтоукладчика показывают, что если общие затраты времени на выработку смеси, выгруженной из кузова одного самосвала, превышают 4 мин., то этого должно хватить автомобилю на подход к укладчику, разгрузку и отход. Если смесь вырабатывается за 3 – 4 мин., то режим работы нестабилен, а если не менее чем за 3 мин., то цикл работы самосвала не может быть выполнен, вследствие чего возникнут вынужденные остановки укладчика.

При использовании самосвалов грузоподъемностью 8 т непрерывная работа асфальтоукладчика возможна:

– на верхнем слое – при ширине укладки 4 м с темпом до 1 000 м в смену, (рабочая скорость до 3 м/мин.), при ширине укладки 8 – 9 м с темпом до 500 м в смену (рабочая скорость до 1,5 м/мин.);

– на нижнем слое при ширине укладки 4 – 4,5 м с темпом до 500 м в смену (рабочая скорость до 1,5 м/мин.).
При использовании самосвалов грузоподъемностью 18 т непрерывная работа асфальтоукладчика возможна:

– на верхнем слое – при ширине укладки 4 – 4,5 м с темпом до 1 500 м в смену (до 4,5 м/мин.), при ширине укладки 8 – 9 м с темпом до 1 000 м в смену (3 м/мин.);

– на нижнем слое – при ширине укладки 4 – 4,5 м с темпом до 1 000 м в смену (3 м/мин.), при ширине укладки 8 – 9 м с темпом до 500 м в смену (1,5 м/мин.).

Учет вместимости бункера вносит в расчеты существенные коррективы. Очевидно, что ее увеличение позволяет использовать бункер в качестве накопителя смеси и одновременно ускорить темп ее выгрузки из самосвала.

Если время выработки смеси из бункера превышает 3 мин., то цикл смены самосвалов замкнут, если находится в пределах 2 – 3 мин., то режим работы нестабилен. При времени выработки менее 2 мин. цикл смены самосвалов не может быть реализован, т.е. укладчик работает быстрее, чем самосвалы успевают выгружаться.

Непрерывная работа асфальтоукладчика с бункером вместимостью 12 т возможна:

– на верхнем слое – при ширине укладки 4 – 4,5 м с темпом до 1 500 м в смену (4,5 м/мин.), при ширине укладки 8 – 9 м с темпом до 500 м в смену (1,5 м/мин.);

– на нижнем слое – при ширине укладки 4 – 4,5 м с темпом до 500 м в смену (1,5 м/мин.), при ширине укладки 8 – 9 м с темпом менее 500 м в смену (до 1,5 м/мин.).

Непрерывная работа асфальтоукладчика с бункером вместимостью 18 т возможна:

– на верхнем слое – при ширине укладки 4 – 4,5 м с темпом до 1 500 м в смену (4,5 м/мин.), при ширине укладки 8 – 9 м с темпом до 1 000 м в смену (3,0 м/мин.);

– на нижнем слое – при ширине укладки 4 – 4,5 м с темпом до 1 000 м в смену (3,0 м/мин.), при ширине укладки 8 – 9 м с темпом до 500 м в смену (1,5 м/мин.).

Расчет часовой потребности в асфальтобетонной смеси для обеспечения различных темпов укладки верхнего и нижнего слоев покрытия по европейской схеме при вместимости бункера укладчика 12, 14 и 18 т показывает, что даже при большой грузоподъемности самосвалов и большей (18 т) вместимости бункера можно уложить не более 223,6 т смеси в час одним укладчиком при непрерывном процессе.

Американские и европейские асфальтоукладчики

Европейские машины имеют большую ширину укладки и вместимость бункера, но меньшую рабочую скорость и производительность. Разброс показателей по мощности двигателей очень велик, но у многих европейских укладчиков мощность двигателя выше. Однако на практике большая ширина укладки используется мало. Так, по опросам, укладчики Super-2500 фирмы Vogele очень редко работают с шириной укладки более 8 – 9 м. Бункер европейского укладчика большой вместимости отчасти играет роль накопителя смеси, обязательного в американской технологии, и способствует непрерывной, безостановочной работе при достаточно высоких темпах укладки.

Значительно отличаются и режимы работы уплотняющих органов. Почти на всех европейских машинах есть трамбующий брус (с частотой от 0 – 21 до 0 – 31 Гц) и виброплита (с частотой от 0 – 50 до 0 – 70 Гц). На американских асфальтоукладчиках трамбующего бруса нет, а частота вибрации на выглаживающей плите находится в пределах от 0 – 30 до 0 – 58 Гц.

Все европейские и американские машины оснащаются системами автоматического управления по струне и поперечному уклону. Это позволяет сделать вывод, что возникающие во время укладки смеси неровности не являются следствием несовершенства конструкции укладчиков и систем их управления. Появление неровностей обусловлено только применяемыми технологическими схемами и их недостатками: остановки укладчиков и изменение их скорости, незаполнение шнековой камеры из-за полной выработки смеси из бункера, изменение температуры смеси во время укладки, сдвиг укладчика назад при ударе колес самосвала о его ролики.

Американские технологические схемы позволяют избавиться от большинства перечисленных причин. В них отсутствуют остановки и изменения скорости, бункер асфальтоукладчика постоянно заполнен, невозможен сдвиг укладчика назад. Остается только одна причина – изменение температуры асфальтобетонной смеси. В США на этот параметр обращается особое внимание.

В России, где колебания температуры воздуха и нижнего слоя покрытия в течение мая – сентября значительно больше, этот фактор будет дополнительно ограничивать длительность строительного сезона июнем – августом. Из приведенных американских технологических схем наименьшему влиянию температуры воздуха и нижнего слоя подвержена схема «накопитель – бункер укладчика».

Расчет времени выработки смеси из накопителя (мобильного конвейера) и бункера асфальтоукладчика при различных темпах укладки показывает, что:

– при укладке верхнего слоя опасности вынужденной остановки нет до темпа 3 000 м в смену, так как за 3 мин. обеспечивается подход нового самосвала к приемному бункеру накопителя;

– при укладке нижнего слоя опасности вынужденной остановки нет до темпа близкого к 1 500 м в смену.

Таким образом, американская схема без образования валика может обеспечивать укладку за час до 669,6 т асфальтобетонной смеси одним укладчиком при непрерывном процессе, т.е. в 3 раза больше, чем при европейской схеме. Это подтверждают и основные технические и технологические параметры американских машин, дополняющих в технологической схеме асфальтоукладчик. При использовании перегружателя SВ-2500 или непрерывного транспортера МС-330 производительность по подаче смеси в асфальтоукладчик – 544 т/ч, а с подборщиком ВG-650 достигает 1 829 т/ч.

Высокая производительность подборщика обеспечивает темп укладки до 6 000 м в смену по верхнему и до 4 000 м в смену по нижнему слою. При этом:

– потери температуры смеси меньше, чем при использовании накопителя (бункера или транспортера);

– основание под валиком прогрето, а в бункер укладчика загружается горячая смесь;

– подборщик оставляет на основании заданный слой смеси, что способствует наполнению шнековой камеры и ускоряет подачу смеси на края укладываемого слоя;

– не требуются большие средства для закупки накопителя, так как перегружатель и прицепной образователь валика относительно недорогие;

– использование подборщика, как и накопителя, позволяет избежать безвозвратной потери асфальтобетонной смеси при резком изменении погоды. В этом случае смесь из валика загружается в самосвалы и отправляется на АБЗ для перегрузки в бункеры-термосы или для добавки в новую смесь, аналогично смесь загружается в самосвалы из накопителя.

Следует отметить, что резкое увеличение возможных темпов строительства (объема укладываемой смеси) косвенно подтверждается и появлением в Европе загрузчика МТ-1000 фирмы Vogele (производительность до 700 т/ч, рабочая скорость до 16 м/мин.).

Таким образом, применение американских технологических схем и комплектов машин обеспечивает по сравнению с отечественной (европейской) технологией определенные преимущества, выражающиеся в возможности повышения темпов строительства при одновременном улучшении качества уложенного слоя за счет безостановочной укладки.

Отметим, что одну из американских технологических схем («валик-бункер») можно применять летом без увеличения стоимости комплекта машин. Возможный темп укладки верхнего и нижнего слоев до 4 000 – 6 000 м в смену при ширине до 9 м. Другая американская технология («накопитель-бункер») требует увеличения стоимости комплекта машин, но может применяться в условиях России весь строительный сезон. Она обеспечивает темп укладки верхнего слоя до 2 500 – 3 000 м в смену и нижнего слоя до 1 000 – 1 500 м в смену при ширине укладки до 9 м.