Результаты моделирования повышения технологической эффективности и эксплуатационной устойчивости конструктивных слоев дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог из местных материалов

На рисунке 1 изображен пример изменения межзерновой пустотности для отдельной фракции 20 … 40 мм щебня марки 400 в зависимости от количества приложений нагрузки.

Изменения зернового состава для отдельных фракций щебня в образованной при уплотнении смеси построены при помощи программного обеспечения PTC MathCAD Prime 2.0 с использованием метода аппроксимации Левенберга – Марквардта и имеет вид

f (Х,в ) = в 0'ln (x + в 1)+в 2

где ^β 0 ^β 1 и ^β 2

- вещественные значения параметров уравнения

Рисунок 1 – Изменение межзерновой пустотности щебня марки 400 фракции 20-40 мм от количества приложений нагрузки: vx4 — вектор количества приложенных нагрузок; vy4 — вектор межзерновой пустотности

Полученные данные позволили построить зависимости изменения зернового состава от количества приложений нагружений (рисунки 2 и 3).

Дальнейшие исследования по повышению транспортноэксплуатационных качеств позволили определить зоны оптимального уплотнения, исходя из наибольшей плотности смеси и ее зернового состава, с возможностью сохранности структуры щебеночных слоев.

Анализ показал, что для достижения межзерновой пустотности смеси в районе от 12 до 15 %, оптимальный зерновой состав может быть получен для доломитового щебня в диапазоне от 100 до 170 циклов приложения нагрузки, для малопрочного известнякового от 50 до 70.

При достижении размеров частиц крупностью <0,25 мм у малопрочных материалов возникают условия для образования цементирующих связей (таблица 1).

Таблица 1 – Цементирующая способность каменных материалов

Материал	Прочность исходного каменного материала, МПа	Содержание пыли <0,25 мм в фракции 0-5 мм, %	Прочность образца из пыли, МПа	Приращение прочности относительно исходного, %
Гранитный щебень 800	3,09	24,1	0,16	5,1
Известняковый щебень 400	2,64	23,8	0,86	32,6
Доломитовый щебень 1000	6,2	22,3	1,5	24,2

Рисунок 2 – Кривые оптимального зернового состава в зависимости от количества приложений нагрузки, доломитовый щебень марки 1000

Рисунок 3– Кривые оптимального зернового состава в зависимости от количества приложений нагрузки, известняковый щебень марки 400

Образование каменной пыли с одной стороны уменьшает давления между частицами, а с другой, после завершения работ по уплотнению позволяет повысить сдерживающую силу между крупными частицами за счет образования цементирующих связей до 7 – 9 %.

В процессе измельчения частиц происходит уменьшение давления между зернами каменного материала до предела, когда рост числа контактов замедляется и происходит перераспределение усилий в щебеночном слое Последующее уплотнение приводит к росту сдерживающих усилий между зернами, вплоть до достижения оптимального гранулометрического состава Однако после достижении оптимального состава будет происходить последовательное снижение прочности и транспортно-эксплуатационных показателей щебеночного покрытия (рисунок 4). Количество приложений нагружений соответствовало средним значениям интенсивности транспортных потоков на лесовозных автомобильных дорогах.

Данный факт подтверждается снижением несущей способности дорожных одежд в процессе эксплуатации как лесовозных автомобильных дорог, так и автомобильных дорог общего пользования.

Рисунок 4 – Зависимости снижения несущей способности покрытий лесовозных дорог от количества приложения нагрузки

По результатам расчетно-экспериментальных исследований была построена зависимость модуля упругости конструктивного слоя от межзерновой пустотности для дорожной одежды из местного малопрочного щебня марки 400.