Тема 15  Машины для устройства дорог с цементобетонным покрытием

Цементобетон состоит из вяжущего (цемента), воды и заполнителей (песка, щебня или гравия) при разбавлении цемента водой  образуется цементный клей, который при смешивании обволакивает зерна заполнителя и склеивает их.

Комплекс бетонных работ состоит из приготовления, транспортирования, укладки и уплотнения бетонных смесей. 

Цементно-бетонные покрытия сооружаются комплектом машин, каждая из которых выполняет одну или несколько технологических операций, входящих в состав обязательных работ. К числу этих работ относятся:

- профилировка грунтового основания;

- укладка цементобетонной смеси с погружением арматуры и формированием плиты; - отделка поверхности плиты.

Данные работы выполняются машинами на рельсоколесном или гусеничном ходу.

Рельсоколесные машины передвигаются по рельс-формам, одновременно играющим роль опалубки для плиты покрытия.

Машины на гусеничном ходу передвигаются по поверхности насыпи, а края бетонной плиты формируются скользящей опалубкой.

Назначение и принцип действия рабочих органов машин, входящих в рельсовые и гусеничные комплекты, не связаны с типом ходового оборудования. В настоящее время наиболее распространены гусеничные машины, позволяющие отказаться от трудоемких вспомогательных операций по монтажу и демонтажу рельс-форм.

Рекомендуемые материалы

Комплект безрельсовых машин состоит из:

- профилировщика оснований, который может быть укомплектован навесным конвейером-перегружателем;

- распределителя цементобетонной смеси;

- бетоноукладчика со скользящими формами;

- финишера;

- машины для шерохования поверхности и нанесения защитной пленки.

Не входят в комплект, но обязательно сопровождают его нарезчики поперечных и продольных швов.

Профилировщик основания предназначен для рыхления, распределения и профилирования верхнего слоя земляного полотна, гравийно-песчаных смесей, гравия, щебня и укрепленных грунтов. Профилировщик комплектуется различными рабочими органами в зависимости от типа грунта. Все рабочие органы профилировщика состоят из двух секций, которые можно настраивать на профилирование как односкатной, так и двухскатной поверхности.

Конвейер-перегружатель предназначен для отсыпки излишков грунта или дорожно-строительных материалов на обочину или в транспорт. Он является навесным оборудованием к профилировщику и управляется его оператором с центрального пункта.

Производительность профилировщика оснований П_пр определяется по формуле

                                          П_пр =  b_пол V_фак k_пер  k_в,                                                                    (63)

где  b_пол – ширина профилируемой полосы;

       V_фак – средняя рабочая скорость профилирования;

       k_пер – коэффициент перекрытия проходов (k_пер = 1,1);

       k_в – коэффициент использования времени смены.

Распределитель цементобетонной смеси предназначен для равномерного распределения цементобетонной смеси по ширине полосы укладки с предварительным ее дозированием. По устройству рабочего органа распределители цементобетонной смеси бывают:

- бункерные;

- шнековые;

- лопастные.

Бункерные распределители – машины периодического действия. Они перегружают цементобетонную смесь из транспорта в бункер ленточным конвейером, оставаясь на месте. Бункер с цементобетоном перемещается поперек укладываемой полосы, распределяя смесь по ее ширине. После этого машина перемещается вперед, выравнивая уложенную смесь отвалом и профилируя заслонками, и останавливается для загрузки бункера и распределения смеси.

Шнековые распределители – машины непрерывного действия. Они разравнивают смесь, выгруженную из транспортных средств на полотно дороги, непрерывно вращающимися шнеками. Непосредственно за шнеками расположены профилирующие заслонки, которые срезают избыток бетонной смеси и придают уложенному слою соответствующий профиль.  Предварительное уплотнение уложенного слоя производится вибробрусом.

Лопастные распределители – машины непрерывного действия. Они разравнивают смесь расположенной впереди лопастью, которая совершает поперечные возвратно-поступательные движения при непрерывном передвижении всей машины вперед. Распределительную лопасть устанавливают на различной высоте в зависимости от требуемой толщины покрытия.

Производительность распределителя периодического действия (бункерного распределителя) П_пер определяется по формуле

                                   П_пер =  V_бун  k_в  / (t_зап  + t_рас  +t_пер) ,                                                          (64)

где V_бун – вместимость бункера;

       k_в – коэффициент использования времени смены;

       t_зап – время заполнения бункера;

       t_рас  –  время распределения смеси и возврата бункера под загрузку;

       t_пер –  время перемещения машины на новую позицию.

Производительность распределителя смеси непрерывного действия П_непр  определяется по формуле

                                       П_непр  =  b_пол  h_сл U_факт k_в ,                                                                    (65)

где b_пол  –  ширина полосы укладки;

      k_в – коэффициент использования времени смены;

      h_сл – толщина укладываемого слоя;

      U_факт – средняя рабочая скорость укладки;  

       k_в – коэффициент использования времени смены.

Бетоноукладчик со скользящими формами применяется для строительства дорог с толщиной покрытия до 400 мм на стабилизированном основании, а также аэродромов и промышленных площадок. Он предназначен для распределения бетона, укладки бетонного покрытия с уплотнением смеси, профилирования и отделки поверхности плиты. При необходимости сращивания соседних полос бетоноукладчик закладывает арматурные стержни в края бетонируемой плиты. При устройстве армированного цементобетонного покрытия к распределителю бетонной смеси прицепляют четырехопорную пневмоколесную тележку для перевозки арматурной сетки. Перед бетоноукладчиком идет вибропогружатель арматуры, соединяясь с ним толкающими тягами. Вибропогружатель может находиться на шасси бетоноукладчика в качестве стандартного или дополнительного оборудования.

Производительность бетоноукладчика П_б определяется по формуле

                                                         П_б = b_пол U _факт k_в,                                                           (66)

где b_пол – ширина отделываемой полосы;

      U_факт – средняя рабочая скорость бетоноукладчика;

      k_в – коэффициент использования времени смены.

Если бетоноукладчик не обеспечивает необходимое качество готового покрытия, то основные машины бетоноукладочного комплекта сопровождаются самоходными отделочными, пленкообразующими машинами и нарезчиками швов.

Отделочные машины выполняют окончательную отделку и текстурирование поверхности свежеуложенной цементобетонной плиты. Основные отделочные машины это финишеры, пленкообразующие машины и нарезчики швов.

Трубчатый финишер предназначен для выглаживания поверхности плиты. Он установлен на самоходном четырехопорном  пневмоколесном шасси и оборудован дизельным двигателем. Машина отделывает поверхность бетонной плиты выглаживающей трубой, расположенной горизонтально по диагонали на базе шасси. На кронштейнах в передней части шасси установлен ролик выглаживающего полотна с гидрообъемным приводом. Машина совершает несколько проходов до получения заданных ровности и качества поверхности. При последнем проходе на поверхность плиты опускается брезентовая драга, подвешенная сзади шасси и предназначенная для удаления с нее излишков влаги.

Производительность трубчатого финишера П_фин рассчитывают по формуле

                  П_фин = ( L_з b_пол n_нор k_в ) / [n_нор (L_з / (U_факт + t_изм))],                                               (67)

где L_з – длина отделываемого участка плиты;

     b_пол – ширина полосы отделки;

     n_нор – нормативное число проходов;

     k_в – коэффициент использования времени смены;

     U_факт – средняя рабочая скорость отделки;

     t_изм – время для изменения направления финишера на обратное.

Пленкообразующая машина предназначена для устройства на поверхности плиты продольных и поперечных шероховатостей и нанесения на нее влагозащитных пленкообразующих жидкостей ( этиленовый лак, битумные и водо-битумные эмульсии и др.)

Всме операции выполняются за один проход после прохождения финишера. Шасси машины аналогично шасси трубчатого финишера, а к его оснащению добавлена установка для перемешивания пленкообразующих эмульсий.

Рабочие органы:

1 металлические щетки, установленные на базе шасси в каретках;

2 выглаживающее полотно на ролике, установленное впереди или на базе шасси;

3 трубчатый разбрызгиватель пленкообразующих жидкостей, установленный сзади шасси и перекрывающий полосу по всей ширине.

Производительность пленкообразующей машины определяется производительностью финишера, в паре с которым она работает и поэтому отдельно не рассчитывается.

Для предупреждения растрескивания цементобетонного покрытия из-за температурных деформаций в нем нарезают продольные и поперечные швы растяжения.

 Основной инструмент для нарезки швов:

1 виброножи – применяют для нарезки швов в свежеуложенной смеси;

2 алмазные диски – применяют для нарезки швов в затвердевшем бетоне (не менее 25% расчетной прочности).

Машины для нарезания швов делятся по аналогии с инструментом:

1 для нарезания швов в свежеуложенном бетоне;

2 для нарезания швов в затвердевшем бетоне.

К первой группе машин относится самоходный колесный нарезчик швов. Он оснащается виброножом для нарезки поперечных швов и вибродиском для нарезки продольного шва. В задней части машины устанавливается заливщик швов, служащий для герметизации шва. Заливщик швов монтируется на направляющих, способных передвигаться вдоль оси машины. Это позволяет установить насадку разливочной трубы точно над швом.

Производительность нарезчиков швов в свежеуложенном бетоне П_{нар св} определяют по формуле

                    П_{нар св} = ( l_шаг b_пол k_в) / [b_пол / U_рез + l_шаг / U_пер + t_под+ (b_пол b_ш h_ш / P_зал + t_нав) k_сов,          (68)

где l_шаг – шаг нарезки поперечных швов;

     b_пол – ширина полосы;

     k_в – коэффициент использования времени смены;

     U_рез – скорость резания виброножом;

     U_пер -  средняя скорость перемещения машины от шва к шву;

      t_под – время подготовки к нарезке шва;

     b_ш – ширина шва;

     h_ш - глубина шва ( не более 30% толщины плиты);

     P_зал – средняя подача заливщика швов;

     t_нав – время наведения насадки швов;

     k_сов – коэффициент совмещения операций нарезки и заливки шва ( при поочередном выполнении операций k_сов = 1, при одновременном k_сов = 0).

Машины для нарезания швов в затвердевшем бетоне

Процесс нарезания швов в затвердевшем бетоне требует больших энергозатрат и применения дорогого алмазного инструмента, но позволяет сохранить одинаковое количество бетона по всей площади и объему плиты. В качестве рабочего органа применяют разрезные сегментные диски из легированных жаропрочных сталей с алмазным напылением режущих кромок. При окружной скорости 40…50 м/с, поступательная скорость резания бетона не превышает 0,025 м/с. Поэтому для повышения производительности применяют нарезчики швов с 2,4,8 или 16 режущими дисками.

Производительность нарезчика поперечных швов в затвердевшем бетоне П_{нар зат} определяют по формуле

            П_{нар зат} = (b_пол п_дис k_в) / [b_пол / U_рез + b_пол t_зам п_дис / l_рез + t_шаг / U_пер + t_под,                                  (69)

Обратите внимание на лекцию "1 Социология как наука".

где  п_дис – количество дисков, одновременно прорезающих один шов;

t_зам – время замены износившегося диска на новый;

l_рез  – общая длина прорези, которую может сделать один диск.

Производительность нарезчика при нарезании продольного шва равна его скорости с учетом остановок для замены дисков и по организационным причинам.

После нарезания швов их продувают сжатым воздухом, края обмазывают битумом и заливают битумно-полимерной мастикой  или тиоколовым герметиком.