DE102011002161A1 - Method for compacting asphalt used for road construction, involves drawing compaction through cyclic low-frequency and path-controlling shear stress on layer - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft die Asphaltverdichtung für den Straßenbau.The invention relates to asphalt compaction for road construction.
Stand der TechnikState of the art
Eine wichtige Phase des Straßenbaus ist die Verdichtung des Asphalts. Die Dichte ist ein die Eigenschaften maßgeblich bestimmender Zustandsparameter.An important phase of road construction is the compaction of the asphalt. Density is a state parameter that decisively determines the properties.
Die Verdichtung selbst wird mittels verdichtungswalzen durchgeführt. Die modernen Walzen wirken dabei nicht nur durch ihr Eigengewicht, sondern sie wirken zusätzlich auch noch dynamisch auf die zu verdichtende Schicht ein. Die Frequenz dieser dynamischen Einwirkung beträgt üblicherweise mehr als 10 Hertz. Die dynamische Beanspruchung der zu verdichtenden Schicht durch die sogenannten „Vibro”-Walzen erfolgt in Richtung der Normalen zur zu verdichtenden Schicht.The compaction itself is carried out by means of compaction rollers. The modern rollers not only act by their own weight, but they also additionally act dynamically on the layer to be compacted. The frequency of this dynamic action is usually more than 10 hertz. The dynamic stress of the layer to be compacted by the so-called "vibro" rollers takes place in the direction of the normal to the layer to be compacted.
Die neueren Oszillationswalzen beanspruchen die Schicht außerdem zyklisch in tangentialer Richtung zur Oberfläche. Hierdurch wird die zu verdichtende Schicht unter Druck zyklisch geschert. Neueste Ergebnisse der Erforschung granularer Stoffe zeigen, daß diese Art der Beanspruchung die effektivste und schnellste Methode der Verdichtung darstellt.The newer oscillation rollers also stress the layer cyclically in a tangential direction to the surface. As a result, the layer to be compacted is sheared cyclically under pressure. Recent results of the research of granular substances show that this type of stress represents the most effective and fastest method of compaction.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, daß bereits fortgeschrittene Verfahren zur Verdichtung weiter zu verbessern, wodurch auch die Qualität der Verdichtung und damit die Haltbarkeit eines Straßenbelags verbessert wird!The object of the invention is that already advanced methods for compaction to improve, whereby the quality of the compaction and thus the durability of a road surface is improved!
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen beschriebenen Merkmale gelöst!The object is achieved by the features described in the claims!
Hierzu sieht die Erfindung vor, der zu verdichtenden Schicht eine „small-strain”-Beanspruchung aufzuerlegen! Der physikalische Grund dafür ist, daß bei Dehnungen von unter 10–4 die makroskopisch beobachtbare Dehnung nicht mehr das Resultat einer Umordnung, also der Verschiebung der Körner relativ zueinander, ist, sonder ein Ergebnis der Deformation der Kornkontakte selbst, ohne daß diese aufgehoben werden.For this purpose, the invention proposes to impose a "small-strain" stress on the layer to be compacted! The physical reason for this is that at strains of less than 10 -4 the macroscopically observable strain is no longer the result of a rearrangement, ie the displacement of the grains relative to each other, but a result of the deformation of the grain contacts themselves, without these being canceled.
Die Grenze des „small-strain”-Verhaltens ist daran zu erkennen, daß das Steifemodul größer als bei größeren Dehnungen ist. Weiterhin sind die Deformationen elastisch, also reversibel. Dies ist aber gleichbedeutend damit, daß der Verdichtungsvorgang hier nicht stattfinden kann, da eine Verdichtung dem Wesen nach irreversibel ist.The limit of the small-strain behavior can be recognized by the fact that the stiffness modulus is greater than with larger strains. Furthermore, the deformations are elastic, that is reversible. But this is synonymous with the fact that the compression process can not take place here, since a compaction is essentially irreversible.
Um eine Verdichtung erzielen zu können, ist daher erfindungsgemäß ständig- zu kontrollieren, daß während des Vorganges des zyklischen Scherens die Deformationsamplitude größer ist und bleibt als die Deformation des „small-strain”-Bereiches (> 10–4). Bevorzugt wählt man die Deformationsamplitude mindestens ein bis 2 Größenordnungen größer.In order to be able to achieve compaction, it is therefore necessary in accordance with the invention to constantly check that during the process of cyclic shearing the deformation amplitude is greater than and remains as the deformation of the "small-strain" region (> 10 -4 ). Preferably, the deformation amplitude is selected to be at least one to two orders of magnitude larger.
Nur dadurch läßt sich die für die Durchführung des Verfahrens benötigte Amplitudengröße sicher einstellen. Bei den Walzen nach Stand der Technik ist das aus zweierlei Gründen nicht möglich: einerseits kann der viskose Widerstand wegen der hohen Geschwindigkeit zu hoch sein, andererseits wird durch das die Trägheit von Exzentern nutzende Wirkungsprinzip nicht die Deformationsamplitude sondern die Kraft gesteuert!Only in this way can the amplitude required for carrying out the method be set reliably. On the one hand, the viscous resistance can be too high because of the high speed; on the other hand, the action principle which uses the inertia of eccentrics does not control the deformation amplitude but the force!
Mit Worten der Steuerungstechnik ausgedrückt muß der erfindungsgemäße Verdichter so funktionieren, daß die Deformationsamplitude kontrolliert wird, wodurch die vorgeschriebene Amplitudengröße der Deformation garantiert ist. Die notwendige Scherkraft stellt sich in Abhängigkeit der Dichte und Qualität des Asphalts ein, wobei der Verdichter zur Ausübung dieser sich automatisch einstellenden Kraft in der Lage sein muß. Der Verdichter gemäß dem erfindungsgemäßen Funktionsprinzip sichert also die zyklische Scherbeanspruchung durch eine Wegsteuerung der Deformationsamplitude.In terms of control technology, the compressor of the invention must function to control the amplitude of deformation, thereby guaranteeing the prescribed magnitude of amplitude of deformation. The necessary shear force is established as a function of the density and quality of the asphalt, whereby the compressor must be able to exert this automatically adjusting force. The compressor according to the functional principle of the invention thus ensures the cyclic shear stress by a path control of the deformation amplitude.
Ist die Amplitude der Scherdeformation gesichert, so kann die geforderte Dichte der Schicht nach einigen hundert Zyklen erreicht werden. Dies wurde bereits an einem Laborverdichter („Gyrator”) nachgewiesen. Die Scherzyklen sollen dabei nicht mit hoher Geschwindigkeit, das heißt dynamisch, ausgeführt werden, wie es bei den Walzen nach Stand der Technik der Fall ist. Die gewünschte Steuerung wird Wegsteuerung genannt. Heute kann man eine solche servohydraulisch verwirklichen.If the amplitude of the shear deformation is ensured, then the required density of the layer can be achieved after a few hundred cycles. This has already been demonstrated on a laboratory compressor ("gyrator"). The shear cycles should not be carried out at high speed, that is to say dynamically, as is the case with the rolls of the prior art. The desired control is called path control. Today one can realize such a servohydraulic.
Die technische Ausführung des erfindungsgemäßen Verdichters muß folgende funktionalen Elemente enthalten:
Der Verdichter besitzt eine Sohlenfläche entsprechender Rauhigkeit, welche an die Oberfläche der zu verdichtenden Schicht angepreßt wird.The technical design of the compressor according to the invention must contain the following functional elements:
The compressor has a sole surface corresponding roughness, which is pressed against the surface of the layer to be compacted.
Der entsprechende Anpreßdruck wird zweckmäßig durch Arbeitszylinder gesichert.The corresponding contact pressure is suitably secured by working cylinder.
Unabhängig vom Normaldruck beanspruchen die Sohlen die Oberfläche auch in tangentialer Richtung mit Scherbeanspruchung.Regardless of the normal pressure, the soles also stress the surface in a tangential direction with shearing stress.
Gegen ein Verrutschen werden die Sohlenflächen durch den einstellbaren Normaldruck einerseits und durch die Rauhigkeit ihrer Flächen andererseits gesichert.Against slipping the sole surfaces are secured by the adjustable normal pressure on the one hand and the roughness of their surfaces on the other hand.
Während des zyklischen Scherens bewegen sich die Sohlen in einander entgegengesetzter Richtung.During cyclic shearing, the soles move in opposite directions.
Die Scherkraft wird durch servohydraulische Arbeitszylinder, welche von den vorher genannten unabhängig wirken, gesichert.The shear force is secured by servohydraulic working cylinders, which act independently of the aforesaid.
Die zyklische Scherbewegung der verdichtenden Sohlen wird durch elektronische Sensoren gemessen. Ihre Meßwerte werden durch die Steuerelektronik aufgearbeitet. Diese Steuerelektronik sichert die vorgeschriebene Amplitudengröße der Scherbewegungen.The cyclic shearing motion of the compacting soles is measured by electronic sensors. Their measured values are processed by the control electronics. This control electronics ensures the prescribed amplitude size of the shear movements.
Die erforderliche Frequenz der Scherzyklen kann im Voraus geschätzt werden: Bei 5 Hertz können in einer Minute 300 Scherzyklen ausgeführt werden. Voraussichtlich ist diese Anzahl der Zyklen zum Erreichen der geforderten Dichte ausreichend. Wenn der Verdichter dem Fertiger ohne Verzögerung folgen soll, so muß in einer Minute ein anderthalb Meter breiter Streifen verdichtet werden.The required frequency of the shear cycles can be estimated in advance: at 5 Hertz, 300 shearing cycles can be performed in one minute. It is anticipated that this number of cycles will be sufficient to achieve the required density. If the compactor is to follow the paver without delay, one and a half meters wide strip must be compacted in one minute.
Je nach Konstruktion des Verdichters erfolgt die Verdichtung dieser Strecke kontinuierlich oder abschnittsweise.Depending on the design of the compressor, the compression of this section takes place continuously or in sections.
Die Verdichtungssohlen können geometrisch eben sein, oder auch zylindrisch, wenn sie als Teilflächen von Verdichtungsrollen ausgebildet sind. Die Verdichtungsrollen sichern eine kontinuierliche Fortbewegung in Richtung des Fertigers. Die Scherbewegung zeigt in diesem Fall in Richtung der Achse der Verdichtungsrolle, welche senkrecht der Fahrtrichtung ist.The compaction soles may be geometrically flat, or even cylindrical, if they are designed as partial surfaces of compaction rollers. The compaction rollers ensure a continuous movement in the direction of the paver. The shearing motion in this case points in the direction of the axis of the compaction roller, which is perpendicular to the direction of travel.
Bei ebener Ausbildung sind die einzelnen Verdichtungssohlen Glieder einer Verdichtungsraupe, die ebenfalls eine kontinuierliche Fortbewegung ermöglicht.With a flat design, the individual compaction soles are members of a compaction bead, which also allows continuous movement.
Der Verdichter kann mit einem Meßgerät zwecks Kontrolle der Verdichtung ausgerüstet sein, wodurch eine automatische Korrektur und Steuerung der Scherzyklen ermöglicht wird.The compressor may be equipped with a meter to control the compression, thereby allowing automatic correction and control of the shear cycles.
Die auf die beschriebene Art realisierte Verdichtung zeigt folgende Vorteile:
- – Die Qualität der Verdichtung kann auf absolut zuverlässige Weise gesichert werden; ein möglicher negativer Einfluß durch den Walzenfahrer wird ausgeschlossen.
- – Wegen der hohen Effektivität des Verdichtungsvorganges kann die Verdichtung bei niedrigeren Asphalttemperaturen durchgeführt werden, was umweltfreundlicher ist.
- – Die Verdichtung erfolgt nicht dynamisch, wodurch die Umgebung wenig beansprucht wird.
- - The quality of compaction can be assured in a completely reliable manner; a possible negative influence by the roller driver is excluded.
- - Due to the high efficiency of the compaction process, the compaction can be carried out at lower asphalt temperatures, which is more environmentally friendly.
- - The compression is not dynamic, which means that the environment is under stress.
Claims (2)
Priority Applications (1)
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| DE201110002161 DE102011002161A1 (en) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | Method for compacting asphalt used for road construction, involves drawing compaction through cyclic low-frequency and path-controlling shear stress on layer |
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Publications (1)
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| DE102011002161A1 true DE102011002161A1 (en) | 2012-10-25 |
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Country Status (1)
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| DE (1) | DE102011002161A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109357804A (en) * | 2018-11-13 | 2019-02-19 | 西南交通大学 | A kind of compacted soil horizontal stress test device and test method |
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2011
- 2011-04-19 DE DE201110002161 patent/DE102011002161A1/en not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| CN109357804A (en) * | 2018-11-13 | 2019-02-19 | 西南交通大学 | A kind of compacted soil horizontal stress test device and test method |
| CN109357804B (en) * | 2018-11-13 | 2023-09-19 | 西南交通大学 | Compacted soil horizontal stress testing device and testing method |
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