Физико-механические свойства

В настоящее время эти свойства являются определяющими при проектировании состава асфальтобетона (АБ), текущем и приемочном контроле АБС на асфальтобетонных заводах.

В Беларуси АБС должны приготавливаться в соответствии с требованиями СТБ 1033-2004 «Смеси асфальтобетонные дорожные. Технические условия», а определение свойств должно проводиться в соответствии с СТБ 1115-2004 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Методы испытаний».

Чтобы осознанно применять указанные нормативы, необходимо кратко рассмотреть значение основных свойств асфальтобетона, их физику и механику и только затем ознакомиться с существующими стандартизированными показателями этих свойств с указанием нормативных требований.

Асфальтобетон в дорожном покрытии, кроме механических воздействий автомобилей, подвергается воздействию атмосферных и талых вод (частью в виде солевых растворов, образующихся при рассыпке на покрытиях солей NaCl и СаС12).

Вода проникает в поры асфальтобетона и ослабляет взаимную адгезионную связь минеральных материалов с пленкой вяжущего. Поэтому большое значение имеет знание плотности и пористости АБ, от величины которых зависят все водные свойства асфальтобетона и его морозостойкость.

На деформируемость и прочность АБ оказывает существенное влияние температурный режим его работы в покрытии. Поэтому оценку его структурно-механических свойств производят при следующих температурах:

  • ? максимальной для данной местности температуре асфальтобетонного покрытия, когда когезия вяжущего минимальна;
  • ? минимальной температуре, когда прочность покрытия достаточна, так как когезия вяжущего достигает наибольших значений, но при нарушении однородности структуры, особенно при повторных замораживаниях, минимальные удлинения способствуют образованию трещин, а в отдельных случаях и выкрашиванию покрытия;
  • ? некоторых средних температурах, когда наиболее вероятно водонасыщение асфальтобетона и снижение прилипания вяжущего к минеральным материалам, что может привести к быстрому износу и хрупкому разрушению покрытия.

Под механической нагрузкой асфальтобетон проявляет комплекс сложных свойств: упругость, пластичность, ползучесть, релаксацию напряжений, изменение прочности в зависимости от скорости деформирования, накопление деформации при многократных приложениях нагрузки и т.п. В зависимости от проявления тех или иных свойств к асфальтобетону применимы законы теории упругости или теории пластичности.

Свойства асфальтобетона обычно начинают рассматривать с ведущего показателя механических свойств материала — прочности — свойства асфальтобетона сопротивляться разрушению под действием механических напряжений. Для асфальтобетона, как для термопластичного материала, различают два вида потери прочности:

  • ? в упругой стадии — приводит к разрушению покрытий;
  • ? в пластической стадии — приводит к возникновению деформаций, нарушающих нормальную эксплуатацию конструкции (увеличивается неровность).

Особенностью разрушения асфальтобетона (по сравнению с цементобетоном и другими подобными материалами) является резко выраженная зависимость прочности от времени действия нагрузки и температуры.

Разрушение асфальтобетона под действием приложенного напряжения представляет собой развивающийся во времени процесс. Чем больше значение действующих напряжений, тем быстрее протекает процесс разрушения. Таким образом, механические свойства асфальтобетона характеризуются двумя показателями: разрушающим напряжением и значением длительной прочности (время, в течение которого асфальтобетон выдерживает заданное напряжение без разрушения).

Зависимость значений разрушающего напряжения от длительности пребывания материала в напряженном состоянии обусловлена процессом усталости. Усталость характеризует постепенное снижение работоспособности асфальтобетона при длительно действующих или многократно повторяющихся нагрузках. Усталость проявляется в снижении долговечности материала при многократных циклически действующих нагрузках. Ее характеризуют числом циклов, которые выдерживает асфальтобетон до разрушения.

Основным требованием, которому должен удовлетворять асфальтобетон, работающий в условиях повышенных положительных температур, является его сдвигоустойчивостъ (прочность при сдвиге), которая может быть охарактеризована видоизмененным уравнением Кулона:

где т — прочность асфальтобетона при сдвиге, МПа; Р — удельная нормальная нагрузка при сдвиге, МПа; фаб — угол внутреннего трения асфальтобетона с учетом смазывающего действия битума; Еб — сцепление в асфальтобетоне, зависящее от количества битума в нем, МПа.

Из уравнения (8.7) видно, что заданная прочность при сдвиге т может быть получена при различных значениях факторов, определяющих прочность и зависящих в одном случае от свойств минерального остова, а в другом — от сил сцепления, обусловливаемых свойствами битума. При больших значениях угла внутреннего трения минерального остова заданную прочность на сдвиг можно достичь при относительно небольшом сцеплении, обусловливаемом невысокой вязкостью битума. Но свойства минерального материала в диапазоне эксплуатационных температур практически не меняются, в то время как свойства битума сильно зависят от температуры. Поэтому асфальтобетон с высокими значениями угла внутреннего трения всегда будет обладать прочностью на сдвиг при высоких температурах и большой теплостойкостью.

Наиболее важен показатель прочности на сжатие при 50 °С, косвенно характеризующий сдвигоустойчивость асфальтобетонного покрытия под нагрузкой в летнее время.

Показатель, характеризующий пластичность асфальтобетона при положительных температурах, когда возможно появление пластических деформаций покрытий (волны, колеи), определяется расчетным путем с использованием показателя пластичности (К) на основе определения прочностных показателей, получаемых с разной скоростью деформирования:

где и Rz — пределы прочности при скоростях и v2, МПа; i>! и v2 — скорости деформирования (3 и 30 мм/мин).

Асфальтобетон считают пластичным при 50 °С, если К > 0,25, и непластичным, если К < 1,0.

Асфальтобетон с малым содержанием щебня не может быть сдвигоустойчивым даже при очень большой его прочности.

Прочность асфальтобетона при растяжении определяют непосредственным растяжением специально приготовленного и закрепленного образца или более простым «бразильским» методом, не требующим специального приготовления образцов сложной формы (цилиндрический образец асфальтобетона диаметром D и высотой Н подвергают сжатию по образующей). Прочность при растяжении по этому методу

где а — коэффициент (для асфальтобетона как пластичного тела а = 1, для хрупких тел а = 0,63); Р — разрушающее усилие; D и Н — диаметр и высота образца, см.

С понижением температуры происходит приращение прочности асфальтобетона (рис. 8.12). Участок стабилизации прочности асфальтобетона характеризует переход битумной пленки в хрупкое состояние. Экстремальная точка на графике может быть названа температурой хрупкости данного асфальтобетона. В асфальтобетоне на битуме марки БНД 60/90 участок стабилизации прочности при растяжении достигается при -10 °С, а в асфальтобетоне на битуме БНД 130/200 — при -20 °С.

Зависимость прочности на изгиб асфальтобетона от температуры испытаний

Рис. 8.12. Зависимость прочности на изгиб асфальтобетона от температуры испытаний:

1 — битум БНД 60/90; 2 — БНД 130/200; 3 — БНД 200/300; 4 — условная температура хрупкости асфальтобетона (точка перегиба кривой)

Основным критерием прочности асфальтобетона при отрицательных температурах являются его деформативные свойства, характеризующие устойчивость против образования трещин. При охлаждении объем асфальтобетона сокращается, в покрытии возникают растягивающие напряжения, которые до известной степени могут компенсироваться его пластичностью. Для предотвращения образования трещин необходимо, чтобы асфальтобетон обладал способностью деформироваться под действием растягивающих напряжений без нарушения сплошности. Для оценки его пластичности обычно используют предельную относительную деформацию в момент разрушения. Если деформирование чисто упругое, то критическая относительная деформация не превышает 0,001. По мере повышения температуры критическое относительное удлинение увеличивается.

Деформативность асфальтобетона оценивают по относительной деформации асфальтобетонных образцов при испытании на изгиб или растяжение. Покрытие будет устойчивым против образования трещин, если асфальтобетон обладает относительным удлинением при 0 °С не менее 0,004...0,008, а при -20 °С — не менее 0,001...0,002 (при скорости деформации, близкой к 5... 10 мм/мин).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >