Реологические свойства асфальтобетона

Показатели прочности асфальтобетона не позволяют полностью характеризовать работу материала в покрытии, так как при нагружении в нем возникают не только обратимые, но и необратимые деформации, величина которых связана с уровнем напряжения, временем действия напряжения и скоростью деформации.

Изучением поведения материалов под действием приложенных нагрузок во времени занимается реология — раздел механики, тесно примыкающий к физике и охватывающий вопросы деформирования разнообразных материалов (от твердых тел до жидкостей).

Существуют различные подходы к изучению асфальтобетона: теоретические преследуют цель разработки математической модели, описывающей поведение материала; практические объясняют поведение материала при деформировании исходя из особенностей его структуры и состава. Эти подходы позволяют определять упругость, вязкость, пластичность материала, а также установить соотношение между ними.

При эксплуатации асфальтобетонного покрытия могут быть следующие режимы нагружения:

  • ? постоянная нагрузка;
  • ? равномерно нарастающая нагрузка;
  • ? деформирование с постоянной скоростью.

Определение изменения свойств асфальтобетона за длительный период производят испытанием на ползучесть.

Ползучесть — процесс нарастания пластической деформации асфальтобетона при постоянной статической нагрузке (на стоянках транспорта) или постепенного накопления такой деформации при приложении кратковременных динамических транспортных нагрузок.

Ползучесть асфальтобетона оценивается путем определения роста деформации образца асфальтобетона, увеличивающейся во времени. Ползучесть зависит от величины нагрузки и температуры (рис. 8.13).

На дорожных покрытиях ползучесть проявляется в виде образующихся волн, наплывов, колеи (особенно при прохо-

Графики ползучести асфальтобетона

Рис. 8.13. Графики ползучести асфальтобетона:

а — при разных нагрузках; б — при битумах разной вязкости де тяжеловесных автомобилей, следующих «след в след»). Ползучесть проявляется при любом виде нагружения: растяжении, изгибе, сжатии.

Физика процесса накопления остаточных пластических деформаций видна из рис. 2.3 (см. с. 35).

В расчетах дорожных одежд нежесткого типа применяют два показателя прочности асфальтобетона: статический и динамический модуль упругости.

Статический модуль упругости асфальтобетона характеризует воздействие на него автомобиля на стоянке, остановке и перекрестках (табл. 8.6).

Таблица 8.6

Модуль упругости и прочность асфальтобетона при растяжении при изгибе

Материал

Марка битума

Модуль упругости Е, МПа

Среднее сопротивление растяжению при изгибе, МПа

Плотный

БНД 40/60

6000

3,2

асфальтобетон

БНД 60/90

4500

2,8

I и II марок

БНД 90/130

3600

2,4

БНД 130/200

2600

2,0

БНД 200/300

2000

1,8

СГ 130/200

1500

1,6

Его определяют при приложении единичной нагрузки в середине пролета образца-балочки:

где Р — вертикальная нагрузка (принимают 0,2...0,3 от разрушающей нагрузки); I — расчетный пролет балочки (0,14 м); f — упругий прогиб балочки; I — момент инерции сечения образца (I = bh3 /12; Ъ и h — ширина и высота балочки).

Значение динамического (кратковременного) модуля упругости соответствует режиму воздействия подвижных нагрузок на асфальтобетонное покрытие. Как видно из табл. 8.7, значение кратковременного модуля упругости понижается с повышением температуры.

Таблица 8.7

Зависимость кратковременного модуля упругости асфальтобетона от температуры

Материал

Марка

битума

Расчетные значения кратковременного модуля упругости Е, МПа, при температуре покрытия, °С

10

20

30

40

50

Плотный

БНД 40/60

4400

2600

1300

690

430

асфальтобетон

БНД 60/90

3200

1800

900

550

380

БНД 90/130

2400

1200

660

440

350

БНД 130/200

1500

800

560

380

320

БНД 200/300

1200

600

420

350

300

СГ 130/200

900

400

350

300

300

СГ 70/130

800

350

300

250

250

МГ 70/130

800

350

300

250

250

Динамический модуль упругости определяют по формуле (8.10), но при продолжительности действия нагрузки 0,1 с.

Релаксация напряжений — постепенное снижение, «рассасывание» напряжений в образце при его неизменной деформации.

Растянув образец асфальтобетона и закрепив его концы так, чтобы деформация оставалась неизменной в течение всего времени испытания, можно видеть уменьшение напряжений по времени или скорости уменьшения напряжений (рис. 8.14).

На характер релаксации напряжений в асфальтобетоне существенное влияние оказывает начальное напряжение, сообщаемое материалу.

Нагрузочные режимы, которые испытывают асфальтобетонные покрытия в летнее и зимнее время (скорость и частота приложения), могут быть одинаковыми, но деформационный

Релаксация напряжений при растяжении асфальтобетона с битумом

Рис. 8.14. Релаксация напряжений при растяжении асфальтобетона с битумом:

1 — БНД 40/60; 2 — БНД 60/90; 3 — БНД 90/130

«отклик» на них будет различным в зависимости от температурного режима их работы.

Процесс нагружения — это совокупность двух одновременно протекающих процессов: роста напряжений и их релаксации (рассасывания).

При высоких положительных температурах интенсивность снижения напряжений (скорость релаксации напряжения) служит показателем деформационной сдвигоустойчи- вости.

При низких отрицательных температурах возникновение трещин можно предупредить в том случае, если напряжения будут рассасываться быстро. Поэтому при низких температурах показателем трещиноустойчивости асфальтобетона может быть также интенсивность снижения напряжений, т.е. релаксация напряжения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >