В ходе эксплуатации дорожное покрытие регулярно подвергается механическим нагрузкам различного характера, направленности и интенсивности. Его надежность и долговечность напрямую зависят от того, насколько хорошо асфальт выдерживает давление, деформируется или, наоборот, сопротивляется деформации. Поэтому механические свойства обязательно учитываются при проектировании состава асфальтобетонной смеси (АБС) для дорожных работ.
К ним относятся:
- Прочность
- Деформативность
- Сдвигоустойчивость
- Стойкость к колееобразованию
- Ползучесть
Давайте остановимся на каждом показателе немного подробнее.
Прочность асфальта
Это, пожалуй, одно из важнейших свойств асфальтобетона. Оно показывает, какую максимальную нагрузку материал может выдержать при различного рода воздействиях.
Прочность характеризуется несколькими показателями:
- Пределом прочности при сжатии
- Пределом прочности на растяжение при расколе
- Пределом прочности на растяжении при изгибе
- Усталостной прочностью при многократном изгибе
Каждый показатель будет иметь свое значение для конкретного вида асфальта. Например, предел прочности на растяжение при расколе обычно в 6-8 раз меньше, чем при сжатии.
ГОСТ 9128-2013 устанавливает такие требования для асфальтов разных марок:
- Марка I
Прочность при сжатии при 20°C – не менее 2,5 МПа
Прочность на растяжение при расколе при 0°C – 3,0-6,5 МПа - Марка II
Прочность при сжатии при 20°C – не менее 2,2 МПа
Прочность на растяжение при расколе при 0°C – 2,5-7,0 МПа - Марка III
Прочность при сжатии при 20°C – не менее 2,0 МПа
Прочность на растяжение при расколе при 0°C – 2,0-7,5 МПа
На прочность асфальтобетона влияют как внешние, так и внутренние факторы. Это обусловлено тем, что в состав материала входит органическое вяжущее – битум. При остывании он затвердевает, а с повышением температуры размягчается и становится пластичным. Поэтому в жару качество дорожного покрытия на чистом битуме (без улучшающих добавок) может ощутимо снижаться.
Таким образом, прочность готового дорожного покрытия определяют по:
- Прочности минерального заполнителя (щебня)
- Марке вяжущего
- Сцеплению битума с наполнителем
- Пористости асфальта после уплотнения
- Температуре окружающего воздуха
- Водонасыщению асфальта
Деформативность асфальта
Эта характеристика описывает способность материала поддаваться различного рода деформациям – сжатию, растяжению, изгибу.
Асфальтобетон – это не абсолютно жесткий материал. Если начать прилагать к нему нагрузку, то до определенного предела он будет деформироваться – например, прогибаться или растягиваться – без разрушения.
Деформации могут быть:
- Обратимыми (упругими)
В этом случае асфальт возвращается к прежней форме, как только с него снимают нагрузку. - Необратимыми (пластическими)
Асфальт остается деформированным даже после снятия нагрузки.
Переход упругих деформаций в пластические зависит от различных факторов – свойств материала, прилагаемой нагрузки, температуры.
Деформативность дорожного покрытия может быть связана с целым рядом его повреждений и дефектов. Причем речь здесь может идти как о слишком низких, так и о слишком высоких показателях.
К таким дефектам относятся:
Деформативные свойства асфальтобетона оцениваются по таким показателям:
- Предел прочности на растяжение при изгибе
- Прогиб
- Предельная относительная деформация
- Модуль деформации
- Модуль упругости
Оптимальной деформацией для асфальтобетона считается относительное удлинение 0,004-0,008 при температуре 0°С и 0,001-0,002 – при –20°С. Такое покрытие будет устойчиво к растрескиванию в зимний период.
Поскольку щебень и песок в составе асфальтобетона – материалы жесткие, то его деформативность зависит в первую очередь от свойств битума – его вязкости, температур размягчения и хрупкости. У чистого битума, который производится в России, они часто оставляют желать лучшего.
Поэтому материал модифицируют при помощи специальных добавок:
- Полимеров
- Целлюлозного волокна
- Резиновой крошки
Они улучшают структуру битума и снижают его чувствительность к перепадам температуры. В результате получается долговечный асфальт, который сохраняет эластичность и упругость как в морозы, так и в летний зной.
Сдвигоустойчивость асфальта
Эта характеристика более узкая, чем деформативность. Она описывает способность материала сопротивляться развитию пластических – то есть необратимых – деформаций.
Для ее оценки используются два показателя:
- Коэффициент внутреннего трения
- Сцепление при сдвиге
Низкая сдвигоустойчивость асфальта – это частая причина появления колей в дорожном покрытии. А они, в свою очередь, могут приводить к серьезным авариям. Так что оба показателя нормируются ГОСТами и учитываются при подготовке к дорожным работам.
Минимальные значения для смесей разных марок такие:
- Марка I
Коэффициент внутреннего трения – 0,78
Сцепление при сдвиге – 0,23 МПа - Марка II
Коэффициент внутреннего трения – 0,64
Сцепление при сдвиге – 0,22 МПа - Марка III
Коэффициент внутреннего трения – 0,62
Сцепление при сдвиге – 0,29 МПа
Эти характеристики во многом зависят от температуры покрытия. В жару битум размягчается и становится более податливым. Такой асфальт легко деформируется под колесами тяжелого транспорта.
Увеличивают сдвигоустойчивость так же, как и деформативность – внесением полимерных и стабилизирующих добавок, а также резиновой крошки. Они придают вяжущему веществу эластичность, благодаря чему покрытие держит форму даже при высоких температурах.
Также принимают следующие меры для увеличения сцепления в материале:
- Вносят адгезионные присадки
- Полностью или частично заменяют природный песок отсевом
Стойкость асфальта к колееобразованию
Колеи на дорогах – это результат двух процессов: стирания асфальта под колесами транспорта и накопления пластических деформаций в толще покрытия.
В России испытывать асфальтобетон на стойкость к колееобразованию начали относительно недавно. До принятия ГОСТ Р 58406.3-2020 стандартной методики оценки этого свойства не было. И в старом ГОСТ 9128-2013 оно никак не нормировалось.
Для определения этой характеристики по образцу асфальта прокатывают нагруженное колесо (около 20 000 раз).
В ходе испытания вычисляют такие показатели:
- Среднюю глубину колеи
- Угол наклона кривой колееобразования
Новые ГОСТы обязывают учитывать их при проектировании асфальтобетонных смесей для конкретных ситуаций.
Для каждого слоя дорожной одежды устанавливаются такие значения:
- Для оснований
Средняя глубина колеи – не более 9,0 мм
Угол наклона кривой колееобразования – не более 0,4 мм/1000 циклов - Для нижних слоев
Средняя глубина колеи – не более 6,0 мм
Угол наклона кривой колееобразования – не более 0,3 мм/1000 циклов - Для верхних слоев
- Средняя глубина колеи – не более 6,5 мм
- Угол наклона кривой колееобразования – не более 0,3 мм/1000 циклов
Ползучесть асфальта
Это свойство характеризует склонность материала к накоплению пластических деформаций под действием постоянной нагрузки.
Ползучесть особенно характерна для покрытий:
- Парковок и стоянок
- Загруженных автомагистралей, скоростных дорог и главных городских улиц
- На склонах
В таких условиях асфальт все время подвергается нагрузкам от транспорта (движущегося или стоящего) или сил гравитации. Он накапливает микроповреждения и микродеформации, которые со временем увеличиваются. В результате в какой-то момент покрытие начинает разрушаться словно бы на пустом месте.
Развитие ползучести можно разбить на три стадии:
- Активное накопление деформаций в ходе доуплотнения после укладки асфальта
- Постепенное накопление деформаций в полностью уплотненном покрытии
Стандартный метод определения этого свойства был принят недавно – в новом ГОСТ Р 58401.7-2019. Поэтому показатели ползучести для асфальтобетона пока не нормируются.
Снизить ее можно такими способами:
- Использованием многощебеночных смесей (ЩМА)
- Увеличением вязкости битума
- Внесением адгезионных присадок
- Внесением полимерных и резиновых добавок
Подведем итог.
Механические характеристики асфальтобетона показывают, насколько хорошо он переносит нагрузки и сопротивляется развитию необратимых деформаций. К ним относятся прочность, деформативность, сдвигоустойчивость, стойкость к колееобразованию и ползучесть. Эти показатели зависят в первую очередь от свойств вяжущего вещества и адгезии смеси. Наилучшие показатели демонстрируют асфальты с высоким содержанием щебня и наличием модифицирующих добавок – полимеров, волокон, адгезионных присадок или резиновой крошки.
Полную версию данной статьи вы найдете на нашей странице.
Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.
#асфальт #асфальтобетон #асфальтовое покрытие #асфальтобетонное покрытие #асфальтированное покрытие #свойства асфальта #характеристики асфальта #механические свойства асфальта #полезные советы
