Тепловым (или температурным) расширением материала называют изменение его объема при нагреве. В той или иной степени оно присуще практически всем веществам.
У асфальтобетона этот показатель не нормируется и не замеряется при стандартных проверках качества. Однако научные исследования показывают, что свойство это – достаточно важное. Именно оно обуславливает появление трещин в покрытиях дорог и тротуаров.
От чего зависит тепловое расширение асфальта
Информация о факторах, которые влияют на тепловые свойства асфальтобетона, пока что не очень полная. Этот материал отличается большим разнообразием видов и типов. И у каждого из них есть свои особенности.
При проведении исследований внимание уделяется в первую очередь первостепенным характеристикам асфальта: прочности, водонасыщению, водостойкости, сдвигоустойчивости и другим. Его тепловые показатели же часто игнорируются.
Тем не менее, нам известны основные факторы, которые влияют на температурное расширение асфальта:
- Перепады температуры
Коэффициенты расширения и сжатия неодинаковы в разных температурных условиях. Так, наиболее активно асфальтобетон расширяется при нагревании с -20 до -5°C. А сокращается – при охлаждении с 40 до 25°C. - Тип наполнителя
Группа исследователей из США сравнила значения коэффициентов сжатия-расширения для асфальтов на разных заполнителях и выяснила, что самые высокие значения показывает гравийный асфальтобетон, средние – щебеночный, а самые низкие – материал на основе песчано-гравийной смеси (ПГС). Но пока не очень понятно, что дает такие результаты: форма и размер зерен или их способность к уплотнению в покрытии. - Содержание воздушных пустот
Если образец асфальта пористый, то при нагревании он может расширяться внутрь, вытесняя воздух из пустот между зернами. Общий же объем образца изменяется меньше, чем в случае с плотным материалом.
Вполне возможно, что этот список еще не окончательный, и будущие исследования в этой области добавят к нему еще пару-тройку пунктов.
Методы определения температурного расширения асфальта
При определении этого свойства нужна очень большая точность измерений. Ведь тепловые деформации у большинства стройматериалов очень малы. Их нельзя увидеть невооруженным взглядом или замерить простой линейкой.
Поэтому исследователи используют специальные приборы:
- Дилатометры
- Тензометры
- LVDT-датчики
Они позволяют фиксировать увеличение и уменьшение размеров образца с точностью до сотых и тысячных долей миллиметра.
Любой стройматериал можно характеризовать двумя показателями:
- Коэффициент теплового расширения – при нагревании
- Коэффициент теплового сжатия – при охлаждении
На практике первое понятие часто применяется для обозначения и того, и другого процесса. Просто в случае с сжатием перед числом ставят знак минус. Однако нужно учитывать, что эти два коэффициента необязательно будут одинаковыми.
Тем не менее, вычисляются они по одной формуле:
А теперь давайте подробнее рассмотрим, какие значения могут принимать эти показатели для нашего материала.
Коэффициенты теплового расширения асфальтобетона
В справочных изданиях приводятся такие пределы для температурных деформаций покрытия: от 1*10-5 до 7*10-5 на 1°C. И хотя речь тут идет о сотых долях миллиметра, это все равно большой разброс.
Сложность заключается в том, что эта характеристика не нормируется в ГОСТах и прочих официальных стандартах. И непонятно, какой показатель будет у смеси с конкретным составом и в определенных условиях.
Более точные цифры можно найти в научных работах. Например, в одном исследовании группа американских ученых замеряла степень деформации в разных слоях дорожного покрытия.
Они получили такие результаты:
А в другой работе особое внимание уделялось разным видам этих деформаций.
В результате удалось выявить ряд закономерностей:
- Коэффициент расширения асфальтобетона выше, чем коэффициент сжатия
- Зависимость расширения и сжатия от температуры не линейна
- Горизонтальные сжатие и расширение примерно на 4,7% меньше, чем вертикальные
В заключительном разделе мы подробнее остановимся на том, почему важно учитывать температурные деформации покрытия при его проектировании.
Роль теплового расширения в образовании трещин на асфальте
Трещины – это, пожалуй, самый распространенный и всем привычный дефект дорожного покрытия. Но мало кто знает, что некоторые из них появляются даже не из-за механических нагрузок, а из-за перепадов температуры.
Таких видов трещин два:
- Отраженные
- Температурные
Давайте рассмотрим их отдельно.
Отраженные трещины
Этот вид дефектов образуется в тех случаях, когда асфальт кладется на жесткое основание – чаще всего на цементобетонные плиты.
Механизм их появления таков: и бетон, и лежащее на нем асфальтовое покрытие расширяются и сжимаются при перепадах температуры. Только делают они это по-разному.
Значения коэффициентов варьируются в таких пределах:
- Для асфальтобетона: от 10*10-6 до 70*10-6 на 1°C
- Для бетона: от 7*10-6 до 12*10-6 на 1°C
Получается, что деформируются два слоя с разными скоростями. В результате на их стыках появляются температурные напряжения. Наиболее велики они над швами бетонных плит и трещинами, которые успели образоваться в основании до укладки асфальта.
Какое-то время асфальт может «терпеть» такую нагрузку благодаря своей хорошей деформативности – способности сжиматься и растягиваться, не ломаясь. Но со временем он стареет, теряет прочность и начинает трескаться.
Температурные трещины
Эти трещины образуются непосредственно в асфальтобетоне. Обычно они появляются при низких температурах, когда битумное вяжущее становится хрупким и склонным к разрушению.
Растрескивание такого типа тоже связано с температурными напряжениями. А еще большую роль здесь играет такое качество асфальта как теплопроводность. При понижении температуры дорожное покрытие охлаждается постепенно: от верхнего слоя к основанию. Это значит, что его верхний и нижний слои деформируются с разной скоростью. Выше мы приводили примерные значения коэффициентов сжатия на глубине 90 и 260 мм в толще дороги, которые отлично иллюстрируют это явление.
Такие перепады приводят – опять же – к появлению температурных напряжений. Под их действием асфальт начинает разрушаться.
Подведем итог.
Коэффициент теплового расширения (сжатия) характеризует деформацию материала при повышении или понижении температуры. У асфальтобетона он зависит преимущественно от температуры и типа наполнителя. Этот показатель не нормируется ГОСТами и не относится к основным характеристикам дорожного покрытия. Тем не менее, он непосредственно влияет на появление отраженных и температурных трещин в асфальтобетоне.
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 #темературное расширение #температурное расширение асфальта #тепловое расширение асфальта #полезные советы
