Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Структура и текстура асфальтобетона, механизм его сопротивления транспортным нагрузкам

Читайте также:
  1. III. СТРУКТУРА КУРСА
  2. III. Финансовый механизм
  3. V Структура кобаламина схожа со структурой гема гемоглобина
  4. V. Структура курса
  5. Web-сервисы, механизм (Web Services, Mechanism)
  6. XIII. Файловая структура ОС. Операции с файлами
  7. Административная структура
  8. Антигенная структура y. Pestis
  9. Антигенная структура.
  10. Атомная и электронная структура поверхности и межфазных границ
  11. Ая группа. Механизмы организации дыхательного акта
  12. Базисные механизмы надежности

Структура асфальтобетона. Она опре­деляется качеством и количеством сос­тавляющих, их сочетанием, размещением и связями между ними. Структура ас­фальтобетона определяет его главные свойства: прочность и деформативность, плотность и атмосферостойкость, старение и долговечность.

Структура асфальтобетона весьма сложна, так как минеральные компо­ненты полидисперсны. Размеры минераль­ных зерен изменяются в пределах от 10-3 до 40 мм. Это предопределяет различие в характере взаимодействия между мине­ральными частицами и вяжущим. Поли­дисперсность предопределяет полиструктуруасфальтобетона, выражающуюся в расположении одной структуры в дру­гой.

Микроструктура, состоящая из биту­ма и наполнителя (минерального порошка), выполняет роль связующего (асфальтовяжущего) и соединяет в моно лит мелкий и крупный заполнитель.

Мезоструктура, состоящая из песка и связующего, заполняет пустоты в щеб­не и обеспечивает требуемую плотность материала.

Макроструктура, формирующаяся из крупного и мелкого заполнителей, обес­печивает прочность материала и предоп­ределяет структуру и текстуру асфальто­бетона.

Полидисперсность минеральной части асфальтобетона определяет также особен­ности взаимодействия частиц различного размера с вяжущим. Чем меньше части­цы, тем в большей степени проявляются их химические свойства, тем выше их структурирующее действие на битум, и, наоборот, чем крупнее частицы, тем в большей степени играют роль их меха­нические свойства Исходя из этого при­нято частицы размером 0,14 . . . 0,001 мм относить к наполнителям, а частицы 0,14 ... 5 мм — к мелким и 5 ... 40 мм - к крупным заполнителям.

Начнем рассмотрение с наименее слож­ной двухкомпонентной системы - мик­роструктуры, состоящей из битума и на­полнителя. Прочность микроструктуры зависит от количества и взаимосвязи компонентов, пористость - от соотно­шения наполнитель - битум. Прочность микроструктуры резко изменяется в за­висимости от содержания наполнителя. На начальном участке I кривой изменение прочности прямо пропорционально количеству вводимого на­полнителя. В этом случае минеральные частицы с образующимися на их поверх­ности ориентированными слоями битума не взаимодействуют между собой, фор­мируется базальная структура асфальтовяжущего вещества. Увеличение прочности объясняется ростом гидродинамического сопротивления движению. С увеличением содержания наполнителя (участок П) рас­стояние между отдельными частицами становится меньше, чем сумма толщин структурированных оболочек двух сосед­них частиц, и с вой el за системы обуслов­ливаются степенью в злимо действия ориен­тированных слоев. Это приводит к фор­мированию поровой структуры материала. Высокая прочность асфальтовяжущего ве­щества в точке экстремума объясняется тем, что битумная пленка на зернах тол­щиной 0,23 . . . 0,25 мкм полностью находится в ориентированном состоянии под действием поверхностных сил мине­ральных зерен. Точка экстремума соот­ветствует максимальному значению сред­ней плотности.



При увеличении количества наполни­теля выше оптимального предела в сис­теме увеличивается число пор, битума не хватает для обволакивания минеральных зерен, появляются контакты по твердой поверхности (контактная струк­тура). Все это приводит к резкому сни­жению прочности (участок III).

Оптимальное количество битума взаи­мосвязано с его вязкостью. Так, для би­тума марки БНД 90/130 оно составляет 16 %, а для битума марки БНД 200/300 -14,5%. Различие в оптимальном количестве битума объясняется прежде всего строением его пленок. В высоковязких битумах толщина пленки на зернах всегда больше, чем в менее вязких битумах. Следовательно, в асфальтовяжущем оптимальной структуры битум находится внаи­лучшем состоянии. Нарушение этого со­отношения приводит к снижению проч­ности асфальтовяжущего вещества.

При введении в асфальтовяжущее ве­щество песка закономерно снижается прочность системы, что в первую оче­редь связано с повышением неоднород­ности смеси и появлением в системе объемного битума. Влияние вязкости исходного битума на прочность уменьшается с ростом содержания в сис­теме песчаных частиц. Прослеживается четкая зависимость отношения битума к минеральному порошку (Б/П) от вязкости битума.

Макроструктура формируется щеб­нем, который рассматривается как основ­ной структурообразующий элемент ас­фальтобетонов. Макроструктура асфальто­бетона определяется количеств энным со­отношением, взаимным расположением, крупностью зерен щебня, связанных в мо­нолит асфальтовым раствором, а также характером процессов взаимодействия на границе раздела фаз: поверхность мине­рального материала — битум.

Структурообразующая роль щебня так же, как и песка, значительно отлича­ется от роли минерального порошка. Его основное назначение заключается в формировании пространственного карка­са, обеспечивающего прочность асфальто­бетона.

При незначительном содержании щеб­ня свойства асфальтобетона определяются свойствами асфальтового раствора, поскольку зернащебня являютсяотдель­ными вкраплениями,"плавающими" в растворной части. Зерна щебня в этом случае разделенытолстыми прослойками раствора и являются своего рода инерт­ным заполнителем. Размер, свойствапо­верхности, форма зерен щебня не оказы­вают в этом случае существенного влия­ния на свойстваасфальтобетона. Больше того, в некоторых случаях введение 10 . . 20% щебня может привестик сни­жению прочности асфальтобетона по сравнению с прочностью асфальтового раство­ра за счет снижения однородности систе­мы.

Дальнейший рост содержания щебня приводит к возникновению отдельных контактов между зернами через тонкие пленки ориентированного битума. Проч­ность битумных слоев настолько велика, что битум под нагрузкой практически не вытесняется. Однако если нагрузки при уплотнении весьма велики, го воз­можно разрушение зерен в зонах кон­такта от сосредоточенных контактных напряжений. При этом разрушается и би­тумная пленка, возникают прямые кон­такты по минеральным зернам. Порог формирования точечных контактов в ас­фальтобетоне наступает при содержании щебня более 45%. При увеличении щебня до 60 ... 65% в асфальтобетоне форми­руется пространственный каркас. Круп­ные минеральные зерна контактируют друг с другом непосредственно или че­рез настолько тонкие прослойки битума, что вяжущее я них приобретает свойства твердого тела. Межзерновые пустоты уп­ругого минерального каркаса заполнены асфальтовым раствором. Это норовая структура асфальтобетона.

Дальнейшее увеличение количества щебня приводит к формированию кон­тактной структуры, в которой объем пустот в щебеночном каркасе значительнопревышает объем асфальтового рас­твора, создает материал с большой по­ристостью и пониженной прочностью.

В асфальтобетоне наименьшей по­ристостью обладает микроструктура, наи­большей - макроструктура. Количество открытых пор и их размеры увеличиваются с размером минеральных зерен.

Взаимосвязь структур в асфальтобе­тоне. Получение асфальтобетона с задан­ной структурой и свойствами достигает­ся путем установления количественных соотношений между микро-, мезо- и мак­роструктурами. При этом необходимо помнить, что данной макроструктуре со­ответствуют только определенные мезо- и микроструктуры.Так, наиболее высокие показатели прочности асфальтобетона с базальной макрострук­турой (щебня < 35%) достигаются при контактно-поровой мезоструктуре (песка> 40 %) и поровой микроструктуре (минерального порошка > 15%). Наилучшие показатели асфальтобетона с поро­вой макроструктурой (щебня 50 . . . 60%)достигаются при порово-базальной ме­зоструктуре (песка 30 ... 40 %) и ба­зальной микроструктуре (минерального порошка около 10 %), а с контактной макроструктурой (щебня > 65%) при базальной мезоструктуре (песка < 30 %)и базальной микроструктуре (минераль­ного порошка < 5%). Отношение биту­ма к минеральному порошку в асфаль­тобетоне с базальной макроструктурой должно быть в пределах 0,5 ... 0,6,с базально-поровой - 0,6 . . . 0,9,с поровой и порово-контактной — 0,9 ... 1,1.

Существует закономерность, согласно которой тип структуры асфальтобетона определяется вязкостью битума. Концен­трация минерального порошка в битуме обратно пропорциональна вязкости пос­леднего. Отношение МП:Б для асфальто­бетона, приготовленного на битуме марки СГ 70/130,максимально и снижается по мере повышения вязкости битума. Такой переход связан с недостаточной насыщенностью жидких битумов асфальтенами, при этом зерна минерального порошка являются центрами структурообразования и способствуют упрочнению структуры и ее стабилизации. Переход жидких битумов в структурированное состояние сопровождается возникнове­нием коагуляционных контактов, а при значительном насыщении битума мине­ральным порошком — резким упрочнени­ем системы и формированием вторич­ной коагуляционной структуры.

Текстура. Она определяется размером и характером размещения структурных составляющих в поверхностном слое. Тек­стура определяет эксплуатационные свой­ства асфальтобетонного покрытия, ше­роховатость (сцепление колеса автомо­биля с покрытием), износостойкость, светоотражательную способность, шумность. По степенишероховатости асфальто­бетонные покрытия подразделяют на глад­кие (выступы до 0,1мм), микрошероховатые (от 0,1 до 0.5мм) и макро шероховатые (от 0,5до 15мм). Сувеличе­нием степени шероховатости покрытия возрастает коэффициент сцепления.

Светоотражательная способность асфальтобетонного покрытия возрастает с увеличением шероховатости Так, рефлек­торная способность покрытия с гладкой текстурой составляет 0,10кд/м2, а с макро шероховатой — 0,15кд/м2. Шеро­ховатая поверхность обеспечивает лучшее отражение света фар автомобиля, чем гладкая. С увеличением шероховатости покрытия возрастает шум от движения транспорта. _

Механизм сопротивления асфальтобе­тона транспортным нагрузкам. Напряже­ния, возникающие в асфальтобетонном покрытии, всецело зависят от транспорт­ных нагрузок и не зависят от вида его структуры. Различие заключается лишь в том, какие напряжения по виду и зна­чению возникают в покрытии и в мате­риалах, составляющих асфальтобетон.

В покрытии из уплотненной битумо-щебеночной смеси, напряжение от колеса транспортного средства переда­ется от зерна к зерну по площади кон­такта. Проявляются давление от тран­спорта, трение и зацепление между зер­нами. Прочность, устойчивость покрытия в этом случае зависит прежде всего от механических свойств зерен щебня, таких как прочность при сжатии и растяжении, износе и расколе. Битумная пленка на минеральных зернах служит вяжущим, обеспечивающим объединение отдельных зерен в монолит. В этом материале ме­ханические свойства битумной пленки играют подчиненную роль. Такой тип смесей обычно используют в основании, но иногда применяют и впокрытии (дре­нирующий асфальтобетон).

В покрытии из асфальтовой масти­ки, напряжение от колеса транс­портного средства полностью передается на асфальтовяжущее. Во избежание деформаций при положительных температурах в этом случае применяют высоко вязкий битум (глубина проникания при 25° С 20 . . . 40°) и большое количество минерального порошка (30 . . . 32 %). Известно, что минеральный порошок структурирует битум, тем самым повы­шает его температуростойкость.

Все дорожные покрытия из асфальтобетонных смесей по условиям восприя­тия нагрузки находятся между покрытия­ми из этих крайних представителей смесей. В одном случае преобладает механизм распределения напряжений на асфальто­вый раствор, при котором прочность щебня не является самой важной. В дру­гом случае при большом содержании щебня напряжения воспринимаются кар­касом из минеральных зерен. В этом слу­чае требования к механическим свой­ствам щебня должны быть весьма высо­кими.

В многощебенистых асфальтобетонах (зерен крупнее 5 мм более 50 % по мас­се) имеется скелет из зерен щебня. Зерна щебня контактируют друг с другом через тонкие прослойки битума. Межзерновые пустоты заполнены асфальтовым раствором. Остаточная по­ристость не превышает 5 %. Малощебе-нистый асфальтобетон (зерен крупнее 5 мм 20 ... 35 % по массе) имеет струк­туру асфальтового раствора с плавающи­ми зернами щебня. Зерна щебня в этом случае разделены толсты­ми прослойками раствора и являются своего рода инертным заполнителем: раз­мер, свойства поверхности, форма зерен щебня не оказывают в этом случае су­щественного влияния на свойства асфаль­тобетона. Среднещебнистый асфальтобетон (зерен крупнее 5 мм 35 ... 50 % по массе) занимает промежуточное положе­ние между двумя названными типами. Составы с 35 ... 40 % щебня по струк­туре и свойствам приближаются к мало­щебенистому асфальтобетону. Асфальтобетоны с содержанием щебня 40 ... 45 % имеют очаговую структуру; нет сплош­ного каркаса. Свойства асфальтобетонов определяются свойствами растворной час­ти и щебня. При содержании щебня 45 ... 50 % имеется почти полный кар­кас.

Таким образом, общее сравнение ти­повых составов асфальтобетонных сме­сей и объяснение механизма их сопротив­ления и распределения напряжений от колес транспортных средств позволяют анализировать поведение асфальтобетона в покрытии при эксплуатации и правиль­но рекомендовать ту или иную смесь для данных конкретных условий.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
| Структура и текстура асфальтобетона, механизм его сопротивления транспортным нагрузкам

Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 730; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ip: 54.156.82.247
Генерация страницы за: 0.012 сек.