Прочностные и деформативные свойства асфальтобетонов

Асфальтобетон в конструкции в за­висимости от температуры и условий деформирования может находиться в сле­дующих структурных состояниях:

упругохрупком, при котором мине­ральный остов строго фиксирован за-стеклованными прослойками битума. В этом случае асфальтобетон по- свойствам приближается к цементобетону и другим искусственным материалам с кристалли­зационными связями;

упругопластичном, когда зерна мине­рального остова соединены прослойками битума, которые проявляют при напряже­ния, не превышающих предел теку­чести, упругие и эластические свойства, а при больших напряжениях — упруго-вязкие свойства,

вязкопластичком, при котором зерна минерального остова соединены полужид­кими прослойками битума и небольшое напряжение приводит к деформированию материала.

Асфальтобетон в дорожном покрытии, кроме воздействия автомобилей, подвер­гается воздействию атмосферных и талых вод. Вода проникает в поры асфальтобетона к ослабляет взаимную связь мине­ральных материалов с пленкой вяжуще­го. Поэтому оценку прочности асфальто­бетона дают при следующих критических условиях:

максимальной для "данной местности температуре асфальтобетонного покрытия, когда когезия вяжущего минимальна;

минимальной температуре, когда прочность 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, кото­рые могут 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. д. 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.

Прочность. Свойство асфальтобетона сопротивляться разрушению под действием механических напряжений характери­зует прочность. Для асфальтобетона как для термопластичного материала различа­ют два вида потери прочности: в упругой стадии, приводящую к разрушению пок­рытий; в пластической стадии, приводя­щую к возникновению деформаций, на­рушающих нопмягтытую эксплуатацию конструкциид ОсогЗенностью разрушения -а^фаяъ 1 иОеТбна 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 развевающийся во време­ни процесс. Чем больше значение дей­ствующих напряжений, тем быстрее про­текает прессе 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. Статическая 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 асфальтобетона при повышенных темпе­ратурах может быть охарактеризована ви­доизмененным уравнением Кулона:

Из уравнения видно, что заданная ипрочность при сдвиге г может быть полу­чена при различных значениях факторов, определяющих прочность и зависящих в одном случае от свойств минерального остова <£_аб, в другом - от сил сцеп­ления 2б, обусловливаемых свойствами битума.

При больших значениях внутреннего трения и зацепления минерального осто­ва заданную прочность на сдвиг можно достичь при относительно небольшом сцеп­лении, обусловливаемом 'высокой вяз­костью битума, а также путем примене­ния минеральных материалов с малыми

значениями ф _и и С. Но свойства минерального материала в диапазоне эксплуа­тационных температур практически не ме­няются, в то время как свойства битума сильно зависят от температуры. Поэтому асфальтобетон с вцеокими значениями внутреннего трения и зацепления всег­да будет обладать прочностью на сдвиг при высоких температурах и большой теплостойк остью.

Испытания на сдвиг асфальтобетонов "с 20 до 65 % щебня при циклическом приложении нагрузки, выполненные Н. В. Горелышевым, показали, что при температуре 50°С, вертикальной нагрузке 0,5 МПа и скорости деформирования 50 мм/мин многощебенистый асфальтобе­тон при сдвиге работает в упругой ста­дии до т = 0,4 МПа, а малощебенистый — до г = 0,15 МПа.

Таким образом, о сдвигоустойчивости асфальтобетона при повышенных темпе­ратурах воздуха объективно можно судить по результатам испытаний с различной скоростью сдвига и при выделении упру­гой составляющей из общей деформации. Однако испытание на сдвиг является еще достаточно громоздким, поэтому вместо этого испытания сдвигоустойчивость оце­нивают косвенно по результатам испы­тания прочности при сжатии. Прочность асфальтобетона при сжатии принято оце­нивать по испытанию цилиндрических образцов на сжатие при 50, 20 и 0°С и скорости деформирования 3 мм/мин. На­иболее важен показатель прочности при 50°С, по которому судят о поведении асфальтобетонного покрытия под нагруз­кой в летнее время.

Если при температуре 50° С норматив­ными документами ограничивается ниж­ний предел прочности (1... 1,2 МПа), то при 0°С ограничивается верхний пре­дел прочности (не более 12 МПа). Пока­затель прочности при сжатии при 50° С косвенно характеризует сдвигоустойчи­вость асфальтобетона при высокой темпе­ратуре и сопротивляемость материала об­разованию пластических деформаций тЗ до­рожном покрытии. Показатель прочности при 0°С косвенно характеризует трещино-стойкость асфальтобетона при низкой тем­пературе.

Для характеристики пластичности ас­фальтобетона при положительных темпе­ратурах, когда возможно возникновение деформаций покрытий (волны, наплывы), служит показатель пластичности

К=lg(R1/R2)/lg(V1/V2)

где R_x и R.2 - пределы прочности при сжатии, МПа; V\ и v₂ - скорости деформирования(обычно 3 и 30 мм/мин).

Асфальтобетон считают не пластичным,если при 50°С К < 0.01, нормальнойпластичности при К * 0,15 ... 0 24 м пластичными при К > 0,25.

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/? и вы­сотой Н подвергают сжатию по образую­щей. Прочность при растяжении по это­му методу

R= а Р/ DH

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

С понижением температуры происхо­дит приращение прочности асфальтобето­на. 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 40/60 участок стабилизации прочности при растяжении достигается при - 10°С, а в асфальтобетоне на битуме БНД 130/200 при - 20° С Асфальтобетон с более низ­кой температурой хрупкости, естественно, более пластичен при низких температу­рах.

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. Дня предотвращения образования трещин необходимо, чтобы асфальтобе­тон обладал способностью деформировать­ся под действием растягивающих напря­жений без нарушения сплошности. Для оценки 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 едгносительное удлинение увеличивается.

Дата добавления: 2014-01-07