Структурно-механічні властивості асфальтобетону - Студопедія
Асфальтобетон, як матеріал із оборотними мікроструктурними зв'язками, залежно від температури та умов деформування може перебувати в наступних структурних станах:
- пружно-тендітним, при якому мінеральний кістяк суворо фіксований заскленими прошарками бітуму. У цьому випадку асфальтобетон за властивостями наближається до цементобетону та інших штучних матеріалів із кристалізаційними зв'язками;
- пружно-пластичному, коли зерна мінерального кістяка з'єднані прошарками бітуму, які виявляють при напругах, що не перевищують межу плинності, пружні та еластичні властивості, а при великих напругах - пружно-в'язкі властивості;
- в'язко-пластичному, при якому зерна мінерального кістяка з'єднані напіврідкими прошарками бітуму і невелика за величиною напруга призводить до деформування матеріалу.
Під механічним навантаженням асфальтобетон виявляє комплекс складних властивостей: пружність, пластичність, повзучість, релаксацію напруги, зміна міцності в залежності від швидкості деформування, накопичення деформації при багаторазових додатках навантаження і т.д. Залежно від прояву тих чи інших властивостей асфальтобетону застосовні закони теорії пружності або теорії пластичності. Основними властивостями, що характеризують якість асфальтобетону, є міцність, деформативність, повзучість, релаксація, водостійкість, зносостійкість, морозостійкість.
Міцність - властивість асфальтобетону чинити опір руйнуванню під дією механічних напруг. Теоретичні основи міцності та стійкості асфальтобетонних покриттів відображені у вигляді нормативів на фізико-хімічні властивості у ГОСТ 9128-97. Показником цих властивостей у сумі прямо чи опосередкованохарактеризують міцність при стисканні та зсуві, тріщиностійкість асфальтобетону в покриттях.
Міцність при стисканні нормують при 50, 20, 0°С, що відповідає температурі покриття у спекотний літній день та осінньо-зимовий період.
Деформативність асфальтобетону оцінюють щодо відносної деформації асфальтобетонних зразків при випробуванні на вигин або розтяг. Покриття буде стійким проти утворення тріщин, якщо асфальтобетон має відносне подовження при 0°С не менше 0,004. 0,008, а при -20°З щонайменше 0,001. 0,002 (при швидкості деформації близької до 5. 10 мм/хв).
Повзучість. Випробовування асфальтобетону на повзучість дозволяє встановити зміну деформації у часі. Повзучість - процес малої безперервної пластичної деформації, що протікає в матеріалах в умовах тривалого статичного навантаження. При випробуванні на повзучість до зразка, має форму циліндра або балочки, прикладають постійне навантаження, щоб простежити роботу матеріалу в пружній (лінійній) і непружній (нелінійній) області.
Релаксація - зменшення напруги в матеріалі, величина деформації в якому підтримується постійною. Процес релаксації полягає у «переродженні» пружної деформації в пластичну.
Релаксація напруг в асфальтобетоні пов'язана з наявністю бітуму, що має набагато меншу міцність і в'язкість, ніж мінеральні матеріали. Температура і в'язкість бітуму впливають на характер релаксації напруги в асфальтобетоні. Зі зниженням температури відмінності в релаксаційних процесах зменшуються, з підвищенням - релаксаційна здатність матеріалу збільшується. На характер релаксації значною мірою впливає напруга, яку повідомляє матеріал. При високій початковій напрузі процес релаксації протікаєінтенсивно, у матеріалі залишається мало неотрелаксованих напруг, що пояснюється полегшенням пластичного течії по релаксаційних площин.
Релаксаційні процеси в асфальтобетоні залежить від швидкості деформації (навантаження). Процес навантаження розглядають як сукупність двох одночасно протікають процесів - зростання напруг та їх релаксації, тому, чим повільніше зростає навантаження, тим більша частина напруг встигає релаксувати в процесі навантаження.
При високих температурах інтенсивність зниження напруги служить показником деформаційної стійкості асфальтобетону, а при низьких негативних - показником стійкості до тріщин.
Водостійкість.Асфальтобетонні покриття при тривалому зволоженні внаслідок ослаблення структурних зв'язків можуть руйнуватися за рахунок фарбування мінеральних зерен, що призводить до підвищеного зносу покриттів та утворення вибоїн. Водостійкість асфальтобетону залежить від його щільності та стійкості адгезійних зв'язків. Вода як полярна рідина добре змочує всі мінеральні матеріали, а це означає, що при тривалому контакті мінеральних зерен, оброблених бітумом, можлива дифузія води під бітумну плівку. При цьому мінеральні матеріали з позитивним потенціалом заряду поверхні (кальцит, доломіт, вапняк) перешкоджають витіснення бітумної плівки водою, ніж матеріали з негативним потенціалом поверхні (кварц, граніт, андезит).
Пористість має великий вплив на водостійкість асфальтобетону, зазвичай вона становить 3. 7 %. Пори в асфальтобетоні можуть бути відкриті та замкнуті. Зі зменшенням розміру зерен збільшується кількість замкнутих, недоступних воді пір. Водостійкість визначається величиною водонасичення, набухання та коефіцієнтаводостійкості Кв (ставлення міцності водонасичених до міцності сухих зразків). Коефіцієнт водостійкості має бути не менше 0,9, а при тривалому водонасиченні (15 діб) не менше 0,8.
Морозостійкість. Замерзаючи взимку в порах асфальтобетону, вода переходить у лід із збільшенням обсягом на 8-9 %, що створює в них тиск понад 29 МПа. Найбільшу руйнівну дію надає навесні та восени поперемінне заморожування та відтавання асфальтобетону. Знакозмінні температури призводять до появи тріщин.
Морозостійкість асфальтобетону зазвичай оцінюють коефіцієнтомKF, що показує зниження міцності при розтягуванні (і стиснення на розкол) після певного циклу заморожування насичених водою зразків на повітрі при температурі -20°З відтавання у воді при кімнатній температурі. Кількість циклів приймають не менше 25. Підвищити водо- та морозостійкість можна шляхом вибору матеріалів належної якості, ретельного підбору складових, застосування поверхнево-активних речовин.
Зносостійкість і шорсткість асфальтобетону в покритті. Знос асфальтобетону відбувається під дією сил тертя, що викликаються прослизанням коліс автомобіля по поверхні покриття і вакуумних сил, що виникають під автомобілем, що рухається. Знос покриття визначається: стиранням його структурних елементів; відривом та зносом з його поверхні зерен піску та роздроблених щебенів.
Зносостійкість асфальтобетону тим вища, чим більша його щільність, чим вища твердість мінеральних матеріалів, що входять до його складу, і вище зчеплення зерен щебеню та піску з бітумом. Асфальтобетони, приготовані на гранітному щебені, більш зносостійкі, ніж асфальтобетони на вапняковому щебені. Застосування щебеню, забрудненого глинистими частинками,призводить до різкого зниження зносостійкості за рахунок виривання щебінь із поверхні покриття.
Асфальтобетонні покриття з рівною, сухою та чистою поверхнею (за винятком покриттів з надлишком бітуму) забезпечують достатнє зчеплення шин автомобіля з поверхнею покриття. При цьому шорсткість поверхні покриття не суттєво впливає на опір ковзанню шин. На покриттях із зволоженою поверхнею ступінь опору ковзанню шин значно знижується через наявність води в зоні контакту шин із покриттям. Ступінь опору ковзання оцінюється коефіцієнтом опору ковзаннюj(коефіцієнт опору), що є відношенням сили опору ковзанню до нормального навантаження на покриття в зоні контакту шини з покриттям. Коефіцієнт зчеплення на сухому та мокрому асфальтобетонному покритті має такі значення:
Шорстка поверхня: Гладка поверхня:
суха 0,7. 0,9 суха 0,4. 0,6;
мокра 0,5. 0,7 волога 0,3. 0,4.
При коефіцієнті зчеплення менше 0,4 покриття стає неприпустимо слизьким та аварійність на ньому різко збільшується. Коефіцієнт зчеплення 0,4. 0,5 здебільшого задовольняє вимогам безпеки руху. Підвищення коефіцієнта зчеплення досягається за рахунок застосування асфальтобетону порової та контактно-порової структури. Шорсткість забезпечується при вмісті щебеню з порід, що важко поліруються в кількості 50-65 % в зернистих сумішах і 35-55 % зерен більше 1,25 мм - піщаних на дробленому піску з порід, що важко поліруються, а також зменшенням до можливих меж вмісту мінерального порошку (4-10 % у зернистих сумішах та 8-10 % у піщаних). Загальні залежності між шорсткістю, якістю складових та складом асфальтобетоннихсумішей наступні: ступінь шорсткості покриття пропорційна гострогранності та власної шорсткості зерен кам'яного матеріалу; довговічність шорсткості тим більше, чим важче шліфується кам'яний матеріал, чим вища в'язкість бітуму; чим більше подрібнених зерен у суміші і чим менше в ній мінерального порошку, тим вища шорсткість.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: