В настоящие время из числа усовершенствованных дорожных покрытий наибольшее распространение получили асфальтобетонные, создающие максимальные удобства для движения транспортных средств и пассажиров. Эти покрытия применяют на автомобильных дорогах любой грузонапряжености. Асфальтобетонным покрытиям присущи многие положительные свойства.

Основные из них:

• Достаточная механическая прочность, благодаря чему асфальтобетонные покрытия хорошо воспринимают усилия, возникающие при прохождения транспортных средств.
• Способность к допускаемым упругим и пластических деформациями, улучшающие условия работы асфальтобетонных покрытий.
• Хорошее сцепления автомобильных шин с асфальтобетонным покрытием, обеспечивающее безопасность движения.
• Возможность получения ровной поверхности при сравнительно небольшой, жесткости покрытия, чем обеспечивается бесшумное и скоростное движения автомобилей.
• Высокая демпфирующая способность (способность к поглощению колебаний), благодаря чему асфальтобетонные покрытия разрушаются от вибрации меньше, чем, например, цементобетонные покрытия. В условиях современного интенсивного движения транспорта эта особенность асфальтобетонных покрытий приобретает большое значение;
• Опыт эксплуатации асфальтобетонных покрытий показывает, что они часто выходят из строя значительно раньше срока, определяемого износом, вследствие возникновения различных деформаций и разрушений при неправильных технологических операций: наплывов, волн, трещин, выкрашивания, сдвигоустойчивость. Возникновения этих разрушений в основном снижает срок службы и вызывает увеличение затрат на ремонтные работы.

 

Об асфальтобетоне

Асфальтобетон – это материал, полученный в результате уплотнения специально рассчитанной и тщательно приготовленной при соответствующей температуре смеси щебня, дробленого песка, минерального порошка и битума. 

Прочность, устойчивость и надежность асфальтобетонных покрытий, обладающих выраженными реологическими свойствами, отличаются по своему масштабу от соответствующих понятий для твердых тел (асфальтобетонных обладает пластичностью, изменяющиеся в зависимости от температуры и времени воздействия нагрузки). Для подобных материалов характерен ряд зависимостей: деформации от нагрузки при низких температурах и коротком времени воздействия нагрузки (силовая диограмма для упругих тел); то же, от времени воздействия кратковременной нагрузки при температуре или длительной или более низкой (реологическая диаграмма характерна для вязких тел); прочность и деформируемостью от температуре при одинаковом времени воздействие нагрузки (теплоустойчивость); прочность при определенной температуре при разной скорости воздействия нагрузок (пластичность материала).

Первая зависимость характерна для упругого состояния асфальтобетона весной, когда покрытия еще холодное, а основания находится еще во влажном состоянии.

Вторая зависимость характерна для летнего времени при высоких летних температурах и повторных воздействиях нагрузок или зимой при пучении грунта земляного полотна.

Третья зависимость влияет интервал температур, при котором имеет место упругая или пластическая деформация.

Четвертая зависимость характеризует свойство асфальтобетона менять прочность при изменении времени воздействия или числа его повторений.

 

Оценка прочности и устойчивости асфальтобетонных покрытий.

Прочность и устойчивость покрытия под воздействием вертикальных и горизонтальных нагрузок при разных температурах. Сюда относится прочность асфальтобетонного покрытия на изгиб в весенний период при сравнительно жестком состоянии покрытия (5 С) и размягченном основании за счет увлажнения грунта земляного полотна. С точки зрения устойчивости против сдвигов при вдавливании площадки, равновеликой следу колеса под воздействием вертикальной нагрузки и горизонтальных усилий от торможения и перемен скорости движения.

В зимнее время возможно неравномерное вспучивания основания и вызванное им деформирование покрытий с образованием трещин.

Устойчивость против трещин в осеннее – зимний период, когда относительное удлинение падает с ростом сцепления, а усадка слоев повышается за счет разного коэффициента температурного расширения или за счет вымораживания слоев асфальтобетона, имеющего повышенное набухания. Часто допускают набухания от увлажнения до 1%, что соответствует линейному расширению.

 

Сопротивление асфальтобетона изгибу.

Срок службы асфальтобетона – долговечность – определяется не только сдвигоустойчивостью в летнее время и температурной трещинастойкостью зимой, но и достаточной прочностью на изгиб весенний период. Прочность будет считаться достаточной в том случае, если напряжение в асфальтобетоне, вызываемой внешней нагрузкой, не будет превышать допускаемое.

Весной когда подстилающие грунты приобретают наибольшую влажность, прогибы от транспортных нагрузок могут привести к разрушению покрытия, если прочность асфальтобетона будет недостаточной. Причем прогибы происходят не единичные, а многократные и неритмичные, частота которых зависит от интенсивности движения. Такие многократные прогибы могут вызвать накопление микроразрушений отдельных элементов структуры асфальтобетона – усталостные разрушения, которые достигнув определенного уровня, вызывают образование трещины. Задача заключается в том, чтобы определить предел усталости и допускаемые напряжения на изгиб для разных эксплуатационных условий и разных видов и типов асфальтобетонов.

Усталостные разрушения зависят как от внешних факторов, так и от свойств материала. Если бы асфальтобетон был упругим, то после очередной нагрузки в нем не осталось бы никаких остаточных деформаций . Но так как асфальтобетон является упруго – вязко – пластичным материалом, то его поведение отличается от упругого. Для решения поставленной задачи использована формула:

      

Релаксация напряжения в асфальтобетоне

Для правильного понимания работы асфальтобетонных покрытий необходимо более подробно рассмотреть вопрос о релаксации напряжений, поскольку среди дорожно – строительных материалов асфальтобетон является наиболее ярким представителем релаксирующих материалов.

Релаксация напряжения – процесс самопроизвольного уменьшения (рассасывания) напряжений, являющийся следствием внутреннего течения, и который, таким образом, может рассматриваться как одна из форм течения материала.

По технической терминологии релаксацией напряжений именуется процесс последействия, выражающийся в изменении (падении) во времени напряжений деформированного тела в результате перехода упругой деформации, зафиксированной связями.

Хотя достигнутая деформация не меняется, но внутреннее течение пособляет напряжение таким образом, что со временем требуется все меньшее усилие для поддержания образца в деформированном состоянии.

Деформация, вызванная первоначальным напряжением после релаксации, превращается в остаточную, которая уже не требует такого напряжения для того, чтобы поддерживать эту деформацию. Основным для характеристики процесса релаксации является время, в течении которого напряжение спадает на определенную (значительную) величину. Падение во времени носит экспоненциальный характер.

Промежуток времени, за который напряжение уменьшится до своей первоначальной величины, называется временем релаксации (точнее, постоянной временирелаксации ). Для максвелловского упруго – вязкого тела время релаксации связано с вязкостью и модулем упругости Е по формуле:

 

Прочность асфальтобетона

Деформация асфальтобетона зависят не только от величины напряжений, но и от продолжительности их действия. Однако учет времени действия напряжений затрудняет решение обычных задач. Поэтому очень часто пользуется предельными напряжениями, которые и характеризуют прочность асфальтобетона. Предельными именуются напряжения, при которых нарушается сплошность материала.

Для малопластичных тел наиболее приемлемой является теория Мора, которую на основании ряда работ можно применять к асфальтобетону. Из указанной теории следует, что до предела упругости сопротивление материала определяется только сцеплением его частиц между собой. За пределом упругости (для асфальтобетона это наиболее широкая область его работы) сопротивление материала определяется не только сцеплением частиц, но и внутренним трением, возникающим между ними.

 

Плотность асфальтобетона.

Плотность асфальтобетона является одним из важнейших показателей его структуры. От нее в большей степени зависят физика – механические свойства асфальтобетона, а также долговечность покрытия. При прочих равных условиях плотность корреспондируется с прочностью асфальтобетона.

Необходимая плотность обеспечивается подбором  гранулометрического состава минеральной смеси, оптимальным содержанием битума и надлежащим уплотнением асфальтобетонной смеси.

Большое влияние на плотность асфальтобетона оказывает пористость его минеральной части. Минеральный остов, компонентный и гранулометрический составы которого обеспечивают получение минимальной пористости, позволяет получить при оптимальном количестве битума наибольшую плотность асфальтобетона.

Плотность асфальтобетона в большой мере от количества и качества минерального порошка. При недостаточном (против требуемого) количестве минерального порошка не может быть достигнута необходимая плотность и обеспечена оптимальная структура асфальтобетона.

В асфальтобетоне должен быть определенный минимальный объем пор. Он служит резервным объемом для расширяющегося в летнее время битума. При отсутствии пор битум, содержащийся в асфальтобетоне (речь идет об обычном применяемых дорожных марках битумах), может выступать в летнее время на поверхность покрытия. Это явления (помимо того, что оно указывает на большое количество свободного битума, ухудшающего свойства асфальтобетона) снижает эксплуатационные свойства покрытия: увеличивается скользкость влажного покрытия, повышается сопротивление движению автомобилей в жаркое время. Избыток объем пор опасен с точки зрения снижения коррозионной устойчивости покрытия.

Поэтому количество битума подбирается с учетом получения определенной пористости или водонасыщения, пределы которых нормируются. Это количество битума обычно является оптимальным и по прочности асфальтобетона.

Плотность асфальтобетона, обеспечиваемая надлежащим подбором гранулометрического состава минеральной части и ее компонентов, может быть реализована лишь при надлежащим уплотнении асфальтобетонной смеси.

В связи с этим необходимо уделить большое внимание рациональному режиму уплотнения покрытия.