Структурно-механични свойства на асфалтобетона - Студопедия
Асфалтобетонът, като материал с обратими микроструктурни връзки, в зависимост от температурата и условията на деформация може да бъде в следните структурни състояния:
- еластично-крехък, при който минералното ядро е строго фиксирано от стъкловидни слоеве битум. В този случай свойствата на асфалтобетона се доближават до циментовия бетон и други изкуствени материали с кристализационни връзки;
- еластично-пластични, когато зърната на минералното ядро са свързани със слоеве от битум, които проявяват еластични и еластични свойства при напрежения, които не надвишават границата на провлачване, и еластично-вискозни свойства при високи напрежения;
- вискозно-пластични, при които зърната на минералното ядро са свързани с полутечни междинни слоеве от битум и малко напрежение води до деформация на материала.
При механично натоварване асфалтобетонът проявява комплекс от сложни свойства: еластичност, пластичност, пълзене, релаксация на напрежението, промяна на якостта в зависимост от скоростта на деформация, натрупване на деформация при многократно натоварване и др. В зависимост от проявлението на определени свойства за асфалтобетона са приложими законите на теорията на еластичността или теорията на пластичността. Основните свойства, които характеризират качеството на асфалтобетона, са якост, деформируемост, пълзене, релаксация, водоустойчивост, устойчивост на износване, устойчивост на замръзване.
Якост - свойството на асфалтобетона да издържа на разрушаване под действието на механични натоварвания. Теоретичните основи на якостта и стабилността на асфалтобетонните настилки са отразени под формата на стандарти за физични и химични свойства в GOST 9128-97. Индикатор за тези свойства в сумата пряко или косвенохарактеризират якостта на натиск и срязване, устойчивостта на пукнатини на асфалтобетона в покритията.
Якостта на натиск се нормализира при 50, 20, 0°C, което съответства на температурата на покритието в горещ летен ден и есенно-зимен период.
Деформируемостта на асфалтобетона се оценява чрез относителната деформация на пробите от асфалтобетон по време на изпитване на огъване или опън. Покритието ще бъде устойчиво на напукване, ако асфалтобетонът има относително удължение при 0°C най-малко 0,004. 0,008, а при -20°C не по-малко от 0,001. 0,002 (при скорост на деформация, близка до 5,10 mm/min).
Пълзене. Изпитването за пълзене на асфалтобетон ви позволява да установите промяната в деформацията с течение на времето. Пълзенето е процес на малка непрекъсната пластична деформация, възникваща в материалите при условия на продължително статично натоварване. При изпитване на пълзене се прилага постоянно натоварване върху образец с форма на цилиндър или греда, за да се проследи поведението на материала в еластичните (линейни) и нееластични (нелинейни) области.
Релаксация - намаляване на напреженията в материала, размерът на деформацията в който се поддържа постоянен. Процесът на релаксация се състои в "регенериране" на еластичната деформация в пластична.
Релаксацията на напрежението в асфалтобетона се свързва с наличието на битум, който има много по-ниска якост и вискозитет от минералните материали. Температурата и вискозитетът на битума влияят върху естеството на релаксация на напрежението в асфалтобетона. С понижаване на температурата разликите в релаксационните процеси намаляват, с повишаване се увеличава релаксационната способност на материала. Характерът на релаксацията до голяма степен се влияе от напрежението, приложено на материала. При висок първоначален стрес процесът на релаксация протичаинтензивно в материала остават малко нерелаксирани напрежения, което се обяснява с облекчаването на пластичния поток по равнините на релаксация.
Релаксационните процеси в асфалтобетона зависят от скоростта на деформация (натоварване). Процесът на натоварване се разглежда като комбинация от два едновременно протичащи процеса - нарастването на напреженията и тяхното отпускане, следователно, колкото по-бавно се увеличава натоварването, по-голямата част от напреженията имат време да се отпуснат по време на натоварването.
При високи температури интензивността на намаляване на напрежението служи като индикатор за стабилността на деформация на асфалтобетона, а при ниски отрицателни температури е показател за устойчивост на пукнатини.
Водоустойчивост.Асфалтобетонови настилки с продължителна влага поради отслабване на структурните връзки могат да се разрушат поради разцепване на минерални зърна, което води до повишено износване на покритията и образуване на дупки. Водоустойчивостта на асфалтобетона зависи от неговата плътност и стабилността на адхезивните връзки. Водата, като полярна течност, добре намокря всички минерални материали, което означава, че при продължителен контакт на минерални зърна, обработени с битум, е възможна дифузия на вода под битумния филм. В същото време минералните материали с положителен потенциал на повърхностния заряд (калцит, доломит, варовик) предотвратяват изместването на битумния филм от водата в по-голяма степен, отколкото материалите с отрицателен потенциал на повърхността (кварц, гранит, андезит).
Порьозността има голямо влияние върху водоустойчивостта на асфалтобетона, обикновено е 3,7%. Порите в асфалтобетона могат да бъдат отворени и затворени. С намаляването на размера на зърната се увеличава броят на затворените пори, недостъпни за вода. Водоустойчивостта се определя от стойността на водонасищане, набъбване и коефводоустойчивост Kv (съотношението на якостта на наситените с вода към якостта на сухите проби). Коефициентът на водоустойчивост трябва да бъде най-малко 0,9, а при дългосрочно водонасищане (15 дни) най-малко 0,8.
Устойчивост на замръзване. Замръзвайки през зимата в порите на асфалтобетона, водата се превръща в лед с увеличаване на обема с 8-9%, което създава налягане в тях над 29 MPa. Редуващото се замръзване и размразяване на асфалтобетона, което се случва през пролетта и есента, има най-голям разрушителен ефект. Променливите температури водят до появата на пукнатини.
Устойчивостта на замръзване на асфалтобетона обикновено се оценява чрез коефициентаKF, показващ намаляването на якостта на опън (и компресия до разцепване) след определен цикъл на замръзване на проби, наситени с вода във въздуха при температура от -20 °C и размразяване във вода при стайна температура. Броят на циклите е най-малко 25. Възможно е да се повиши устойчивостта на вода и замръзване чрез избор на материали с подходящо качество, внимателен подбор на компоненти и използване на повърхностноактивни вещества.
Износоустойчивост и грапавост на асфалтобетона в настилката. Износването на асфалтобетона възниква под действието на силите на триене, причинени от приплъзването на колелата на автомобила по повърхността на настилката и вакуумните сили, възникващи под движещия се автомобил. Износването на покритието се обуславя от: абразия на структурните му елементи; отделяне и износване от повърхността му на песъчинки и натрошен чакъл.
Износоустойчивостта на асфалтобетона е толкова по-висока, колкото по-голяма е плътността му, толкова по-висока е твърдостта на минералните материали, включени в състава му и толкова по-висока е адхезията на зърната от трошен камък и пясък с битум. Асфалтобетонът, приготвен върху натрошен гранит, е по-устойчив на износване от асфалтобетона върху варовиков трошен камък. Използването на натрошен камък, замърсен с глинени частици,води до рязко намаляване на устойчивостта на износване поради издърпване на чакъл от повърхността на покритието.
Асфалтобетонните настилки с гладка, суха и чиста повърхност (с изключение на настилките с излишък от битум) осигуряват достатъчно сцепление на автомобилните гуми с повърхността на настилката. В същото време грапавостта на повърхността на покритието не оказва значително влияние върху устойчивостта на приплъзване на гумите. На настилки с мокра повърхност степента на устойчивост на плъзгане на гумите е значително намалена поради наличието на вода в контактната зона на гумите с настилката. Степента на устойчивост на приплъзване се оценява чрез коефициента на устойчивост на приплъзванеj(коефициент на съпротивление), който е съотношението на силата на съпротивление при приплъзване към нормалното натоварване на настилката в контактната зона на гумата с настилката. Коефициентът на сцепление върху суха и мокра асфалтобетонова настилка има следните стойности:
Грапава повърхност: Гладка повърхност:
сухо 0,7. 0,9 сух 0,4. 0,6;
мокър 0,5. 0,7 мокро 0,3. 0,4.
Когато коефициентът на сцепление е по-малък от 0,4, покритието става неприемливо хлъзгаво и честотата на инцидентите върху него рязко се увеличава. Коефициент на сцепление 0,4. 0,5 в повечето случаи отговаря на изискванията за безопасност на движението. Увеличаването на коефициента на сцепление се постига чрез използването на порест и контактно-порест асфалтобетон. Грапавостта се осигурява, когато съдържанието на трошен камък от трудни за полиране скали в размер на 50-65% в гранулирани смеси и 35-55% зърна по-големи от 1,25 mm - пясък върху натрошен пясък от трудни за полиране скали, както и намаляване на съдържанието на минерален прах до възможните граници (4-10% в гранулирани смеси и 8-10% в пясък). Общи зависимости между грапавостта, качеството на компонентите и състава на асфалтобетонасмесите са както следва: степента на грапавост на покритието е пропорционална на остротата и присъщата грапавост на зърната на каменния материал; издръжливостта на грапавостта е толкова по-голяма, колкото по-трудно е смилането на каменния материал, толкова по-висок е вискозитетът на битума; колкото повече натрошени зърна има в сместа и колкото по-малко минерален прах в нея, толкова по-голяма е грапавостта.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: