Прочность и работоспособность а/б покрытий при различных условиях
А/б резко меняет св-ва от t°С:
при положительной – обладает св-ми вязко-пластичного мат-ла;
при отрицательной – упругого и даже жесткого.
Изменение t°С резко влияет на деформационные св-ва, состояние и работоспособность. Большое значение имеет состав а/б смесей.
Пластические деформации:
сдвиги, наплывы, колейность, гребенка, образующиеся при несоответствии сопротивления сдвигу пластичных а/б действующим условиям при торможении и многократном воздействии трансп-ных нагрузок.
Хрупкие деформации:
трещины вследствие температурных напряжений при резком охлаждении осенью и зимой, шелушение и выкрашивание излишне пористого покрытия весной при многократном переходе t°С через 0.
В летний период поверхность а/б смесей может нагреться до 60 – 70°С и до 80 - 90°С в южных районах (по треб-ям ГОСТ 22245-90 t°С размягчения вязких битумов должна быть 33-51°С). Свободных, неструктурированный битум начинает плавиться и а/б размягчается. Под влиянием горизонт. сил от колес а/м происходят перемещения а/б и деформации покрытий. Размягчение а/б покрытия в зав-ти от интенсивности нагрева и пластичности битума происходит на разную глубину. А/б способен накапливать деформации, поэтому при многократном воздействии на покрытие образуются колеи в местах наката и попер. волны. Устойчивость против возникновения сдвигающих деформации связана с прочностью а/б. Проф. Н. Н. Иванов предложил выражение, по которому устойчивость а/б покрытия к образовании пластич. деформации имеет место, есть прочность а/б будет удовлетворять условию:
Чем толще слой а/б, тем большей прочностью он должен обладать. Деформации также связаны с зерновым составом и плотностью а/б. При нагревании в 1-ю очередь увел. в объеме битум. Минеральный мат-л как менее теплопроводный нагревается медленнее, поэтому ГОСТ 9128-84 требует, чтобы в уплотненном а/б оставался определенный объем пустот. Т. о., чтобы а/б покрытия в летний период при высокой t°С работали без деформаций и разрушений, необходимо примен-ие теплостойких а/б с оптимальным содержанием щебня и вязким тугоплавким битумом, а также с резервом пустот.
В осенний период происходит снижение t°С и переход от полож. к отрицат. При отрицат. а/б становится упругим и даже хрупким. Этот переход связан с уменьшением а/б покрытий по длине и объему. При быстрых переходах возникают растягивающие напряжения, и если скоростьt°С перепада превосходит скорость релаксации напряжений, то возникаютt°С трещины, число кот-ых со временем увел. Эти трещины располагаются поперек п.ч. через 6 – 8 м по длине дороги. Приt°С<0 происходит вымораживание влаги, что вызывает интенсивную усадку а/б. Кроме того, при наличии в а/б остаточных пустот происходит заполнение их водой и проникание ее в тончайшие трещины. Вода в а/б, понижая поверхностную энергию, облегчает образование новых поверхностей при его деформировании. Большой объем открытых и сообщающихся пор способствует усилению циркуляции воздуха и воды. Поэтому осенью можно наблюдать поверхностные разрушения, называемых иногда коррозионными.
В зимний период возникновение t°С деформаций зависят от термофизических хар-к и толщины слоя а/б. Чем больше толщина и меньше теплопроводность, тем выше в немt°С и меньшеt°С напряжения. При низкой зимнейt°С (уже при - 10°С) а/б обладает значительно большей жесткостью. Это хар-ся значит. увеличением модуля упругости, что ухудшает работу жестких покрытий на незамерзших основаниях. При пониженииt°С в покрытии неизбежны растягивающие напряжения, поскольку коэфф-т линейного расширения в 3 р. выше, чем бетонных и щебеночных основ-ий. Разрушит-ное действие воды увел-ся. Вода замерзает в порах а/б и в порах минеральных зерен. Увел. в объеме вода оказывает давление на стенки пор и трещин и вызывает в них большие напряжения. Это вызывает появление микротрещин, заполняющихся при оттаивании водой. Относит. удлинения будут выше при применении в а/б жидких битумов (теплые и холодные а/б), а также с полимерными мат-ми (т.е. битум не должен быть слишком вязким). Чтобы а/б обладал достаточной деформативной устойчивостью при высокойt°С битум должен иметь более высокуюt°С размягчения. При невозможности подбора подходящей марки битума следует применять полимерные мат-лы, ПАВы и производить активацию минер. мат-ов. В южных зонах следует применять более вязкий битум.
Недостаточная трещиностойкость зависит от ослабления сопротивления а/б прогибам в жестком сост-ии зимой и превышения при этом допустимых растягивающих напряж-ий. Образование трещин может быть за счет слоев с разными коэфф-ми линейного расширения или слоев, в кот-ых образ-ся усадочные трещины, что хар-но для мат-ов, укрепленных цементом. Инструкция ВСН 46-83 рекомендует на основаниях, построенных с применением цемента, толщину а/б покрытий назначать не менее 12-15 см.
Большое кол-во трещин образуется на тонкослойных покрытиях и при недостат. связи их с основанием. Под воздействием а/м повышенные прогибы покрытия вызывают усиленные растяг. напряж., происходит усиленное образ-ие трещин в разных направлениях. С течением времени и ростом интенсивности число трещин растет, они увел. и приводят к разрушению покрытий. Появлению сетки трещин способствуют и неравномерные поднятия д.о. при недостаточно пучиностойком з.п. и основании. при пучинообразованиях принимают наибольшее возможное поднятие а/б покрытия до 4 ми.
Усиленное и длительное насыщение водой недостаточно плотного а/б вызывает рост разрушений покрытия. Весной покрытие работает в условиях длительного увлажнения во время оттаивания, кот-му предшествует значит. количество знакопеременных колебаний t°С. За счет воздействия замерзающей воды происходит разрушение структурных связей, от покрытия начинают отделяться мелкие частицы а/б, такое разрушение наз-ют шелушением. При развитии этого процесса в дальнейшем происходит отделение и более крупных зерен, что наз-ют выкрашиванием. В отдельных наиболее слабых местах образуются углубления с почти отвесными краями, наз-ми выбоинами. Т.о для хорошей работы а/б покрытий в весенний период, помимо наличия прочного и морозоустойчивого з.п. и дор. основ-ия, а/б должен быть прочным, водо- и морозостойким. Для этого а/б должен иметь однородную структуру, хорошую адгезию битума к пов-ти минеральных зерен, быть возможно более плотным, но не жестким, и водонепроницаемым.
Ввиду крайней затруднительности увязки всех условий выбора а/б рекомендуется более простой способ обеспечения требуемой сдвигоустойчивости а/б летом и трещиностойкости зимой – применение каркасного а/б. каркас из зерен крупного заполнителя обеспечивает сопротивление сдвигу при высокой t°С даже при маловязком размягчившемся битуме, а необходимая деформация достигается применением битума такой вязкости, кот-ая обеспечивает необходимую пластичность при мин. зимнейt°С и конкретной ДКЗ.