ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

В подавляющем большинстве случаев срок службы асфальтобетонных покрытий оказывается много меньше, чем теоретически возможный по условиям износа (истираемости). Это - следствие несоответствия структурно-реологических свойств асфальтобетона условиям его работы в покрытии из-за, в частности, отсутствия надежных методов определения таких свойств. В действовавшем до настоящего времени (ГОСТ 9128-84) и новом стандарте (ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия), введенном с 1.01.1999 г., не предусмотрено определение реологических параметров.

Асфальтобетон в эксплуатационных условиях подвергается воздействию разнообразных факторов - транспортных нагрузок, нагреву, охлаждению, ув­лажнению и т.п. Между тем расчет асфальтобетонных покрытий выполняется только в отношении прочности от транспортных нагрузок. Возможность обра­зования на поверхности покрытия сдвиговых деформаций в жаркое время или температурных трещин при охлаждении зимой расчетом не учитываются. В то же время эти температурные деформации вызывают преждевременные разру­шения покрытия гораздо чаще, чем нагрузки от автомобильного транспорта. Преждевременно выводят покрытия из строя и усталостные разрушения, особенно характерные для традиционных дорожных одежд, в которых одно-или двухслойное асфальтобетонное покрытие лежит на щебеночном основании, построенном по способу заклинки. Такие конструкции весьма широко распространены в регионе и продолжают строиться широко, несмотря на ряд их серьезных недостатков.

Асфальтобетон при различных видах воздействий ведет себя как упругое, упруго-вязкое или пластичное тело. Теория упругости или теория пластичности описывает только частные случаи напряженного состояния асфальтобетона и не может дать истинную картину работы асфальтобетона. Наиболее полно описывает поведение асфальтобетона в напряженно-деформированном состоянии реология. Для составления расчетных уравнений в реологии используют метод аналогий. Наиболее близка к свойствам асфальтобетона модель проф. А.М. Богуславского, в которой элементы Максвелла и Кельвина, соединенные параллельно, описывают упруго-вязкие свойства асфальтобетона, а элемент Сен-Венана - пластические свойства.

Для определения реологических параметров асфальтобетона проводят испытания стандартных цилиндрических образцов на гидравлическом прессе. Перед испытанием измеряют первоначальные высоту и диаметр образцов. В процессе загружения в момент достижения предела прочности образца, когда стрелка силоизмерителя прекращает свое движение, сжатие прекращают и извлекают образец. Измерив высоту и диаметр образца еще раз, определяютdh иdd. По линейным размерам образца, динамике их изменения и пределу прочно­сти вычисляют реологические параметры модели.

Соединение реологического подхода и энергетической теории позволяет прогнозировать усталостное поведение асфальтобетонных покрытий. Любой материал обладает энергией внутренних связей, стремящейся сохранить его первоначальную форму и сплошность. При деформации материала (не доходящей до стадии разрушения структуры) затрачивается определенная энергия w ₁ . После снятия нагрузки внутренняя энергия w ₂ в течение некоторого времени стремится восстановить первоначальную форму образца. Это удается частично, так как в процессе деформирования возникают пластические (необратимые) деформации в результате частичного или полного разрушения наиболее слабых структурных элементов. На разрушение этих элементов затрачивается энергия w ₃ (поглощенная энергия), характеризующая необратимые процессы в структуре асфальтобетона в процессе его работы в покрытии. Чем большей усталостной долговечностью обладает материал, тем больше величина w ₂ и меньше w ₃.

Инженером Л.Г. Ефремовым была установлена зависимость между энергетическими компонентами w_i, определяемыми в процессе испытаний образцов - балочек на электромагнитном прессе в условиях длительных циклических нагружений, и реологическими параметрами асфальтобетона, определяемыми на цилиндрических образцах по описанной выше методике. Нами проведены испытания пяти различных составов асфальтобетонов, взятых из вырубок покрытий, с определением энергии потерь. Оказалось, что хотя по прочностным показателям при сжатии образцы имели примерно равную прочность, по величине w ₃ они различались более чем в 7 раз (w ₃^min= 2079 Дж, w ₃^mах= 15728 Дж). Это хорошо согласуется с состоянием покрытий на участках взятия вырубок.

Таким образом, данная простая методика определения реологических свойств асфальтобетона позволяет устранить погрешности методики определения свойств асфальтобетона по пределу прочности, с достаточной точностью определить поведение его в тех или иных условиях эксплуатации и прогнозировать срок службы дорожного покрытия.