CC BY
48ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНА Халиулина Л.Э.
Халиулина Лилия Эльверовна - инженер II категории, Инженерно-технический центр (филиал) ООО «Газпром добыча Ямбург», г. Новый Уренгой
Аннотация: в статье анализируется сдвигоустойчивость асфальтобетонов. Рассмотрены различные методы испытания асфальтобетонов для моделирования напряженно-деформированного состояния дорожного покрытия. Ключевые слова: асфальтобетон, деформация, сдвигоустойчивость, прочность, нагружения.
Одним из важнейших свойств асфальтобенов является сдвигоустойчивость, отражающая способность асфальтобетонов в покрытии противостоять различного рода пластическим деформациям, приводящим к неровностям покрытия, которые усложняют условия движения автомобиля в большей степени, чем трещины.
В России стандартным методом оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона долгое время было испытание цилиндрических образцов при сжатии при постоянной скорости деформации 3 мм/мин и температуре 50 С.
Для оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона по результатам испытания при сжатии были предложены различные модифицированные показатели, учитывающие наряду с прочностью деформацию цилиндрических образцов, например коэффициент подвижности, кинетические характеристики, модуль остаточной деформации, вязкость, работу разрушения образца и др.
В зарубежных странах до середины прошлого столетия доминировал стандартный метод испытания асфальтобетона по Маршаллу при температуре 60 С и скорости деформации 50 мм/мин. В соответствие с данными института Асфальта (США), показатели свойств асфальтобетона по Маршаллу корреспондировали с интенсивностью образования пластических деформаций в асфальтобетонном покрытии. Однако в дальнейшем и этот метод подвергся критике.
В исследовательских целях для оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона применяют различные нестандартные методы.
Широко представлены штамповые испытания, которые характеризует асфальтобетон глубиной погружения штампа в образец. Однако методы штамповых испытаний, применяемые в различных дорожно-исследовательских организациях, не совпадают между собой по режиму нагружения и другим условиям испытания.
Многие исследователи предлагали проводить прямые сдвиговые испытания асфальтобетона методом кручения стержня. Чтобы приблизить испытания на кручение к условиям чистого сдвига, даже специально изготавливали образцы в виде полых цилиндров. Однако необходимо отметить, что попытки распространить на асфальтобетон реологические исследования, основанные на схеме чистого сдвига, не привели к желаемой цели, это связано с тем, что структурная неоднородность асфальтобетона, размеры частиц дисперсной фазы которого соизмеримы с геометрическими размерами испытываемых образцов, в принципе исключает возможность получить однородные поля напряжений и деформаций в объеме деформируемого вещества. Это является также одной из причин, почему до настоящего времени не подтверждено необратимое деформирование асфальтобетона с постоянной наибольшей ньютоновской вязкостью практически неразрушенной структуры [1].
14
Стремление моделировать напряженно-деформированное состояние дорожного покрытия привело к созданию разнообразных методов испытания асфальтобетона, в том числе и достаточно сложных. В.Н. Кононов и М.Н. Клейман (НИИ Мостострой) предлагали испытывать асфальтобетонный образец при сдвиге циклическими нагрузками на приборе Б.А. Козловского, обеспечивая одновременно нормальное и касательное приложение нагрузки к горизонтальной поверхности образца [1].
Более простыми являются сдвиговые методы испытания асфальтобетонных образцов в обойме, которые неоднократно изменялись. От метода продавливания асфальтобетона через отверстие на приборе Хаббарда и Филда перешли к методу испытания образцов в обойме на цилиндрический срез путем нагружения его штампов. Затем это метод испытания был усовершенствован и доведен до уровня Технических условий и внедрен в ряде дорожных организаций России. Однако рассматриваемые методы не позволяют оценивать внутреннее трение и дифференцировать сопротивление асфальтобетона сдвигу на упругую и вязкую составляющие, которые в реальности имеют место.
Классические методы испытания асфальтобетона при трехосном сжатии (в случае варьирования величиной бокового обжатия образцов) и методы плоскопараллельного сдвига (при условии варьирования величиной нормального напряжения) позволяют определить коэффициент внутреннего трения и сцепление, необходимые для расчета конструктивных слоев дорожной одежды на сопротивление сдвигу. Эти методы также достаточно сложны и часто дают условные результаты из-за различия между усилиями сдвига и среза, зависящего от размера образца и высоты зоны, вовлекаемой в сдвиговое деформирование. При испытании образцов на плоскопараллельный сдвиг может образовываться принудительная плоскость среза, вносящая в картину сдвига искажения, которые повышаются с увеличением крупности зерен минерального материала в асфальтобетоне.
В зарубежной практике наряду с методом Маршалла применяют методы испытания цилиндрических образцов на ползучесть при сжатии штампов, в том числе при циклическом положении нагрузок (prEN12697-25 part A, PANK-4208). Также проводят испытания асфальтобетонных плит и моделей покрытий на колееобразования под воздействием движущейся колесной нагрузки. Предлагаются методы испытаний с передачей нагрузки на покрытие через упругий жгут (Asphait Pavement Analyzer) и различные методы объемно-напряженного (трехосного) сжатия образцов [1].
На сегодняшний день наиболее перспективным направлением является математическое моделирование пластических деформаций асфальтобетона в реальных условиях работы дорожного покрытия, исходя из результатов лабораторных испытаний образцов простыми методами. Но для реализации этого направления нужно знать закономерности деформирования и разрушения исследуемого асфальтобетона в зависимости от напряженно-деформированного состояния и температурно-временных условий нагружения, характеризуемые физически обоснованными показателями реологических свойств материала.
Список литературы
1. Проектирование состава асфальтобетона и методы его испытаний. Обзорная информация. Выпуск 6. Автомобильные дороги и мосты. М.: Информавтодор, 2015.
2. СП 34.13330.2012 - Автомобильные дороги. М.: Госстрой России, 2013.
3. ГОСТ 31015-2002 СМЕСИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ И АСФАЛЬТОБЕТОН ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫЕ Технические условия. М.: Госстрой России. ГУП ЦПП, 2003.
