CC BY
226
УДК 625.855.3
СОВРЕМЕННЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
С.К. Илиополов, профессор, д.т.н., директор, Научно-исследовательский институт проблем дорожно-транспортного комплекса Ростовского государственного строительного университета
Аннотация. Рассмотрены вопросы повышения долговечности асфальтобетонных покрытий в современных условиях высокоскоростного интенсивного движения транспортных средств. Показано, что асфальтобетонные покрытия работают в широком частотном диапазоне. Приведены результаты испытаний асфальтобетона на усталостную долговечность при различных частотах нагружения. Предложены конструктивные решения повышения усталостной долговечности асфальтобетонных покрытий.
Ключевые слова: асфальтобетонные покрытия, усталостная долговечность, испытания, конструктивные решения.
Введение
Непрерывный рост интенсивности движения на автомобильных дорогах, повышение грузоподъемности транспортных средств и осевых нагрузок, увеличение скоростных режимов движения требует нового подхода к рассмотрению вопросов долговечности дорожных покрытий. Основными факторами, обуславливающими долговечность асфальтобетонных покрытий, являются транспортные нагрузки, конструкция и состояние дорожной одежды, климатические условия. Разработка эффективных путей повышения долговечности асфальтобетонных покрытий должна базироваться на исследованиях свойств асфальтобетонов с учетом реальных режимов нагружения.
Экспериментальные исследования
Проведенные экспериментальные исследования на стационарных пунктах наблюдения позволили получить информацию о реальном динамическом напряженно-деформированном состоянии дорожных конструкций и сделать вывод: асфальтобетонное покрытие испытывает динамическое воздействие в широком частотном диапазоне. При движении чаши прогиба от колеса автомобиля частота колебаний
асфальтобетонного покрытия при движении со скоростью 40 - 120 км/ч составляет 1 - 10 Гц. Влияние неровностей покрытия на спектр отклика проявляется в частотном диапазоне от 0,5 до 100 Гц. Собственная вибрация транспортных средств соответствует частотному диапазону 1 - 250 Гц, однако имеет существенно более низкие амплитуды колебаний. При этом следует отметить снижение частоты нагружения асфальтобетонных слоев по глубине, что подтверждается результатами исследований зарубежных авторов.
В лабораторных условиях были проведены экспериментальные исследования усталостного разрушения асфальтобетонных об-разцов-балочек на разработанной в Дор-ТрансНИИ установке усталостного вибронагружения. При испытании образцов на низких частотах (17 Гц) через определенное число циклов в образце образовывалась одиночная волосяная трещина, которая, постепенно развиваясь, переходила на остальные грани ба-лочки. Испытание проходило без видимого выкрашивания минерального материала асфальтобетонных образцов. При испытании асфальтобетонных балочек с частотой 50 Гц время нагружения намного меньше времени релаксации асфальтобетона, в результате
чего в слое асфальтобетона не развиваются изгибные деформации. Компоненты асфальтобетонной смеси совершают высокочастотные колебания различные по фазе и амплитуде и разрушение происходит за счет выкрашивания минерального материала с последующим появлением трещин в местах образовавшихся пустот. Роль эластичных свойств битума при таком процессе уменьшается, повышается роль адгезии между компонентами асфальтобетона.
Для установления влияния полимерных и адгезионных добавок на механизм усталостного разрушения были испытаны асфальтобетонные образцы состава №1 (асфальтобетонная смесь типа Б без добавки), состава №2 (состав асфальтобетонной смеси типа Б включает 0,3% полимерной добавки РТЭП) и состава №3 (асфальтобетонная смесь типа Б с добавкой ПАВ). Испытания проводились на низких (17 Гц) и высоких (50 Гц) частотах нагружения. Сравнение результатов испытаний на низких частотах показывает существенное увеличение времени до разрушения, выдержанное образцами с полимерной добавкой (в 2,6 раза). Влияние ПАВ на усталостную прочность в отличие от низких частот значительно проявилось при испытании на высоких частотах (рис. 1).
17 Гц 50 Гц
частота, Г ц
Рис. 1. Усталостная долговечность асфальтобетонов при различных частотах нагружения
На основании выявленных механизмов разрушения асфальтобетона при различных частотах нагружения для повышения усталостной долговечности асфальтобетонных покрытий рекомендуется: верхний слой покрытия устраивать из плотных смесей с высоким показателем сцепления, устойчивых к выкрашиванию, что достигается путем введения в состав
асфальтобетона адгезионных добавок. Нижний слой, подверженный в основном воздействию изгибных деформаций, должен обладать значительной эластичностью и деформа-тивностью, что достигается за счет увеличения количества содержания вяжущего или введения полимерных добавок.
Выводы
В современных условиях высокоскоростного интенсивного движения транспортных средств для объективной оценки долговечности асфальтобетонных покрытий необходимо переходить на новые методы испытания асфальтобетона, соответствующие по условиям нагружения многократному воздействию транспортных средств, и выполнять подбор состава асфальтобетона с учетом прогнозируемого количества приложений расчетной нагрузки за весь период срока службы.
Для повышения усталостной долговечности асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах с высокой интенсивностью движения требуются новые конструктивные решения: использование асфальтобетонных
смесей на полимерно-битумном вяжущем в нижних слоях покрытий; применение в верхних (замыкающих) слоях покрытия органического вяжущего, обладающего повышенными адгезионными качествами (при отсутствии таковых обязательное введение в битум поверхностно-активных добавок); использование в зоне наибольших растягивающих напряжений (нижний слой «пакета» асфальтобетонных слоев) плотных смесей с повышенным содержанием битума, а также армирующих прослоек.
Для повышения устойчивости асфальтобетонных покрытий к температурному трещи-нообразованию и колееобразованию в верхних слоях покрытия необходимо использование асфальтобетонных смесей на полимерно-битумном вяжущем, что особенно актуально в регионах с широким диапазоном эксплуатационных температур.
Рецензент: В.А. Золотарев, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 15 декабря 2007 г.
