Задать вопрос
+7-932-129-43-76
+7-932-129-48-92
Задать вопрос
Быстро и надежно

Морозостойкость асфальтобетона (асфальта)

Морозостойкость – это важное эксплуатационное свойство дорожного покрытия, которое характеризует его способность переносить неоднократные циклы заморозки и оттаивания. Оно особенно актуально для России, где во многих регионах бывают морозные зимы, а осенью и весной оттепели часто сменяются заморозками.

В этой статье мы ответим на следующие вопросы:

  • От чего зависит морозостойкость асфальта
  • Как определяется морозостойкость асфальта
  • Какие требования предъявляются к морозостойкости асфальта
  • Как можно увеличить морозостойкость асфальта

Давайте остановимся на каждом из них подробнее.

Трещина на асфальтовой дороге зимой

От чего зависит морозостойкость асфальта

Прежде чем мы перейдем к рассмотрению конкретных факторов, давайте поговорим о том, что происходит с дорожным покрытием при низких температурах.

Тут можно выделить два важных момента:

  • Переход битума в хрупкое состояние
  • Замерзание воды в порах асфальта

Давайте для начала рассмотрим их обособленно.

Переход битума в хрупкое состояние

Битум – это продукт переработки нефти, который при производстве асфальтобетона используется в качестве вяжущего. При «рабочей» температуре он придает покрытию твердость и упругость. Это значит, что асфальт под нагрузкой от транспорта прогибается, а затем возвращается в прежнее положение, не разрушаясь.

Но при минусовых температурах битум становится хрупким и теряет способность к деформации.

В таблице ниже приведены температуры хрупкости для разных марок вяжущего:

Показатель Марка битума
БНД 200/300 БНД 130/200 БНД 90/130 БНД 60/90 БНД 40/60
Температура хрупкости, °С, не выше -20 -18 -17 -15 -12

Примечания к таблице:

  • Обозначение БНД расшифровывается как «битум нефтяной дорожный». Он обозначает вязкие битумы, которые используются при производстве горячих асфальтобетонных смесей (АБС). У жидких битумов для холодного асфальта температура хрупкости не нормируется.
  • Числа в названии марки обозначают верхние и нижние пределы значений, полученных в испытании на глубину пенетрации. Они характеризуют вязкость битума. Самая высокая она у марки БНД 40/60, а самая низкая – у БНД 200/300.

Для вашего удобства, ниже мы разместили эту же самую таблицу с примечаниями в виде картинки:

Таблица значений коэффициента морозостойкости для асфальтов разных марок

Как видите, эти значения зачастую выше российских зимних температур. Это приводит к тому, что в морозы асфальт на дорогах трескается и разрушается под колесами транспорта. В результате срок службы покрытий значительно сокращается.

Но потеря асфальтом деформативных свойств – это полбеды. Большую опасность зимой представляет скопление влаги в порах материала.

Трещины на асфальте зимой
Наледь на асфальте

Замерзание воды в порах асфальта

Между зернами минерального наполнителя в асфальтобетоне образуются пустоты – поры. Через них в толщу покрытия может проникать вода.

При минусовой температуре эта влага замерзает и увеличивается в объеме. Лед распирает асфальт изнутри, из-за чего тот постепенно теряет прочность. И этот процесс многократно повторяется – особенно осенью и весной, когда температуры постоянно колеблются возле отметки в 0°С.

Соответственно, морозостойкость асфальта напрямую зависит от того, какое количество воды он может в себя вобрать. Наиболее высокий показатель будет у плотного водонепроницаемого покрытия. А вот у пористых асфальтов характеристика будет низкой.

На водонасыщение материала влияют такие факторы:

  • Размер зерен наполнителя
    Чем крупнее щебень в составе асфальта, тем сложнее утрамбовать его без образования пустот. Поэтому плотное покрытие легко обустроить из песчаной или мелкозернистой (с зернами размером до 20 мм) АБС, а вот из крупнозернистой (до 40 мм) – гораздо сложнее.
  • Содержание битума
    В ходе укладки битум частично закупоривает поры между зернами наполнителя. Это значит, что повышение доли вяжущего в смеси позволяет получить более водонепроницаемое покрытие.
  • Качество уплотнения
    В ходе укатки асфальта закладываются его основные физико-механические свойства. На этом этапе важно добиться, чтобы пористость покрытия была не выше проектной.
  • Однородность смеси при укладке
    Во время транспортировки АБС охлаждается неравномерно. В результате может получиться так, что в укладываемом покрытии будут холодные пятна. Их не получится качественно уплотнить, и асфальт в этих местах будет впитывать много воды.

Итак, уязвимость асфальтовых покрытий в зимний период обусловлена хрупкостью битума в сочетании с разрушительным воздействием замерзающей воды. При планировании дорожных работ важно это учитывать, чтобы в будущем сэкономить на ремонте трещин, ям и прочих повреждений асфальта.

Иней на трещинах асфальта

В следующем разделе мы поговорим о том, как можно в лабораторных условиях оценить способность материала переносить колебания температур.

Метод определения морозостойкости асфальта

Как вы уже поняли, речь в этой статье идет об очень важном свойстве. Однако нормативного метода его измерения не существует. Тем не менее, в практике дорожного строительства определяется коэффициент морозостойкости асфальтобетона.

Этот показатель – не очень объективный. Он позволяет замерить потери структурной прочности асфальта при заморозке и оттаивании, но не отражает всех особенностей эксплуатации покрытия в морозы.

Определяется он таким образом:

  1. Берут образцы асфальта – уплотненные в лаборатории или вырезанные из покрытия – и определяют их предел прочности при сжатии при температуре 20°С. Подробнее об этой процедуре вы можете прочитать в статье Прочность асфальта.
  2. Затем асфальт в течение 1 часа насыщают влагой в вакууме, после чего выдерживают в воде еще 30 минут.
  3. Образцы переносят в морозильную камеру и замораживают в течение 3 часов при температуре -20°С.
  4. Замороженные образцы оставляют оттаивать на воздухе в течение часа, затем 2 часа выдерживают в ванне с водой комнатной температуры.
  5. Цикл заморозки-оттаивания повторяют необходимое количество раз: 25, 50, 100 или более.
  6. После окончания испытания снова фиксируют предел прочности при сжатии для каждого образца.
  7. Коэффициент морозостойкости Kмрз вычисляют по формуле:
Формула для вычисления коэффициента морозостойкости асфальта

За коэффициент морозостойкости для всей асфальтобетонной смеси берется среднеарифметическое полученных значений. Оно округляется до двух знаков после запятой.

В продолжении статьи мы посмотрим, какие показатели считаются оптимальными для асфальтов разных марок.

Требования к морозостойкости асфальта

Определение морозостойкости не входит в перечень стандартных испытаний асфальтобетона. Следовательно, и в ГОСТах значения этого коэффициента не нормируются.

Однако существуют другие документы, на которые инженеры-дорожники опираются при проектировании составов АБС. В частности, это методические рекомендации СоюзДорНИИ по повышению морозостойкости асфальтобетонных покрытий.

В них приводятся такие значения коэффициента морозостойкости для асфальтов разных марок:

Расчетное количество циклов заморозки-оттаивания Марка асфальта
I II III
До 60 0,75 0,70 0,65
От 61 до 100 0,80 0,75 0,70
Более 101 0,85 0,80 0,75

Для вашего удобства, ниже мы разместили эту же самую таблицу в виде картинки:

Таблица значений коэффициента морозостойкости для асфальтов разных марок

Предполагается, что асфальтобетон с такими показателями будет демонстрировать хорошую морозостойкость при температурах вплоть до -50°С.

Конечно, нужно учитывать, что реальные условия эксплуатации асфальта гораздо суровее лабораторных. Например, в испытании на морозостойкость не учитывается обработка дорог противогололедными реагентами. А ведь они тоже вносят свой вклад в разрушение покрытий. Это значит, что асфальт, рассчитанный на 100 циклов заморозки и оттаивания, на практике начнет терять прочность гораздо раньше.

Возможно, вам будут интересны наши статьи по теме:

В заключительном разделе статьи мы поговорим о том, как можно улучшить показатели асфальтобетонного покрытия.

Способы улучшения морозостойкости асфальта

Как мы уже отмечали, морозостойкость асфальта зависит от свойств вяжущего и пористости готового дорожного покрытия.

Соответственно, повысить ее можно такими методами:

  • Использование менее вязких битумов
    Поскольку они имеют более низкую температуру хрупкости, асфальт на их основе дольше сохраняет деформативность при охлаждении. Но этого будет недостаточно для северных регионов и Сибири, где зимой температура может опускаться до -30°С и ниже.
  • Увеличение доли битума
    За счет этого повышается водонепроницаемость асфальта – следовательно, он меньше разрушается льдом. Отметим, что избыток битума требует использования стабилизирующих добавок – например, целлюлозного волокна. В противном случае вяжущее растекается и перестает выполнять свою функцию.
  • Использование активированного минерального порошка и ПАВ
    Поверхностно-активные вещества в составе смеси увеличивают ее адгезию и сцепление битума с наполнителем. В результате улучшается водостойкость асфальта и снижается его водонасыщение.
  • Внесение полимерных добавок и резиновой крошки
    Эти добавки модифицируют битум, улучшая его водные свойства и снижая теплочувствительность. Так получают прочные, водо- и морозостойкие полимерасфальтобетоны и резиноасфальтобетоны.

Подведем итог.

Зимой эксплуатационные качества асфальта снижаются из-за того, что вяжущее в его составе становится хрупким, а само покрытие разрушается в ходе частого замораживания и оттаивания. Для измерения потерь прочности материала используется коэффициент морозостойкости.

Его значения при 100 циклах заморозки-оттаивания должны быть такими:

  • Для асфальта I марки – 0,85
  • Для асфальта II марки – 0,80
  • Для асфальта III марки – 0,75

Повысить морозостойкость можно путем снижения вязкости битума и увеличения его количества в смеси, а также внесения адгезионных присадок, полимерных добавок и резиновой крошки.