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

Механические свойства асфальтобетона (асфальта)

В ходе эксплуатации дорожное покрытие регулярно подвергается механическим нагрузкам различного характера, направленности и интенсивности. Его надежность и долговечность напрямую зависят от того, насколько хорошо асфальт выдерживает давление, деформируется или, наоборот, сопротивляется деформации. Поэтому механические свойства обязательно учитываются при проектировании состава асфальтобетонной смеси (АБС) для дорожных работ.

К ним относятся:

  • Прочность
  • Деформативность
  • Сдвигоустойчивость
  • Стойкость к колееобразованию
  • Ползучесть


Давайте остановимся на каждом показателе немного подробнее.

Трактор едет по новой асфальтовой дороге
Трещины на асфальте и ямочный ремонт
Деформированный асфальт и лужи вокруг канализационного люка

Прочность асфальта

Это, пожалуй, одно из важнейших свойств асфальтобетона. Оно показывает, какую максимальную нагрузку материал может выдержать при различного рода воздействиях.

Прочность характеризуется несколькими показателями:

  • Пределом прочности при сжатии
  • Пределом прочности на растяжение при расколе
  • Пределом прочности на растяжении при изгибе
  • Усталостной прочностью при многократном изгибе

Каждый показатель будет иметь свое значение для конкретного вида асфальта. Например, предел прочности на растяжение при расколе обычно в 6-8 раз меньше, чем при сжатии.

ГОСТ 9128-2013 устанавливает такие требования для асфальтов разных марок:

  • Марка I
    Прочность при сжатии при 20°C – не менее 2,5 МПа
    Прочность на растяжение при расколе при 0°C – 3,0-6,5 МПа
  • Марка II
    Прочность при сжатии при 20°C – не менее 2,2 МПа
    Прочность на растяжение при расколе при 0°C – 2,5-7,0 МПа
  • Марка III
    Прочность при сжатии при 20°C – не менее 2,0 МПа
    Прочность на растяжение при расколе при 0°C – 2,0-7,5 МПа

На прочность асфальтобетона влияют как внешние, так и внутренние факторы. Это обусловлено тем, что в состав материала входит органическое вяжущее – битум. При остывании он затвердевает, а с повышением температуры размягчается и становится пластичным. Поэтому в жару качество дорожного покрытия на чистом битуме (без улучшающих добавок) может ощутимо снижаться.

Таким образом, прочность готового дорожного покрытия определяют по:

  • Прочности минерального заполнителя (щебня)
  • Марке вяжущего
  • Сцеплению битума с наполнителем
  • Пористости асфальта после уплотнения
  • Температуре окружающего воздуха
  • Водонасыщению асфальта

Больше узнать об этом свойстве вы можете в статье Прочность асфальта.

Деформативность асфальта

Эта характеристика описывает способность материала поддаваться различного рода деформациям – сжатию, растяжению, изгибу.

Асфальтобетон – это не абсолютно жесткий материал. Если начать прилагать к нему нагрузку, то до определенного предела он будет деформироваться – например, прогибаться или растягиваться – без разрушения.

Деформации могут быть:

  • Обратимыми (упругими)
    В этом случае асфальт возвращается к прежней форме, как только с него снимают нагрузку.
  • Необратимыми (пластическими)
    Асфальт остается деформированным даже после снятия нагрузки.

Переход упругих деформаций в пластические зависит от различных факторов – свойств материала, прилагаемой нагрузки, температуры.

Деформативность дорожного покрытия может быть связана с целым рядом его повреждений и дефектов. Причем речь здесь может идти как о слишком низких, так и о слишком высоких показателях.

К таким дефектам относятся:

При слишком высокой деформативности При слишком низкой деформативности
Сдвиги
Волны
Наплывы
Колеи
Поперечные, продольные и косые трещины
Сетки трещин
Выбоины

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

Таблица дефектов асфальтового покрытия в зависимости от степени деформативности

Деформативные свойства асфальтобетона оцениваются по таким показателям:

  • Предел прочности на растяжение при изгибе
  • Прогиб
  • Предельная относительная деформация
  • Модуль деформации
  • Модуль упругости

Оптимальной деформацией для асфальтобетона считается относительное удлинение 0,004-0,008 при температуре 0°С и 0,001-0,002 – при –20°С. Такое покрытие будет устойчиво к растрескиванию в зимний период.

Поскольку щебень и песок в составе асфальтобетона – материалы жесткие, то его деформативность зависит в первую очередь от свойств битума – его вязкости, температур размягчения и хрупкости. У чистого битума, который производится в России, они часто оставляют желать лучшего.

Поэтому материал модифицируют при помощи специальных добавок:

  • Полимеров
  • Целлюлозного волокна
  • Резиновой крошки

Они улучшают структуру битума и снижают его чувствительность к перепадам температуры. В результате получается долговечный асфальт, который сохраняет эластичность и упругость как в морозы, так и в летний зной.

Больше узнать об этом свойстве вы можете в статье Деформативность асфальта.

Сдвигоустойчивость асфальта

Эта характеристика более узкая, чем деформативность. Она описывает способность материала сопротивляться развитию пластических – то есть необратимых – деформаций.

Для ее оценки используются два показателя:

  • Коэффициент внутреннего трения
  • Сцепление при сдвиге

Низкая сдвигоустойчивость асфальта – это частая причина появления колей в дорожном покрытии. А они, в свою очередь, могут приводить к серьезным авариям. Так что оба показателя нормируются ГОСТами и учитываются при подготовке к дорожным работам.

Минимальные значения для смесей разных марок такие:

  • Марка I
    Коэффициент внутреннего трения – 0,78
    Сцепление при сдвиге – 0,23 МПа
  • Марка II
    Коэффициент внутреннего трения – 0,64
    Сцепление при сдвиге – 0,22 МПа
  • Марка III
    Коэффициент внутреннего трения – 0,62
    Сцепление при сдвиге – 0,29 МПа

Эти характеристики во многом зависят от температуры покрытия. В жару битум размягчается и становится более податливым. Такой асфальт легко деформируется под колесами тяжелого транспорта.

Увеличивают сдвигоустойчивость так же, как и деформативность – внесением полимерных и стабилизирующих добавок, а также резиновой крошки. Они придают вяжущему веществу эластичность, благодаря чему покрытие держит форму даже при высоких температурах.

Также принимают следующие меры для увеличения сцепления в материале:

  • Вносят адгезионные присадки
  • Полностью или частично заменяют природный песок отсевом

Больше узнать об этом свойстве вы можете в статье Сдвигоустойчивость асфальта.

Стойкость асфальта к колееобразованию

Колеи на дорогах – это результат двух процессов: стирания асфальта под колесами транспорта и накопления пластических деформаций в толще покрытия.

В России испытывать асфальтобетон на стойкость к колееобразованию начали относительно недавно. До принятия ГОСТ Р 58406.3-2020 стандартной методики оценки этого свойства не было. И в старом ГОСТ 9128-2013 оно никак не нормировалось.

Для определения этой характеристики по образцу асфальта прокатывают нагруженное колесо (около 20 000 раз).

В ходе испытания вычисляют такие показатели:

  • Среднюю глубину колеи
  • Угол наклона кривой колееобразования

Новые ГОСТы обязывают учитывать их при проектировании асфальтобетонных смесей для конкретных ситуаций.

Для каждого слоя дорожной одежды устанавливаются такие значения:

  • Для оснований
    Средняя глубина колеи – не более 9,0 мм
    Угол наклона кривой колееобразования – не более 0,4 мм/1000 циклов
  • Для нижних слоев
    Средняя глубина колеи – не более 6,0 мм
    Угол наклона кривой колееобразования – не более 0,3 мм/1000 циклов
  • Для верхних слоев
  • Средняя глубина колеи – не более 6,5 мм
  • Угол наклона кривой колееобразования – не более 0,3 мм/1000 циклов

Больше узнать об этом свойстве вы можете в статье Колееобразование асфальта.

Ползучесть асфальта

Это свойство характеризует склонность материала к накоплению пластических деформаций под действием постоянной нагрузки.

Ползучесть особенно характерна для покрытий:

  • Парковок и стоянок
  • Загруженных автомагистралей, скоростных дорог и главных городских улиц
  • На склонах

В таких условиях асфальт все время подвергается нагрузкам от транспорта (движущегося или стоящего) или сил гравитации. Он накапливает микроповреждения и микродеформации, которые со временем увеличиваются. В результате в какой-то момент покрытие начинает разрушаться словно бы на пустом месте.

Развитие ползучести можно разбить на три стадии:

  1. Активное накопление деформаций в ходе доуплотнения после укладки асфальта
  2. Постепенное накопление деформаций в полностью уплотненном покрытии
  3. Активное накопление микроповреждений, которое приводит к разрушению асфальта

Стандартный метод определения этого свойства был принят недавно – в новом ГОСТ Р 58401.7-2019. Поэтому показатели ползучести для асфальтобетона пока не нормируются.

Снизить ее можно такими способами:

  • Использованием многощебеночных смесей (ЩМА)
  • Увеличением вязкости битума
  • Внесением адгезионных присадок
  • Внесением полимерных и резиновых добавок

Больше узнать об этом свойстве вы можете в статье Ползучесть асфальта.

Подведем итог.

Механические характеристики асфальтобетона показывают, насколько хорошо он переносит нагрузки и сопротивляется развитию необратимых деформаций. К ним относятся прочность, деформативность, сдвигоустойчивость, стойкость к колееобразованию и ползучесть. Эти показатели зависят в первую очередь от свойств вяжущего вещества и адгезии смеси. Наилучшие показатели демонстрируют асфальты с высоким содержанием щебня и наличием модифицирующих добавок – полимеров, волокон, адгезионных присадок или резиновой крошки.