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

Деформативность асфальтобетона (асфальта)

Под деформативностью понимают способность материала изменять форму без разрушения – например, изгибаться. При этом чем пластичнее материал, тем выше его деформативность. Это свойство асфальтобетона связано обратной зависимостью с его сдвигоустойчивостью и прямой – с трещиностойкостью.

Про деформативность нельзя точно сказать, положительная это характеристика или отрицательная. В каких-то ситуациях она будет плюсом, в других – минусом.

Можно сформулировать две закономерности:

  • Слишком низкая деформативность – асфальт при отрицательных температурах трескается, быстрее разрушается
  • Слишком высокая деформативность – асфальт при высоких температурах «плавится», покрывается колеями и наплывами

То есть идеальный вариант – это когда асфальт сохраняет пластичность при низких температурах, а в жару остается жестким. О том, как этого добиваются на производствах, мы поговорим в конце статьи.

Деформация на асфальте

В этой статье мы рассмотрим такие вопросы:

  • От чего зависит деформативность асфальта
  • Повреждения, связанные с деформативностью асфальта
  • Как определяются деформативные свойства асфальта
  • Значения модуля упругости для разных видов асфальта
  • Как можно улучшить деформативные свойства асфальта

Об этом читайте далее.

От чего зависит деформативность асфальта

Стандартный рецепт асфальтобетона – это минеральный наполнитель и органическое вяжущее. Щебень и песок, как всем известно, не отличаются пластичностью. Зато битум, в зависимости от температуры, может быть абсолютно твердым, вязким или текучим.

На деформативность асфальта влияют такие факторы:

  • Форма зерен наполнителя
    У природного песка и гравия частицы окатанные и гладкие, а у щебня и отсева – шероховатые, с острыми углами. Последние в асфальтобетонной смеси (АБС) крепко сцепляются друг с другом, и от этого материал становится более жестким.
  • Вязкость битума
    Для приготовления асфальта берутся вяжущие разных марок, которые различаются своей мягкостью и податливостью. Чем выше вязкость, тем менее пластичен битум.
  • Температура размягчения битума
    Это температура, при которой битум переходит из твердого состояния в вязкое – то есть начинает деформироваться под внешним воздействием.
  • Температура хрупкости битума
    Это температура, при которой битум при приложении высокой нагрузки не деформируется, а сразу ломается.
  • Температура дорожного покрытия
    Если она между температурами размягчения и хрупкости битума, то асфальт «работает» как надо. Если температура выше температуры размягчения – покрытие деформируется, плывет и покрывается колеями, а если ниже температуры хрупкости – покрытие трескается.

«На глаз» определить степень деформативности того или иного асфальтобетона невозможно. Она устанавливается в ходе специальных лабораторных испытаний, о которых мы поговорим ниже. Но на основании рассмотренных факторов можно сказать, что максимально пластичным будет гравийный асфальт на битуме высокой марки (например, в нефтяном дорожном битуме БНД 200/300) в жаркий летний день. А вот минимальная деформативность будет у щебеночного покрытия трассы на вязком битуме в морозы.

В следующем разделе мы подробнее поговорим о том, с какими дефектами связана эта характеристика материала.

Повреждения, связанные с деформативностью асфальта

Мы уже отмечали, что пластичность покрытия – характеристика неоднозначная. Это тот случай, когда и слишком высокие, и слишком низкие показатели приводят к неприятным последствиям.

Слишком низкая деформативность может быть причиной таких дефектов:

  • Поперечных трещин
  • Продольных трещин
  • Косых трещин
  • Сетки трещин
  • Выбоин

Они в основном появляются при низких температурах – когда битум в покрытии переходит в хрупкое состояние. В таком случае высокие нагрузки приводят к тому, что асфальт сразу трескается, тогда как в теплую погоду он бы только временно деформировался.

У высокой деформативности могут быть такие последствия:

  • Сдвиги, волны, наплывы на покрытии
  • Колеи

Они появляются в жару, когда дороги и тротуары раскаляются под лучами солнца. В результате битум размягчается, становится податливым и легко сминается под колесами автомобилей.

Трещины на асфальте
Колея на асфальте

Теперь вы знаете, что из себя представляет деформативность и как она проявляется в дорожном покрытии. Далее мы поговорим о том, как можно измерить эту характеристику.

Определение деформативных свойств асфальта

Деформация асфальта – это сложный процесс, который можно описать с разных сторон. Можно определить максимальную нагрузку, которую материал может выдержать при изгибании, а можно зафиксировать, как сильно асфальтобетон растягивается под давлением и как быстро это происходит. Список можно продолжать. Поэтому деформативность описывается не одним, а рядом взаимосвязанных показателей.

К ним относятся:

  • Предел прочности на растяжение при изгибе
  • Прогиб и предельная относительная деформация
  • Модуль деформации
  • Модуль упругости Юнга

Эти характеристики не нормируются в актуальном ГОСТ 9128-2013 на асфальтобетон. Но они могут учитываться при проектировании дорожных покрытий под конкретные задачи.

В частности, найти такие рекомендации можно в следующих документах:

Давайте подробнее поговорим о том, как определяются эти свойства.

Предел прочности на растяжение при изгибе

Предел прочности на растяжение при изгибе показывает, какую силу нужно приложить, чтобы сломать асфальт при изгибании. Процедура определения описана в ГОСТ 12801-98. Этот показатель также используют для описания прочности материала – наряду с пределами прочности на сжатие и растяжение при расколе.

Для проведения испытания используются образцы асфальтобетона в виде параллелепипеда.

Процедура выглядит таким образом:

  1. На нижнюю плиту пресса устанавливают две опоры, а сверху на них кладут образец так, чтобы опоры были на равном расстоянии от его краев.
  2. Сверху на образец – ровно посередине – кладут металлический стержень диаметром 10 мм.
  3. Опускают верхнюю плиту пресса и начинают нагружать образец. Благодаря стержню давление локализуется в середине призмы – следовательно, асфальт прогибается.
  4. Фиксируют нагрузку, при которой образец начинает разрушаться, а также величину прогиба.
  5. Предел прочности на растяжение при изгибе Rизг находят по формуле:
Формула для вычисления предела прочности на растяжение при изгибе

Полученные данные используются для расчета последующих показателей.

Прогиб и предельная относительная деформация

Под прогибом понимают величину вертикального отклонения образца от его первоначального положения.

Относительная деформация показывает, как сильно изменилась форма образца под приложенной нагрузкой.

Предельную относительную деформацию εпр вычисляют по формуле:

Формула для вычисления предельной относительной деформации

Модуль деформации

Эта характеристика показывает зависимость деформации асфальта от величины прилагаемой нагрузки. Она может рассчитываться в любой момент испытания.

Модуль деформации E определяется так:

Формула для вычисления модуля деформации

Модуль упругости Юнга

Упругая деформация – это такое изменение формы объекта, которое исчезает, когда с него снимают нагрузку. На бытовом уровне ее демонстрирует, например, резиновый мячик, который после сжимания легко возвращается в прежнее состояние. Она отличается от остаточной деформации, которая остается даже после снятия нагрузки. Именно ее вы наблюдаете, когда сжимаете в руке комок глины, земли или другого похожего материала.

Модуль упругости Eупр характеризует способность материала сопротивляться развитию деформаций при упругой работе – то есть при условии, что упругая деформация не переходит в остаточную. Его определяют при испытании образцов асфальтобетона на сжатие или растяжение по оси.

Показатель вычисляется по формуле:

Формула для вычисления модуля упругости Юнга

Чем больше значение модуля упругости, тем больше силы нужно приложить для того, чтобы деформировать образец.

Теперь вы имеете представление о том, как можно описать деформативные свойства асфальтобетона. В следующем разделе мы посмотрим, как разные виды покрытий различаются по этому критерию.

Значения модуля упругости для разных видов асфальта

Все характеристики, которые мы рассмотрели выше, могут быть важны при исследовании асфальтобетонов и их свойств. Но в практике дорожного строительства чаще всего используется последний показатель – модуль упругости.

Так, в ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд» приводятся расчетные – то есть предполагаемые – значения этого модуля для разных видов покрытий. Они используются при проектировании будущих работ.

Например, для укладки покрытия в регионе с долгими и холодными зимами лучше взять асфальт с модулем упругости пониже – то есть более деформативный. Он менее подвержен растрескиванию при низких температурах. А для жаркого юга хорошо подойдет жесткий материал, который не будет плавиться в знойную погоду.

В документе устанавливаются такие значения для горячих смесей:

Вид асфальта по пористости Марка битума нефтяного дорожного (БНД) Расчетное значение модуля упругости Eупр, МПа
Высокоплотный БНД 40/60 8600
БНД 60/90 6000
БНД 90/130 4600
БНД 130/200 3500
БНД 200/300 2500
Плотный БНД 40/60 6000
БНД 60/90 4500
БНД 90/130 3600
БНД 130/200 2600
БНД 200/300 2000
Пористый БНД 40/60 3600
БНД 60/90 2800
БНД 90/130 2200
БНД 130/200 1800
БНД 200/300 1400
Высокопористый БНД 40/60 3000
БНД 60/90 2100
БНД 90/130 1700

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

Таблица значений модуля упругости для горячих смесей

Для холодного асфальта на жидких битумах цифры такие:

  • Для типа Бх – 2600 МПа
  • Для типа Вх – 2200 МПа
  • Для типа Гх – 1800 МПа
  • Для типа Дх – 1500 МПа

Важно отметить, что эти расчетные значения приводятся для кратковременных статических нагрузок. Также они не учитывают нагрев покрытия, от которого повышается его пластичность. Реальные цифры для дорожного покрытия в ходе его эксплуатации могут быть на порядок ниже.

Способы улучшить деформативные свойства асфальта

Обычный асфальтобетон, который изготавливается из минерального наполнителя и битума, часто не имеет достаточно хороших показателей деформативности. При низких температурах он становится хрупким и легко трескается, а при высоких – становится слишком податливым. Между тем степень и интенсивность нагрузок на дорожное покрытие из года в год растет.

Поэтому вопрос о том, как добиться оптимальной деформативности материала, все еще актуален. К счастью, годы работы в этой области не прошли бесследно, и у инженеров-дорожников сейчас есть на вооружении целый ряд технологических решений.

Можно назвать такие:

  • Использование битума пониженной вязкости
    Для создания деформативного асфальтобетона можно взять битум с низкой температурой размягчения (например, БНД 200/300 или БНД 130/200). А если в распоряжении проектировщика есть только вязкий материал, его можно дополнительно разжижить керосином, бензином или жидкими нефтепродуктами. Правда, в сильную жару такое покрытие не будет отличаться прочностью.
  • Проектирование многощебенистых составов
    Это смеси с высоким содержанием щебня (50-70%) и повышенной долей вяжущего, которое придает ему необходимую деформативность. Такой асфальтобетон хорошо переносит нагрузки, имеет отличные показатели водо- и морозостойкости, а также отличается шероховатостью. Он обычно используется при прокладке дорог с высокой нагрузкой, особенно в северных регионах.
  • Раздельное приготовление смеси
    Суть этого метода заключается в том, что при производстве АБС сначала смешивают битум с минеральным порошком и только потом добавляют к ним щебень и песок. Такая технология позволяет вяжущему эффективно обволакивать все зерна минеральных компонентов и сцепляться с ними. В результате получается однородная смесь, которая при уплотнении дает качественное покрытие.
  • Внесение термоэластопластов и эластомеров
    Использование полимерных добавок – пожалуй, самый лучший способ добиться оптимальной деформативности. Полимерасфальтобетон сохраняет пластичность при низких температурах и не плавится в жару.
  • Внесение резиновой крошки
    Резина – это упругий и эластичный материал, который сохраняет свои свойства и в составе асфальтобетона. Модифицированное таким образом покрытие отличается трещиностойкостью и высокой прочностью, а также сдвигоустойчивостью.

Деформативность характеризует способность асфальта сжиматься и изгибаться, не разрушаясь при этом. Материал с низкими показателями по этому свойству легко трескается, особенно при низких температурах. В то же время высокая деформативность может привести к появлению сдвигов и наплывов в дорожном покрытии.

Деформативные свойства асфальтобетона определяются различными методами (пределом прочности на растяжение при изгибе, прогибом и предельной относительной деформацией, модулем деформации и модулем упругости Юнга). Улучшить показатели можно путем использования менее вязких битумов и многощебенистых составов, раздельного приготовления смеси, а также внесения полимерных добавок и резиновой крошки.