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

Теплофизические свойства асфальтобетона (асфальта)

Эта группа свойств имеет большое значение при определении того, как дорожное покрытие будет вести себя в жару или мороз, а также при перепадах температуры.

Этим характеристикам асфальтобетона уделяется меньше внимания, чем общефизическим, водным и механическим свойствам. Они не нормируются в ГОСТах и не измеряются в рамках стандартных испытаний. Тем не менее, их нужно учитывать, чтобы спроектировать действительно надежное и долговечное покрытие.

К теплофизическим свойствам асфальта относятся:

  • Теплопроводность
  • Теплоемкость
  • Тепловое расширение (сжатие)

Давайте остановимся на каждом из них подробнее.

Асфальтовая дорога в лесу летом

Теплопроводность асфальта

Она характеризует способность материала передавать тепловую энергию от горячих участков к холодным.

Практический смысл этой характеристики такой: теплопроводный асфальт нагревается равномерно, по всему объему. А если этот показатель у покрытия низкий, то его поверхность будет быстро раскаляться под солнечными лучами, пока нижний слой еще остается прохладным.

У материала с высокой теплопроводностью есть ряд преимуществ:

  • Снижается образование температурных трещин
  • Увеличивается эффективность обогрева асфальта зимой
  • Возможность использовать асфальт в качестве источника тепла летом

Однако последние два пункта в условиях России имеют сугубо потенциальный характер.

В то же время асфальтобетон с низкой теплопроводностью используется для обустройства дорог на пучинистых грунтах. Он защищает нижележащий грунт от чрезмерного промерзания.

На эту характеристику оказывают влияние такие факторы:

  • Свойства наполнителя
    Теплопроводность щебенки из плотных горных пород выше, чем у легких и пористых заполнителей.
  • Пористость асфальтобетона
    Чем больше пустот в материале, тем хуже он проводит тепло.
  • Влажность
    Чем больше в порах асфальта влаги, тем лучше он проводит тепло.
  • Температура
    При нагреве теплопроводность увеличивается.
  • Срок эксплуатации
    Неоднократные циклы заморозки и оттаивания приводят к разрушению структуры асфальта, снижая его теплопроводность.

Особых методов определения теплопроводности конкретно для асфальтобетона нет.

В методических документах рекомендуются такие способы:

  • Зондирование
  • Импульсный метод
  • Определение теплопроводности при стационарном тепловом режиме

Показатели, полученные при полевых и лабораторных испытаниях материала, довольно сильно варьируются – от 0,9 до 2 Вт/(м*К).

Более конкретные значения для разных видов таковы:

  • Для плотного асфальта – 1,4 Вт/(м*К)
  • Для пористого асфальта – 1,25 Вт/(м*К)
  • Для высокопористого асфальта – 1 Вт/(м*К)

Однако эти цифры носят ориентировочный характер. Точное значение теплопроводности для конкретной смеси можно получить только экспериментальным путем.

Подробнее об этом свойстве вы можете прочитать в нашей статье Теплопроводность асфальта.

Теплоемкость асфальта

Эта характеристика показывает, какое количество энергии нужно для нагрева материала на 1 градус, а также – сколько тепла он отдает в окружающую среду при охлаждении.

В контексте асфальтобетона на нее влияют такие факторы:

  • Теплоемкость наполнителя
    У щебня из плотных магматических пород этот показатель ниже, чем у известняка и прочих осадочных пород. Другими словами, известняковый асфальт при прочих равных будет накапливать в себе больше тепла.
  • Пористость материала
    Пористые покрытия более теплоемки, чем плотные.
  • Водонасыщение
    Асфальт в мокром состоянии поглощает больше тепла, чем в сухом.
  • Температура
    Теплоемкость асфальтобетона увеличивается при нагревании.
  • Использование химических реагентов
    Скопления солей в поверхности покрытия могут в ту или иную сторону изменять его теплоемкость.
  • Срок эксплуатации
    Чем дольше используется покрытие, тем больше энергии оно поглощает и накапливает.

Как и теплопроводность, теплоемкость асфальта пока что редко учитывается при проектировании дорог и улиц. Но эта ситуация может измениться. Ведь с каждым годом ужесточаются требования к долговечности и экологичности покрытий.

Значение теплоемкости может использоваться при:

  • Расчете срока службы дорожного покрытия
    Эта методика была разработана профессором М. А. Завьяловым, который опирался на зависимость теплоемкости от срока эксплуатации дороги. Пока что она не получила распространения на практике, но имеет неплохой потенциал.
  • Проектировании мер борьбы с явлением «теплового острова»
    Активное использование асфальта для покрытия городских улиц приводит к тому, что в жаркую погоду он накапливает большое количество тепла, которое вечером и ночью отдает обратно в воздух. В результате средние температуры в городе получаются ощутимо выше, чем в пригородах и на природе.

Теплоемкость асфальта измеряют так же, как для всех остальных стройматериалов – по калориметру. Получаемые значения варьируются в пределах от 9,2 до 2,1 кДж/(кг*°С).

Ориентировочные значения для разных видов материала приведены в таблице:

Вид асфальта Теплоемкость в начальный период эксплуатации, кДж/(кг*°С) Теплоемкость в конечный период эксплуатации, кДж/(кг*°С)
Крупнозернистый пористый марки II 1,08 1,60
Мелкозернистый плотный типа А марки I 1,05 1,50
Мелкозернистый плотный типа Б марки I 0,98 1,40

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

Ориентировочные значения для разных видов асфальта

Подробнее об этом свойстве вы можете прочитать в нашей статье Теплоемкость асфальта.

Тепловое расширение (сжатие) асфальта

Это свойство материала деформироваться (сжиматься или расширяться) при изменении температуры. Показатель в меньшей степени зависит от тех факторов, которые мы отмечали выше.

На него влияют:

  • Температура
    Значения коэффициентов расширения и сжатия изменяются в зависимости от погодных условий. Эта связь не линейна.
  • Тип наполнителя
    Асфальтобетон на основе окатанного гравия больше подвержен температурным деформациям, чем щебеночный материал.

Также определенную роль здесь играют теплопроводность и теплоемкость.

Связь между этими свойствами такая:

  • Чем выше теплопроводность асфальтобетона, тем меньше перепады температур в толще материала – тем равномернее его сжатие и расширение
  • Чем выше теплоемкость асфальтобетона, тем медленнее он нагревается и медленнее деформируется

Для описания этой характеристики используется такой показатель как коэффициент теплового (температурного) расширения (сжатия). Для его вычисления фиксируются температурные деформации образца. Это делается при помощи дилатометра, тензометра или LVDT-датчика. Полученное значение затем делится на разность начальной и конечной температур.

Значения линейного расширения асфальтобетона, приводимые в научной литературе, обычно находятся в пределах от 1*10-5 до 7*10-5/(°C-1). Это значит, что при нагревании на 1°C материал увеличивается на 0,00001-0,00007 от своего изначального объема.

Существует ряд зависимостей между разными деформациями покрытия:

  • Коэффициент расширения асфальтобетона выше, чем коэффициент сжатия
  • Температурные коэффициенты в верхних слоях покрытия выше, чем в нижних
  • Горизонтальные сжатие и расширение примерно на 4,7% меньше, чем вертикальные

Этот показатель особенно важен в контексте борьбы с отраженными и температурными трещинами в асфальтовых покрытиях дорог.

Подробнее об этом свойстве вы можете прочитать в нашей статье Тепловое расширение асфальта.

Подведем итог.

Теплофизические характеристики асфальтобетона характеризуют процессы теплообмена в толще покрытия, а также между самим материалом и окружающей средой. К этой группе относятся теплопроводность, теплоемкость и тепловое расширение (сжатие).

Большое влияние на тепловые свойства асфальта оказывают его пористость, водонасыщение, а также свойства наполнителя и температура воздуха. Хотя эти показатели формально не нормируются, они играют немаловажную роль. Если учитывать их при проектировании дорожных работ, можно продлить срок службы дорожного покрытия и снизить его негативное влияние на экологию.