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

Температурное расширение асфальта (асфальтобетона)

Тепловым (или температурным) расширением материала называют изменение его объема при нагреве. В той или иной степени оно присуще практически всем веществам.

У асфальтобетона этот показатель не нормируется и не замеряется при стандартных проверках качества. Однако научные исследования показывают, что свойство это – достаточно важное. Именно оно обуславливает появление трещин в покрытиях дорог и тротуаров.


В этой статье мы рассматриваем такие вопросы:

  • От чего зависит тепловое расширение асфальта
  • Как определяется тепловое расширение асфальта
  • Какие значения принимают коэффициенты расширения и сжатия для асфальтобетона
  • Роль теплового расширения в трещинообразовании

Давайте остановимся на каждом из них подробнее.

Асфальтовая дорога

От чего зависит тепловое расширение асфальта

Информация о факторах, которые влияют на тепловые свойства асфальтобетона, пока что не очень полная. Этот материал отличается большим разнообразием видов и типов. И у каждого из них есть свои особенности.

При проведении исследований внимание уделяется в первую очередь первостепенным характеристикам асфальта: прочности, водонасыщению, водостойкости, сдвигоустойчивости и другим. Его тепловые показатели же часто игнорируются.

Тем не менее, нам известны основные факторы, которые влияют на температурное расширение асфальта:

  • Перепады температуры
    Коэффициенты расширения и сжатия неодинаковы в разных температурных условиях. Так, наиболее активно асфальтобетон расширяется при нагревании с -20 до -5°C. А сокращается – при охлаждении с 40 до 25°C.
  • Тип наполнителя
    Группа исследователей из США сравнила значения коэффициентов сжатия-расширения для асфальтов на разных заполнителях и выяснила, что самые высокие значения показывает гравийный асфальтобетон, средние – щебеночный, а самые низкие – материал на основе песчано-гравийной смеси (ПГС). Но пока не очень понятно, что дает такие результаты: форма и размер зерен или их способность к уплотнению в покрытии.
  • Содержание воздушных пустот
    Если образец асфальта пористый, то при нагревании он может расширяться внутрь, вытесняя воздух из пустот между зернами. Общий же объем образца изменяется меньше, чем в случае с плотным материалом.

Вполне возможно, что этот список еще не окончательный, и будущие исследования в этой области добавят к нему еще пару-тройку пунктов.

В следующем разделе мы поговорим о том, как вычисляется расширение асфальтобетона и других стройматериалов.

Методы определения температурного расширения асфальта

При определении этого свойства нужна очень большая точность измерений. Ведь тепловые деформации у большинства стройматериалов очень малы. Их нельзя увидеть невооруженным взглядом или замерить простой линейкой.

Поэтому исследователи используют специальные приборы: 

  • Дилатометры
  • Тензометры
  • LVDT-датчики

Они позволяют фиксировать увеличение и уменьшение размеров образца с точностью до сотых и тысячных долей миллиметра.

Любой стройматериал можно характеризовать двумя показателями:

  • Коэффициент теплового расширения – при нагревании
  • Коэффициент теплового сжатия – при охлаждении

На практике первое понятие часто применяется для обозначения и того, и другого процесса. Просто в случае с сжатием перед числом ставят знак минус. Однако нужно учитывать, что эти два коэффициента необязательно будут одинаковыми.

Тем не менее, вычисляются они по одной формуле:

Формула для вычисления коэффициентов теплового, или температурного расширения и сжатия асфальта

А теперь давайте подробнее рассмотрим, какие значения могут принимать эти показатели для нашего материала.

Коэффициенты теплового расширения асфальтобетона

В справочных изданиях приводятся такие пределы для температурных деформаций покрытия: от 1*10-5 до 7*10-5 на 1°C. И хотя речь тут идет о сотых долях миллиметра, это все равно большой разброс.

Сложность заключается в том, что эта характеристика не нормируется в ГОСТах и прочих официальных стандартах. И непонятно, какой показатель будет у смеси с конкретным составом и в определенных условиях.

Более точные цифры можно найти в научных работах. Например, в одном исследовании группа американских ученых замеряла степень деформации в разных слоях дорожного покрытия.

Они получили такие результаты:

Конструктивный слой Коэффициенты расширения Коэффициенты сжатия
Верхний (90 мм) 2,37-3,02*10-5 (°C−1) 1,79-2,84*10-5(°C−1)
Нижний (263 мм) 2,33-2,80*10-5(°C−1) 1,70-2,77*10-5(°C−1)

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

Степень деформации в разных слоях дорожного покрытия, согласно исследованиям американских ученых

А в другой работе особое внимание уделялось разным видам этих деформаций.

В результате удалось выявить ряд закономерностей:

  • Коэффициент расширения асфальтобетона выше, чем коэффициент сжатия
  • Зависимость расширения и сжатия от температуры не линейна
  • Горизонтальные сжатие и расширение примерно на 4,7% меньше, чем вертикальные

В заключительном разделе мы подробнее остановимся на том, почему важно учитывать температурные деформации покрытия при его проектировании.

Роль теплового расширения в образовании трещин на асфальте

Трещины – это, пожалуй, самый распространенный и всем привычный дефект дорожного покрытия. Но мало кто знает, что некоторые из них появляются даже не из-за механических нагрузок, а из-за перепадов температуры.

Таких видов трещин два:

  • Отраженные
  • Температурные

Давайте рассмотрим их отдельно.

Отраженные трещины

Этот вид дефектов образуется в тех случаях, когда асфальт кладется на жесткое основание – чаще всего на цементобетонные плиты.

Механизм их появления таков: и бетон, и лежащее на нем асфальтовое покрытие расширяются и сжимаются при перепадах температуры. Только делают они это по-разному.

Значения коэффициентов варьируются в таких пределах:

  • Для асфальтобетона: от 10*10-6 до 70*10-6 на 1°C
  • Для бетона: от 7*10-6 до 12*10-6 на 1°C

Получается, что деформируются два слоя с разными скоростями. В результате на их стыках появляются температурные напряжения. Наиболее велики они над швами бетонных плит и трещинами, которые успели образоваться в основании до укладки асфальта.

Какое-то время асфальт может «терпеть» такую нагрузку благодаря своей хорошей деформативности – способности сжиматься и растягиваться, не ломаясь. Но со временем он стареет, теряет прочность и начинает трескаться.

Отраженные трещины на асфальтовом покрытии

Температурные трещины

Эти трещины образуются непосредственно в асфальтобетоне. Обычно они появляются при низких температурах, когда битумное вяжущее становится хрупким и склонным к разрушению.

Растрескивание такого типа тоже связано с температурными напряжениями. А еще большую роль здесь играет такое качество асфальта как теплопроводность. При понижении температуры дорожное покрытие охлаждается постепенно: от верхнего слоя к основанию. Это значит, что его верхний и нижний слои деформируются с разной скоростью. Выше мы приводили примерные значения коэффициентов сжатия на глубине 90 и 260 мм в толще дороги, которые отлично иллюстрируют это явление.

Такие перепады приводят – опять же – к появлению температурных напряжений. Под их действием асфальт начинает разрушаться.

Подробнее об этих и других видах трещин, а также о том, как с ними бороться, вы можете прочитать в нашей статье Трещиностойкость асфальта.

Ямы на асфальтовой дороге зимой

Подведем итог.

Коэффициент теплового расширения (сжатия) характеризует деформацию материала при повышении или понижении температуры. У асфальтобетона он зависит преимущественно от температуры и типа наполнителя. Этот показатель не нормируется ГОСТами и не относится к основным характеристикам дорожного покрытия. Тем не менее, он непосредственно влияет на появление отраженных и температурных трещин в асфальтобетоне.