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

Теплоемкость асфальта (асфальтобетона)

Это свойство показывает, сколько тепловой энергии из окружающей среды поглощает асфальт при нагревании на 1°С, и наоборот – сколько энергии материал отдает обратно при охлаждении.

Теплофизические свойства асфальтобетона пока изучены хуже, чем механические (прочность, сдвигоустойчивость, ползучесть и другие). Они не нормируются в ГОСТах и других нормативных документах. Тем не менее, без учета этих показателей невозможно в полной мере оценить долговечность и эксплуатационные особенности дорожных покрытий.


В этой статье мы рассмотрим такие вопросы:

  • От чего зависит теплоемкость асфальтобетона
  • Где учитывается теплоемкость асфальтобетона
  • Как определяется теплоемкость асфальтобетона
  • Значения теплоемкости разных видов асфальтобетона

Давайте остановимся на каждом из них подробнее.

Асфальтированная дорога под солнцем

От чего зависит теплоемкость асфальта

Асфальтобетон – это сложный композит. Кроме того, в его состав входит органическое вяжущее, которое может находиться в хрупком или вязком состоянии (в зависимости от температуры) и подвержено старению. Поэтому на свойства материала оказывает влияние целый ряд факторов.

В частности, его теплоемкость зависит от:

  • Удельной теплоемкости наполнителя
    У щебня из плотных магматических пород она ниже, чем у осадочных материалов: примерно 790 Дж/(кг*°С) у гранита против 970 Дж/(кг*°С) у известняка. Также более высокий показатель имеет песок (835 Дж/(кг*°С)). Меньшую роль здесь играет битум, поскольку доля вяжущего в смеси невысока. Его теплоемкость варьируется в пределах от 1800 Дж/(кг*°С) до 1970 Дж/(кг*°С).
  • Пористость материала
    В толще асфальтобетона имеются пустоты, заполненные воздухом. Поскольку его теплоемкость выше, чем у многих горных пород, с увеличением пористости растет и способность материала накапливать тепло.
  • Водонасыщение
    При заполнении пор асфальта влагой (например, во время дождя) его теплоемкость возрастает, поскольку вода поглощает большое количество тепловой энергии.
  • Температура
    Теплоемкость асфальтобетона увеличивается при нагревании.
  • Использование химических реагентов
    Асфальтовые покрытия (особенно пористые) накапливают в своем поверхностном слое включения из окружающей среды. В частности, это могут быть соли, которые используются для обработки дорог зимой. Они могут в ту или иную сторону менять теплофизические свойства материала.
  • Срок эксплуатации
    Теплоемкость покрытия – это величина переменная. У асфальтобетонной смеси (АБС) она достаточно высокая, но снижается в ходе укладки и последующего доуплотнения. Затем, по мере эксплуатации дороги, показатель растет в геометрической прогрессии. Прирост может достигать 15% за 5 лет.

В следующем разделе мы подробнее поговорим о практическом смысле этой характеристики.

Где учитывается теплоемкость асфальтобетона

Определение теплоемкости не входит в перечень стандартных испытаний АБС. И вообще в практике дорожного строительства этому показателю пока уделяется мало внимания. Тем не менее, он имеет свою актуальность.

Значение теплоемкости асфальтобетона может использоваться при:

  • Расчете срока службы дорожного покрытия
  • Борьбе с явлением «городского теплового острова»

Давайте подробнее рассмотрим оба эти случая.

Расчет срока службы дорожного покрытия

Выше мы отмечали, что теплоемкость асфальтобетона увеличивается с течением времени. На такую зависимость обратил внимание М. А. Завьялов, который предложил использовать этот показатель для определения срока, после которого должны начинаться работы по ремонту покрытия.

В самом простом виде методика состоит в следующем: строится график зависимости удельной теплоемкости от времени эксплуатации покрытия. Момент утраты графиком квазилинейности указывает на необходимость начинать ремонтные работы. Этот срок в среднем составляет 4-5 лет.

Подробнее узнать про эту методику и ее применение вы можете в таких работах:

  • Завьялов М. А., Завьялов А. М. «Аналитические методы определения сроков ремонтных работ дорожного асфальтобетонного покрытия» (2012)
  • Кириллов А. М., Завьялов М. А. «Прогнозирование остаточного срока службы асфальтобетонных покрытий» (2018)

Прогнозирование долговечности покрытий таким способом пока не используется повсеместно. Но в перспективе оно позволит уменьшить траты на содержание и ремонт автомобильных дорог.

Борьба с явлением городского теплового острова

Городским тепловым островом (urban heat island) называют явление, при котором средние температуры в городе выше, чем в окружающих его селах и на природе.

К такому результату приводит ряд причин:

  • Техногенная деятельность человека
  • Блокировка ветра высокими зданиями
  • Малое количество растительности
  • Высокая концентрация зданий
  • Активное использование асфальта

Последняя причина как раз и связана с теплофизическими свойствами дорожных покрытий.

Асфальтобетон имеет достаточно высокую теплоемкость. Днем он поглощает и накапливает большое количество тепла, а при похолодании начинает отдавать его обратно в окружающую среду. Это значит, что даже ночью городские улицы остаются теплыми за счет энергии, выделяемой покрытиями дорог и тротуаров.

Это можно сравнить с тем, как крупный водоем влияет на микроклимат побережья. Летом вода (очень теплоемкая жидкость) активно поглощает тепло из воздуха, и за счет этого дни становятся не такими знойными. Но река или море удалены от городских зданий и поэтому как бы «забирают» избыток тепла. А вот асфальт лежит прямо на улицах и этот самый избыток создает.

Сильно разогретые покрытия представляют опасность и по другой причине: они выделяют в воздух вредные вещества. Подробно об этом мы рассказывали в нашей статье Класс опасности асфальта.

Проблема «теплового острова» с каждым годом становится все актуальнее, в том числе и в России.

В частности, для ее решения принимают такие меры:

  • Полив дорожных покрытий водой
    Вода имеет высокую теплоемкость и теплопроводность, поэтому она быстро поглощает тепло из асфальта и испаряется, охлаждая его.
  • Использование светлой краски для асфальта
    Такие составы получили распространение в жарких штатах США, где проблема невыносимого летнего зноя стоит особенно остро. Светлые покрытия активнее отражают солнечные лучи и, следовательно, меньше нагреваются.
  • Использование водопроницаемого асфальтобетона
    Это вид асфальта, в толще которого расположена система взаимосвязанных пор. По ним вода с поверхности просачивается к нижележащим грунтам, а не стекает в ливневую канализацию. Такой материал имеет много плюсов с экологической точки зрения. Но и недостатки у него серьезные. Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Водопроницаемость асфальта.

В продолжении статьи мы подробнее остановимся на технической стороне вопроса: как измеряется теплоемкость асфальтобетона и какие значения принимает.

Метод определения теплоемкости

Стандартных процедур определения теплофизических свойств конкретно для асфальтобетона нет. Инженеры-исследователи опираются на ГОСТ 23250-78, общий для всех строительных материалов.

Для измерения теплоемкости используется специальная установка, которая состоит из:

  • Электронагревателя
  • Калориметра емкостью 0,5-1 л
  • Метастатического термометра
  • Водонепроницаемой капсулы емкостью 25-27 см3, в которую помещается измельченный и утрамбованный материал

Суть метода проста: капсулу с материалом нагревают до определенной температуры и помещают в калориметр, наполненный водой комнатной температуры. Затем в течение 20 минут через регулярные промежутки времени фиксируют, на сколько градусов поднялась температура в калориметре с капсулой.

Удельную теплоемкость C вычисляют по формуле:

Формула для вычисления удельной теплоемкости асфальта

Для повышения точности вычислений процедуру проводят на трех образцах материала, после чего находят среднее арифметическое всех значений.

Значения теплоемкости разных видов асфальтобетона

Значения удельной теплоемкости асфальтобетона колеблются в довольно широких пределах – от 920 до 2100 Дж/(кг*°С). Конкретные значения для разных типов и марок асфальта найти очень сложно, поскольку в нормативных и справочных документах они не приводятся.

Более точные данные можно найти в научных работах, посвященных тепловым свойствам материала. Так, показатели теплоемкости для самых распространенных видов АБС приводятся в статье М. А. Завьялова.

В ней указываются такие значения:

Вид асфальтобетона Удельная теплоемкость, Дж/(кг*°С)
Крупнозернистый пористый марки II 1075-1575
Мелкозернистый плотный типа А марки I 1050-1500
Мелкозернистый плотный типа Б марки I (а) 975-1550
Мелкозернистый плотный типа Б марки I (б) 1000-1425

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

Показатели теплоемкости для самых распространенных видов асфальта

При этом нижние пределы обозначают теплоемкость материала в начальный период эксплуатации, а верхние – спустя 9 лет после укладки.

Подведем итог.

Теплоемкость характеризует способность материала накапливать тепловую энергию. Чем она выше, тем дольше асфальт нагревается и тем больше тепла отдает в воздух при охлаждении. Эта характеристика зависит от наполнителя асфальтобетонной смеси, а также пористости, влажности, температуры воздуха, наличия посторонних включений и срока эксплуатации покрытия. Последний фактор позволяет использовать теплоемкость для расчета межремонтных сроков автомобильных дорог.

Значения теплоемкости асфальтобетона колеблются в пределах от 920 до 2100 Дж/(кг*°С) в зависимости от вида материала.