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.
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:
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:
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.
Если вы хотите подробно прочитать о других свойствах асфальтобетона, рекомендуем следующие страницы:
- Характеристики и свойства асфальтобетона
- Теплофизические свойства асфальтобетона
- Температурное расширение асфальта
- Теплопроводность асфальтобетона
- Водно-физические свойства асфальтобетона
- Водопроницаемость асфальтобетона
- Водостойкость асфальтобетона
- Набухание асфальтобетона
- Водонасыщение асфальтобетона
- Класс опасности асфальтобетона
- Механические свойства асфальтобетона
- Деформативность асфальтобетона
- Колееобразование асфальтобетона
- Ползучесть асфальтобетона
- Прочность асфальтобетона
- Сдвигоустойчивость асфальтобетона
- Общефизические свойства асфальтобетона
- Плотность и масса асфальтобетона
- Пористость асфальтобетона
- Радиоактивность асфальтобетона
- Технологические характеристики и свойства асфальтобетона
- Однородность асфальтобетонной смеси
- Сегрегируемость (разделимость) асфальтобетона
- Удобоукладываемость (подвижность) асфальтобетонной смеси
- Уплотняемость (формуемость) асфальтобетона
- Уплотнение асфальтобетона
- Химические свойства асфальтобетона
- Эксплуатационные свойства асфальтобетона
- Горючесть асфальтобетона
- Износостойкость асфальтобетона
- Морозостойкость асфальтобетона
- Срок службы асфальтового покрытия
- Трещиностойкость асфальтобетона
- Чем заделать трещины в асфальте
- Шероховатость асфальтобетонного покрытия
Если вы хотите узнать больше о разновидностях асфальта, рекомендуем к прочтению следующие страницы:
О том, как и из чего делают асфальт, читайте здесь:
О том, как можно использовать асфальт и для каких работ он подходит, вы можете узнать на наших страницах:
- Применение асфальтобетона
- Асфальт для благоустройства территории
- Асфальт для детских и спортивных площадок
- Асфальт для дорожек и тротуаров
- Асфальт для парковки
- Асфальт для дорожных работ
- Асфальт для строительства дорог
- Асфальт для ямочного ремонта
- Стоимость строительства дороги из асфальта
- Асфальт для строительных работ
- Асфальт для отмостки
- Устройство отмостки из асфальта своими руками
- Асфальт для крыш
- Асфальт для пола
- Технология укладки срезки асфальта
- Технология укладки холодного асфальта
- Технология ямочного ремонта асфальта
- Укладка горячего асфальта
В компании Грунтовозов вы можете приобрести следующие виды асфальта:
Также у нас в продаже есть срезка асфальта (асфальтовая крошка).
Если вы хотите купить асфальт конкретной фракции:
Если вы хотите купить горячий асфальт, обратите внимание на следующие его разновидности:
Также у нас в продаже имеется холодный асфальт: