автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Оценка и обеспечение сдвигоустойчивости асфальтобетона в дорожных покрытиях с учетом условий их эксплуатации

СШШРСКИП ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗпАшЕпИ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫИ ИНСТИТУТ ИМ. В. В. КУЙБЫШЕВ*

ОЦЕНКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНА В ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЯХ С УЧЕТОМ УСЛОВИЙ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

05.23.11 — Строительство автомобильных дорог и аэродромов

На правах рукописи

СТАРКОВ Глеб Борисович

УДК 625.855:3

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОЛ\СК 1994

Работа выполнена ь Омском филиал§ Государственного дорожного научно-иее*едоватея ьского института ( Союздорнии)

Научный руководитель - кандадат технических наук, доцент 1Убач Л.С.

Научный консультант - кандидат технических наук ст.научн. сотр. Никольский Ю.Е.

ОШЩИЬНЫВ ОППОНЕНТЫ

Доктор технических наук, профессор Пермяков В.Б. Кандидат технических наук, доцент Шестаков В.Н.

Ведущее предприятие - Управление дорожного хозяйства и благоустройства г.Омска

Задета состоится "¿0" №Сл _ 1994 г.

в " " часов на заседании сиеци ад и эиро ва нно гт совета

К.063,26.04 в Сибирском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном институте им. В.В.Куйбышева зо адресу: (644080, пр. 14фя, 5. СибДЦИ. Ученый Совет).

С диссертацией можно ознакомиться е библиотеке СнбАДИ. Автореферат разослан " Д " О к ^¿У 3__1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

- 2 -

ОЩЛЯ ХАШТЁРИСИНА РАБОТА

Акт^альнооть_темил Одним из наиболее распространенных видов дефектов, встречающихся на покрытиях автомобильных дорог, являются пластические деформации в виде колей, волн, наплывов, которые значительно ухудшают технико-эксплуатационные показатели: снижается скорость движения автотранспорта, ухудшаются условия безопасности движения, сокращштся межремонтные сроки службы покрытия.

Среди многих причин такого положения важное ».;есто занимает несовершенство способов и критериев оценки и прогнозирования сопротивления асфальтобетона сдвигу, как на стадии проектирования составов асфальтобетонных смесей, так и на стадии эксплуатации асфальтобетоне'« покрытий. Принятый в стандарте показатель сдвигоустойчивости - прочность при одноосном сжатии '¡ас-то не позволяет получить надежную и достоверную информацию о фактической сдвигоустойчивости асфальтобетона в дорожном покрытии.

В связи с этим является актуальной разработка достаточно простого, надежного способа и критерия оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона, а также разработка требований по обеспечению долговременной сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий.

ЦбЛь_]эаботы. - разработка способа и критерия оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона с учетом реальных эксплуатационных условий его работы в дорожных покрытиях.

Разработан способ определения и критерий оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона в условиях объемного напряженно-деформированного состояния, адекватного состоянию его в дорожном покрытии под колесом автомобиля. Исследованы методические факторы, влияющие на сдвигоустойчивость при использовании предлагаемого способа. Установлено влияние вида и количества вяжущего, структуры минерального остова, веда ыинепальио-го порошка на прочность при сдвиге и предел длительной прочности. Предложены экспериментальный и экспериментально-теоретический способы определения длительной прочности при сдвиге как критерия сдвигоустойчивости асфальтобетона.

УйЗЗНЧЁЗЗЗё-ЗИ^^ёиНЭл- В результате выполненных исследовательских и практических работ предложена мет(.,.,,нса гк определению кригквнреаеннсЯ к цлнгелшой сдвигов!к проиноотем. ('«зри •

ботаны требования по обеспечению сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий в процессе их эксплуатации в зависимости от категории дороги и района строительстве. Данный способ является достаточно п мет км и доступным для использоьания в условиях производственных лабораторий. Разработаны рациональные составы асфальтобетонов обеспеченной сдвигоустойчивости.

Внедрение результатов теоретических и лабораторных исследований осуществлено при строительстве опытных участков автомобильных дорог в Ш к 1У дородно-климатических зонах. Подученкш данные использовались при защите авторского свидетельства.

Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях СибАДИ (г.Омск, 1990-1993 г.г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Применение отходов промышленности и местных материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог (г. Владимир, 1991 г.), на совещаниях Ассоциации исследователей асфальтобетона (г.Москва, 1991-1992 г.г., Санкт-Петербург, 1993г.)

Публикации.. По результатам диссертационной работы опубликовано 4 научных работы и получено авторское свидетельству на изобретение.

Стдхктх2я_и_объем_£аботыд Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 106 накменоеалий. Содержит 131 страницу машинописного текста, 30 рисунков, 20 таблиц.

Диссертационная работа выполнялась в Олском филиале Государственного дорожного научно-исследовательского института.

рассмотрено современное состояние вопросов оценки, прогнозирования и обеспечения сдвигоустойчивости асфальтобетона в дорожном покрытии.

В настоящее время основой теории прочности асфальтобетона является представление о нем, как о термопластичном материале коагуляциониой структуры, в котором твердые минеральные зерна разделены слоем битума, что и предопределяет его упруго-зязко-пластические свойства, обуславливающие способность деформироваться во времени при постоянной нагрузке и релаксировать напряжение при постоянной деформации.

Многие из вопросов деформирования и разрушения асфальтобетонов рассмотрены в работах Е.Н.Баринова, А.И.Богуславского, Л.Б.Геэенцвея, В.М.Гоглидзе, Н.В.Горелышева, Д.И.Гвнжулы, Л.С.

Губача, М.Дюрье, В.А.Золотарева, Н.Я.Иванова, Б.А.Козловского, В.Н.Кононова, Б.И.Ладыгина, Л.Нижбоера, й.Е.Никольского, Б.Г.Пе-ченого, В.Б.Пермякова, Б.С.Радовского, А.В.Руденского, И.М.Ру-денской, И.А.Рыбьеза, А.О.Салля, Ю.В.Соколова, Г.К.Сюны- И.К. Яцевича и др.

Однако, несмотря на выполненные многочисленные исследования, проблема до конца остается нерешенной. Это вызывает необходимость дальнейших исследований, направленных на поиск достаточно простых и надежных способов оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона .

На основе выполненного анализа сформулирована цель настоящей работы - разработка способа и критерия "оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона с учетом реальных эксплуатационных условий его работы в дорожных покрытиях.

Для достижения данной цели в настоящей работе поставлены следующие задачи:

1. Анализ напряженно-деформированного состояния асфальтобетонного покрытия при воздействии колеса автомобиля и разработка модели для оценки сопротивления асфальтобетона сдвигу.

2. Разработка способов и методик определения сдвигоустойчивости с учетом фактора времени.

3. Экспериментальные исследования по установлению закономерностей сопротивления асфальтобетона сдвигу с учетом температуря о-в ременньх факторов.

4. Экспериментальные исследования влияния составов и структуры асфальтобетонов на их прочность при сдвиге.

5. Опытно-производстЕенная проверка результатов теоретических и экспериментальных лабораторных исследований.

6. Разработка рекомендаций по обеспечению минимально необходимой сдвигоустойчивости асфальтобетона в дорожном покрытии.

?2_5ТО£Ой_гла§е рассмотрены теоретические предпосылки оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона. Исходя из анализа нагружения асфальтобетонного покрытия, можно выделить две расчетные схемы:

- случай стоящего автомобиля, когда по площади отпечатка колеса действует постоянное вретикальное давление и вызванное им боковое давление, зависящее от коэффициента бокового распора,

'•орый, в с в сю очередь, является функцией коэффициента поперечной деформации;

- случай движущегося автомобиля (равномерно, замедленно

чли .ускоренно), когда наряду с вертикальным давлением возникают ни ^тельные усилия от колес, а также, как и в первом случае, боковое давление.

Рассмотрение и анализ указанных схем нагружения покрытия позволяет констатировать, что характер н&гружения асфальтобетона под колесом автомобиля соответствует объемному напряженно-деформированному состоянию. Адекватной реальным условиям расчетной схемой при определении сдвигоустойчивости асфальтобетона является его ползучесть при объемном напряженно-деформированном состоянии.

Ползучесть асфальтобетона при заданной температуре является, а простейшем случае, функцией действующего напряжения: чем больше величина напряжения, тем интенсивнее развиваются деформации во времени и тем меньше время до разрушения. Следовательно, постоянно действующее напряжение, вызывающее разрушение, мсжно трактовать как функцию времени до разрушения. Это напряженке по сути является длительной прочностью материала , которая макет служить надежным критерием его сдвигоустойчивости.

Для обеспечения долговременной сдвигоустойчивости должно выполняться условие

» 5 р. ; ( I )

где - требуемое расчетное напряжение;

Кед» - трввяРм«.й прочность.при. сцвчге.

Расчетное напряжение учитывает особенности воздействия транспортных нагрузок на покрытие и определяется по формуле:

бя»б"ч-Кп-К%, ■ 12)

где - фактическое сдвигающее (касательное) усилие в слое асфальтобетона;

Кт^ - коэффициент позторности, .учитывающий циклический характер нагружения покрытия;

К% - коэффициент, учитывающий временаую зависимость длительной прочности. .

Коэффициент повторности можно определить по формуле

К„= 0.5 *0.4 Е3 V, ( 3 )

где д/ - количество автомобилей, проходящих по покрытию за расчетный период, которое определяется как

и/- л/с л»,а« пс , ( 4 )

где л/о - суточная интенсивность движения; ги - количество расчетных лет;

Пет - количество суток в году, когда температура покрытия достигает сдвигоопасного уровня и превышает его; - доля суток со сдвигоопвсной температурой.

Что касается Кь , то для его определения необходимо располагать зависимостью "длительная прочность-время", получаемой путем аппроксимации кривых длительной прочности.

Определение длительной прочности бс» по кривым ползучести является весьма трудоемким и продолжительным процессом.

Нами разработан экспресс-метод построения кривой длительной прочности, суть которого состоит в следующем.

Многичисленными исследованиями, в том числе нашими, установлено, что механические свойства асфальтобетона, в частности длительная прочность, в функции времени подчиняется степенному уравнению вида

1.Р - А <5*о , ( 5 )

где 1 р - время от момента нагружения образца постоянным напряжением (Эо до момента ргзрушения;

А.К - экспериментальные константы; а если их значения известны, то длительная прочность определена на всем временном диапазоне.

Разработанный экспресс-метод прздполагает определение этих констант, но не в условиях ползучести, а в условиях равномерного нагружения.

Если напряжение не является гостоянным, а изменяется во времени, то для определения долговечности воспользуемся критерием Бейли лъ

[ ы^оГ] ' ( б )

о

Подставляя (6), получим

А*}<3*<1)А4 . (7)

Будем проводить испытания асфальтобетона при постоянной скорости нагружения в отличие от традиционно используемой постоянной скорости деформирования. Тогда напряжение будет линейной функцией времени вплоть до разрушения, т.е.

где "3 - постоянная скорость изменения напряжения во времени.

Подставляя (8) в (7), получим

(9)

° а- к

или Щк-чЬ^ . - ( ю )

лк*1 ±к ». 1 _

Представим 1р -тР 1-р > - ^ ' ( II )

где - предельное напряжение в момент разрушения.

С учетом (II) уравнение (10) принимает вцц

На основе (12) можно весьма просто определить параметры Л и К уравнения длительной прочности (5). Для этого необходимо провести минимум два опыта с различными, но постоянными в пределах каждого опыта, скоростями нагружения и г , которым будут соответствовать в момент разрушения предельные напряжения

и • Тогда в соответствии с (12) получаем систему из двух .уравнений . к»1

А 6 V.,' (13)

решая которую, получаем искомые значения Л и К

И",**^- (И)

Могут быть использованы, разумеется, результаты более чем двух опытов, но тогда при определении К и Ц следует воспользоваться каким-либо методом математического приближения, например, методом наименьших квадратов.

§_1Вё"ьей_глэве рассматриваются вопросы экспериментального исследования сдвигоустойчивости в условиях объемного напряженно-деформированного состояния.

С этой целью разработан способ и сдвиговой прибор, позволяющие получать достаточно просто надежные сведения о фактической сдвигоустойчивости асфальтобетона на этапе проектирования асфальтобетонной смеси, а также в процессе эксплуатации асфальтобетонных покрытий.

Сдвиговой прибор, представленный на рис.1, состоит из формы I, и которую вставляется .упорное кольцо 2, через которое

- о -

усилием Р через штамп 4 продавливается образец 3. Положение штампа фиксируется масадкой 5. Форма I устанавливается на подставку 6. Для измерения деформаций служит индикатор 7, которий крепится к держателю стойки 8, закрепленной на опорной плскцадке, Образец висотой Ь нагружают с постоянной скорость» деформирования V , например 3 мм/мин, фиксируя рост нагрузки Р во времени ^ , а также максимальную нагрузку Рлю* в момент разрушения. Прочность Я и модуль упругости (деформации) при сдвиге О определяют по формулам

о_ • ( 15 )

ЩЫш + оЮЬ

О * < 16 >

где - угол между вертикальной плоскостью и плоскостью сдвига;

с1аи<1*- диаметры соответственно штампа и упорного кольца; ьР - прирост нагрузки за время на линейном участке диаграммы "нагрузка-время"; первоначальная поверхность сдвига. Главная особенность и преимущество предлагаемого способа заключаются в создании а образце объемного напряженного состояния, которое должно быть адекватным напряженному состоянию асфальтобетона в покрытии под колесом автомобиля.

Последнее, как известно, близко к трехосному сжатию, определяемому в стабиломегре.

В сдвиговом приборе напряженное состояние и прочность зависят от диаметра штампа, а в стабилометре - от величины бокового давления. Следовательно, для обеспечения указанной вше адекватности напряженных состояний необходимо использовать атамп такого диаметра, при котором прочность в сдвиговом приборе оказалась бы равной прочности асфальтобетона в стабилометре при боковом давлении на образец, равном боковому распору асфальтобетона в покрытии.

С учетом эткх соображений проведены параллельное исгпзть-ния асфальтооетона в сдвиговое приборе при различите диоттрсх лтемпа и в стчбилометро при разных боковых давлениях на образец. В итс.^е установлены рациональнее диаметри штампа, которое составляют для образцои с с1= И 50,5 мм и К= 71,4 мм соит-

Б -

еетствешю 23 мм и 38 мм.

Рис. I

1 - форма;

2 - упорное кольцо;

3 - испытуемый образец;

4 - штамп;

5 - насадка;

6 - подставка;

7 - индикатор часового

типа;

8 - опорная площадка и

стойка.

Для установления чувствительности сдвигового прибора и отработки методики испытания проведены исследования влияния методических факторов, а именно, размеров образца (высота, диаметр), температуры испытания и скорости деформирования на показатели прочности при сдвиге.

Выбор в качестве фактора диаметра образца объясняется тем, что при его изменении меняются условия на контакте "поверхность образца-внутренняя поверхность формы". Результаты испытаний показали, что как прочность, тчк и модуль деформации возрастают при увеличении плотности контакта.

Причина такой закономерности состоит в том, чго по мере улучшения контакта и соответствующего ограничения возможности расширения образца возникает бокоиое давление. В этом случае возрастают контактные напряжения между зернами, что приводит к увеличению внутреннего трения, к снижению деформативности и повышению прочностных характеристик при сдвиге. При наличии зазора между образцом и формой имеет место свободное, до определенного предела, расширение образца в стороны, что сопровождается снижением показателя внутреннего трения.

В соответствии с выполненными исследованиями вводится ограничение: уменьшение диаметра образца по сравнению с внутренним диаметром испытательной формы не должно превышать 0,5 мм.

Влияние температуры асфальтсбетона на его прочность при сдвиге обычное: чем вкшр температура, тем меньше прочность при сдвиге. Однако, интенсивность температурного изменения прочности при сдвиге существенно меньше, чем при стандартном одноосном сжатии. Так, если при сжатии отношение прочности при 20 и 50°С составляет, как правило, 2-3, то при данном методе испытания оно находится в пределах 1,1-1,3, что вполне закономерно, так как в работу включается внутреннее трение, которое в значительной степени компенсирует резкое уменьшение величины сцепления при повышении температуры.

Исследование влияния высоты образца на прочность при сдвиге показало возрастание прочности при ее увеличении, что также закономерно, так как происходит уменьшение угла наклона площадки сдвига и соответственно возрастание на ней нормальных напряжений. При этом зависимость прочности от высоты линейна, что позволяет легко учесть колебания высоты, образца на его прочность путем использования поправочного коэффициента.

Влияние на прочность скорости деформирования производилось в диапазоне изменения последней в пределах от I до 10 мм/мин, т.е. в нешироком диапазоне, в котором находится значение стандартной скорости, равное 3 мм/мин.

Установлено, что изменение скорости в указанных пределах практически не влияет на значение прочности при сдвиге, что позволяет при практическом применении предлагаемого способа пре -являть менее жесткие требования к точности соблюдения требуемой скорости деформирований.

Одной из задач ••ггетериментальной программы являлось иссм*

доьание а предлагаемом приборе прочности при сдвиге асфальтобетонов различной структуры. На первом этапе исследована пдвиго-устойчивость "сухюс" (без битума) минеральных остовов различной структуры. Их зерновые составы соответствовали стандартным предельным кривым на вергнем, среднем и нижнем уровнях для всех типов асфальтобетонов (Б, Б и Д). Результаты определения прочности при сдвиге в зависимости от содержания щебня приведены на рис.2.

Рис.?

Анализ этих данных показывает, что исследуемая зависимость имеет экстремальный характер, однако максимум прочности соответствует не определенном./ количеству щебня, а достаточно широкому его диапазону - от 35 до 55?.. Зтот факт, отличающийся от существующих представлений о сдвигоустойчиэости минерального ос?ова, объясняется следующими соображениями.

В песчаном асфальтобетоне типа Д (СЙ щебня) сдвигоустой-чивость минимальна по причине низкого значения внутреннего трения между песчаными частицами. По мере увеличения содержания щебня происходит рост коэффициента внутреннего трения, и максимальное значение сопротивления сдвигу достигается в случае, когда щебеночные зерна создавт устойчивый пространственный каркас, что соответствует содержанию щебня в пределах 35-55$. При дальнейшем насыщении остова щебнем, несмотря на сохранение щебеночного каркаса, возникает дефицит заполняющей межзерновое пространства в щебне смеси песка и минерального порошка, происходит уменьшение устойчивости зерна и, как следствие, происходит снижение едвигоустойчивости минерального остова.

Поскольку установленная закономерность имеет важное прак-

тическое значение, она была провеяна в асфальтобетонах с использованием битумов разных марок, lia рис.3 показана зависимость прочности при сдвиге ( R с^ь ) и одноосном сжатии ( ) от содержания щебня в асфальтобетоне на битуме БНД 90/1 Г'.О при температуре испытания 50°С.

R,

МП»

г

0 « ю 45 ад

Рис. 3

Здесь также имеет место экстремальная зависимость сдвиго-устойчивости от количества щебня в асфальтобетоне, однако з отличие от минерального остова максимум определен более четко и соответствует конкретному количеству щебня, п данном случае 50'.'. В зависимости от вязкости (марки) битума э^^ максимум смещается по оси абсцисс, однако в довольно узком диапазоне, равном содержанию щебня в пределах 40-50«.

Иной характер имеет зависимость прочности при одноосном сжатии, а именно: по мере увеличения содержания .дебня происходит снижение прочности, причем наибольшую прочность имеет песчаный асфальтобетон, а наименьшую - многощебенистый.

Такая закономерность объясняется тем, что решающее влияние на прочность при одноосном сжатии оказывает сцепление, которое тем больше, чем больше внутренняя суммарная поверхность минеральных зерен. При испытании асфальтобетона предлагаемым способом в работу на сдвиг активно включается внутреннее трение, так как образец находится в условиях объемного напряженного состояния, и на поверхности сдвига действуют «ормальпые (удерживающие) и касательные напряжения, т.е. имеет место схема, аналогичная схеме нагружения асфальтобетона в покрытии.

Для оценки влияния количества и марки вяжущего на сдвнго-устойчивость, определяемую по предлагаемому и стандартному способам, проведены испытания асфальтобетонов типов Б, Н и Д. При-

у я».

"ем варьирование количества вяжущего производилось от 0% ("сухой" минеральный остов) до 6-7/5 в зависимости от типа исслудуе-мого асфальтобетона и марки вяжущего. Характер кривых изменения прочности)« показателей одинаков для обоих способов.

В качестве примера на рис.4 приведен график зависимости сдвиговой прочности от количества битума БНД 90/130,

ила.

1 '■ Г-----

т .импаеги

тип Б тип В тип Д

хис. 4

Общей закономерностью для всех ввдов асфальтобетонов при испытании в условиях объемного напряженно-деформированного состояния и при одноосном сжатии является наличие максимума. Причем максимальные значения для типа Б на различных вяжущих несущественно отличаются друг от друга, тогда как для типов В и Д эта раз.-.ица довольно значительная. Данный факт объясняется решающей ролью щебеночного каркаса в обеспечении прочности при сдвиге, которая проявляется при даином способе испытания.

Количество битума, при котором достигается наибольшее зна-

1 -

2 -3 -

чение сдвиго.устойчивости, имеет различное значение в зависимости от способа испытания. 'Гак, для типов Б оптимум смещается в сторону снижения количества вяжущего, по отношению оптимума, полученного при одноосном сжатии. Величина этого смещения в зависимости от марки вяжущего составляет 0,5-1'?,.

Дня типов В и Д оптимумы при различии способах практически совпадают. Это подтверждает факт решающей роли сцепления в обеспечении сдвигоустойчисости в бескаркасных асфальтобетонах.

Интерес представляет исследование сдвигоустойчкпости с пониженным содержанием вяжущего. Для асфальтобетона кер гасной структуры (тип Б с содержанием щебня 50$) полученную кривую условно можно разделить па несколько характерных участков. К первому можно отнести участок с содержанием битума 0-1%. Максимальная величина сдвигоустойчивости наблюдается при "сухом" минеральном остове. При добезлении битума в количестве до I% происходит резкое педение прочности при сдвиге, что обусловлено появлением пленки битума на поверхности минерального материала, которая играет роль смазки и приводит к существенному снижению трения.

Ко второму .участку можно отнести область с содержанием битума 1-3%. На данном участке происходит стабилизация прочности. Здесь устанавливается как-бы равновесное состояние между факторами трения и сцепления с одной стороны в результате распределения битума на все большую поверхность происходит увеличение сцепления, а с другой - снижение внутреннего тоения обусловлено тем же фактором.

Противоположная зависимость в области с пониженным содержанием битума наблюдается в асфальтобетонах типов В и Д. Здесь можно вццелить практически прямолинейный участок, где прочность "сухого" минерального остова практически равна прочности асфальтобетона при содержании битума для типа В - 4%, Д - 555, а зятем прочность возрастает, что подтверждает ратающую роль сцепления в обеспечении прочности при сдвиге бескаркасных асфальтобетонов,

В целях проверки влияния вида минерального порошка нг. сдвигоустойчивость асфальтобетона использованы известняковые минеральный порошок, молотый кварцевый песок и керамзитовая пыль. Полученные результаты свидетельствуют о незначительном влиянии вида минерального пороша на сдвигоустойчивость асфаль-

тобетона. Так, прочность при сдвиге асфальтобетона с известняковым порошком оказалась вше всего на 0,7 Ша, чем у асфальтобетонов с кислыми порошками. Это еще раз подтверждает решающую роль внутреннего трения в обеспечении сдвигоустойчивости асфальтобетона.

Одной из причин недостаточной сдвигоустойчивости асфаль-тсбе-"«них покрытий часто является их недоуплотнение в процессе строительства, что является одним из факторов снижения их долговечности. Исходя из этого, проведены исследования по установлению закономерности изменения прочности при сдвиге от средней плотности асфальтобетона. В целях сравнения проводились также испытания при одноосном сжатии асфальтобетонных образцов аналогичного состава.

Результаты исследования представлены на рис.5.

Рис. 5

Анализ представленных данных свидетельствует о различной интенсивности роста прочности при сдвиге и одноосном сжатии в зависимости от средней плотности. Это объясняется тем, что увеличение плотности асфальтобетона происходит вследствие сближения минеральных зерен и их взаимной упаковке, что сопровождается увеличением суммарной контактной поверхности между ними. При этом чем ближе зерна расположены друг к другу и выше степень упаковки, тем устойчивее каркас из более крупных зерен. В результате этого по мере увеличения плотности асфальтобетона возрастает как сцепление, так и внутреннее трение, причем на внутреннее трение плотность упаковки влияет сильнее, так как оно зависит одновременно, от степени упаковки (устойчивости зерна) и от суммарной контактной поверхности, в то время как на сцеиленне влияет в основном последний фактор. Это и объясняет различный рост прочностных го-

казателей в' условиях объемного напряженного состояния, где проявляются силы внутреннего трения и сцепления, одноосном сжатии, гдо проявляются в основном силы сцепления.

Для определения длительной прочности, как критерия сдвиго-у стой>-ив ости, разработан простой экспериментальный способ, суть которого объясняется схемой, показанной на рис. б я.

С помощью винтового пресса производят нагружение образца 2, установленного на динамометре 3. Нагружение производят до величины, близкой к пределу прочности, и в дальнейшем по индикатору 4 наблюдвит за изменением напряжения б„ во времени, получая кривую длительной прочности, показанную на рис. б б.

Рис. б •

На участке нагружения I развиваются два параллельных процесса: рост напряжений за сччт упругих свойств и их релаксация за счет вязких свойств материала. На участке П протекают ¿ишь релаксационные процессу, которые завершается в момент установления расовесия между сопротивлением образца и давлением пружины динамометра. Достигнутое состояние равновесия соответствует прадеду длительной прочности асфальтобетона

Предел длительной прочности не зависит от режима (скорости) нагртжения, а зависимость длительной прочности от скорости весьма существенна. В связи с этим для получения инвариантной кривой, подобной кривой длительной прочности, получаемой в условиях прямой ползучести, в работе использован прием, позволяющий по имеющейся опытной кривой длительной прочности получить кривую при мгновенном загружении, используя для этой цели закон вязко-.упругости Больцмана,

С целью определения значений длительной прочности различ-

них видов асфальтобетонов проведены их испытания как в условиях прямой ползучести, так и в условиях равномерного пагружения (экспериментальный и экспериментально-расчетный способы).

Как показали результаты испытаний, представленные на рис.7, совпадение экспериментальных данных, полученных в условиях прямой ползучести, и расчетных весьма хорошее. Это позволяет для определения длительной прочности использовать предлагаемый способ, позволяющий упростить, а главное, значительно сократить время проведения испытаний практически без потери точности результатов.

ООЛ

50 !■,"<«

Рис. 7

На оснозании предлагаемых спобов изучено влияние структурных факторов на длительную прочность и характер ее изменения во времени, рассмотрение которых позволяет отметить следующие особенности и закономерности.

Значительное влияние на абсолютное значение длительной прочности оказывает марочная вязкость битума: чем больше вязкость, тем больше длительная прочность. Это относится ко всем рассмотренным типам асфальтобетона. Что касается интенсивности изменения длительной прочности во времени, то здесь влияние марочной вязкости битума сказывается менее значительным.

Более заметное влияние на интенсивность изменения длительной прочности во времени оказывает тип асфальтобетона. Здесь угол наклона прямых длительной прочности в логарифмических координатах имеет достаточно четкую тенденцию к увеличению по мере уменьшения 8 составе асфальтобетона щебня (рис.8 а). Это свидетельствует о том, что щебенистые, особенно многощебелистые, асфальтобетоны, реологически менее податливы и менее чувствительны к режимам силовых и температурных воздействий на них.

О».

5>.

0,1

за ¡от

0,215

N4^0,255 '

зв

I - тип Б на ШД 90/130; 2 - то же тип В;

3 - тоже тип Д.

Рис. 8

В целях сравнения эффективности предлагаемых способов исследованы аналогичные составы асфальтобетона при одноосном сжатии (рис. 8 б). Результаты исследований показали, что интенсивность изменения длительной прочности в этом случае в 4-5 раз больше. Это закономерно, так как при одноосном сжатии и сдвиге предлагаемым способом различна роль внутреннего трзния. В первом случае внутреннее трение играет второстепенную роль и сопротивление асфальтобетона определяется главным образом, битумным сцеплением, которое весьма чувствительно к фактору времени.

В случае объемного напряженного состояния резко возрастает роль внутреннего трения, особенно в щебенистых асфальтобетонах, которое значительно снижает реологическую чувствительность асфальтобетона, и как следствие, снижается интенсивность .уменьшения длительной прочности.

Четвертая глава посвящена разработке и экспериментально-теоретическому обоснованию хребоввлий к критерию сдвигоустойчи-восги с учетом свойств асфальтобетона, региона строительства и характера движения.

За расчетный принят автомобиль группы А с номинальной статической нагрузкой на ось ЮЭкН, средним .удельным давлением' колеса'0,6 И1а и диаметром следа ?4 см.

.-. Фактическое время нагружения определялось с учетом приведенной интенсивности и скорости движения, а также продолжительности сдвигового периода, зависящего от климатических условий эксплуатации покрытия.

Для упрощения расчетов сдвигоопасного периода было произведено приведение различных температурных интервалов работы покрытия к одному общему периоду с единой расчетной температурой, равной +50°С, который определяется по формуле:

, (I?)

~ период работы покрытия в году при конкретной температуре *ь начиная от +30°С и выше; Пц - количество расчетных лет; К^ ~ коэффициент приведения.

Коэффициент приведения реологических свойств асфальтобетона определяется по следующей зависимости:

= (18)

где^ц/Ц^- значения вязкости асфальтобетона соответственно при 50°С и при других значениях его температуры. На основании проведенных расчетов были определены сдвиго-опасные периоды в зависимости от среднемноголетней температуры воздуха, для различных регионов страны ( рис.3).

Требования к кратковременной прочности с учетом повторнос-ти приложения нагрузки ( Кп )> за фактическое время нагружения ( ^ ф ) выражается в виде

где гп характеризует реологическое состояние асфальтобетона и зависит от его состава и структуры.

В результате выполненных исследований разработаны требования к кратковременной прочности, которые приведены в табл.1.

Таблица I

Требуемые значения кратковременной прочности при сдвиге

Дорожио-кли.»;а- Внегородские дороги, Магистральная дорога тические зоны ■ категории с регулируемым пере___________________I______И______Ы_______кустком_____________

Ш. 0,60 0,75 0,67 3,6 1У_______________1410____1А00____у490____________4Х&___________

Рис. 9

С целью практической проверки разработанных требований к показателю сдвигоустойчивости а период 1990-1993 г.г. были построены опытные участки с асфальтобетонным покрытием на автомобильных дорогах с различными условиями и характером движения.

Результаты обследования опытных участков после трех лет эксплуатации, приведенные п табл.2, показали о правомерности предлагаемого способа для оценки и прогнозирования сдвигоустой-чивости асфальтобетонного покрытия в процессе эксплуатации.

Таблица 2

Результаты обследования опытпвх участков после 3-х лет эксплуатации

Местонахождение : наличие пластическихГПрочность при сдвиге, МП а,

участка : деформаций : при Т » 50 С __

^фактическая :требуемвя

г.Павлодар

ул.Ле'има отсутствует 4,5 2,95

Продолжение табл.2

I

___3_

4,0

О,У

4,8

1.2

___4__

2,95

1,60

2,50

2,10

г.Паалодар ул,Пепина

г.Омск .ул.Лескова

г. Олек

ул.Масленникова

итеутетвуют

волнообразные деформации «а отдельных участках

отсутствуют

г.Оиск

Красноярский тракт Волнообразные деформации па отдельных участках

ВЫВОДЫ

1. Предложен новый способ и прибор для определения сопротивления асфальтобетона сдвигу в условиях объемного напряженно-деформированного состояния, сущность которого заключается в передаче нагрузки через штамп определенного размера на асфальтобетонный образец, в результате чего образуется площадка сдвига в виде усеченного конуса, верхняя плоскость которого соответствует диаметру штампа, а нижняя - диаметру .упорного кольца. Адекватность напряженного состояния в приборе состоянию асфальтобетона в покрытии под колесом автомобиля обеспечивается определенным соотношением диаметра штампа и диаметра упорного кольца. Эта адекватность подтверждена экспериментально.

К преимуществам данного способа и прибора следует отнести возможность использов£ .ия стандартных цилиндрических асфальтобетонных образцов, изготавливаемых в соответствии с ГОСТ 12801-84, а такке испытание чистых (без битума) минеральных остовов.

Довольно простая конструкция прибора позволяет применять его в .условиях производства.

2. Исследование влияния методических факторов на прочность при сдвиге показало, что наиболее существенное влияние на конечный результат оказывает величина плотности контакта поверхности цилиндрического образца - внутренняя поверхность формы. Подучен-II..з ^зульт&ты позволили .установить предельную разницу диаметров

испытательной формы и образца, которая не должна превышать Оим.

Влияние скорости приложения нагрузки на прочность при сдьи-ге в диапазоне от I до 10 мм/мин практически не сказывается, что позволяет с достаточной точностью проводить испытания па гидравлических прессах, где довольно сложно задерживать точно требуемую скорость деформирования.

Интенсивность изменения прочности при сдвиге з зависимости от температуры, как показали экспериментальные роботы, небольшая. При колебаниях температуры в пределах -2°С разницы по прочности' составляет всего 1%, что объясняется решающей ролью ьнутреннего грения при данном виде испытёння.

Зависимость прочности при сдвиге от высоты образца линейна-чем больше высота, тем больше прочность. Это позволяет учесть влияние данного фактора поправочным коэффициентом, который представляет собой отношение стандартной и фактической высот.

Значительное влияние на показатель сдвнгоустойчивости оказывает степень .уплотнения есфальтобетснного покрытия в процессе строительства. Так, отклонение величины коэффициента уплотнения от стандартной на 1055 приводит к снижению сдвиговой прочности на (0о. Данный результат объясняется как снижением величии внутрен-. него трения, так и сцепления вследствие уменьшения суммарной контактной поверхности между зернами.

3. С использованием разработанного способа и прибора проведена оценка сдвигоустсйчивости как минерального остова, так и асфальтобетона в зависимости от одеряания щебня.

Установлен механизм формирования каркаса из щебеночных зерен. Б частности, оказалось, что контактная структура создается при его содержанки в смеси 35Й и более.

При содержании щебня, превышаемом 555?, происходит снижение сдвнгоустойчивости, что противоречит существующим представлениям согласно которым, чем больше щебня, тем больше сдвлгоустойчивооть. Получаемая закономерность объясняется тем, что при увеличении щебеночной составляющей-сверх 555? по массе, возникает дефицит заполняющей фракции песка и минерального порошка, теряется пространственная устойчивость зерен щебня и, как следствие, происходит .уменьшение сдвигоустсйчивости минерального каркаса.

3 отличие от закономерности изменения сдвигоустойчиеости минерального остова, экспериментальные исследования 'асфальтобетонных смесей показали наличие максимального значения сдвиговой

прочности при содержании щебня в пределах 40-50$ в зависимости от марочной вязкости битума.

Полученные результаты позволяют рекомендовать ограничение количественного содержания щебня в асфальтобетоне, которые не должно превосходить определенного значения, зависящего от вида асфальтобетона.

4. Экспериментальное определение влияния вида и количества вяжущего свидетельствуют о наличии максимума прочности при сдвиге исследуемых типов асфальтобетонов на различных вяжущих. Причем для щебенистых асфальтобетонов эти значения незначительно отличаются друг от друга. Это подтверждает факт решающей роли щебеночного каркаса в обеспечении прочности при сдвиге, которая проявляется при данном способе испытания.

В бескаркасных асфальтобетонах максимальны» значения отличаются более существенно, что вполне закономерно, так как в данном случае сдвиговая прочность определяется, в основном, силами сцепления, которые, в свою очередь, зависят от марочной вязкости битума.

5. Предложены новые способы оценки длительной прочности вязкоупругих материалов, в том числе экспресс-метод, состоящий

в испытании образцов не в условиях ползучести, а в .условиях равномерного пагружения при различных, но постоянных в пределах каждого опыта, скоростях роста нагрузки во времени, вплоть до разрушения. Располагая этими экспериментальными данными и используя известный критерий Бейли, мсишо прогнозировать длительную прочность асфальтобетона на значительные времена.

. 6. Экспериментальные исследования длительной прочности асфальтобетона при его объемном напряженно-деформированном состоянии как в условиях ползучести, так и при равномерном магру-жении показали, что решающими факторами, оказывающими влияние на величину длительной прочности, являются тип асфальтобетона и марка битума. Вместе с тем, на (.нтеноивность изменения длительной прочности во времени марка битума влияет незначительно, а главным фактором здесь является тип асфальтобетона: в щебенистых асфальтобетонах изменение длительной прочности во времени значительно (1^2,0 раза) меньше, чем у песчаных и малоцебенис-тых, что является существенным преимуществом щебенистых асфальтобетонов, обуславливающих высокую сдвиго.устойчивость их в покрытии.

7. на' основе теоретических и экспеоиуентальнда исследований разработана методика определения требуемой кратковременной сдвиговой прочности асфальтобетонного покрытия в зависимости от региона строительства, характера движения и грузонапряженности дороги.

8. Результаты опытного строительства в различных дорожно-климатических зонах показали правомерность использования предлагаемого способа для определения сдвиговой прочности как на этапе проектирования составов асфальтобетонной смеси, так и в ' процессе эксплуатации покрытий.

Основные почояения диссертации опубликованы в сяедуювдх работах: .

1. A.c. I73533I СССР. Асфачьтобетошяя смесь. /Варанков-ский A.C., Хрущев В.A., !&ко;??на К.й., Старков Г.Б. -

4653287/33; Заявиено 09.01.89; опубл. 23.05.92. Бая. 19.

2. Никольский D.E., 1\™ря B.C., Губач Л.С., Старков Г.З. Новнй эффективный способ оиенки сдвигоустойчивости асфальтобетона. //К. Автомобильные дороги. - 1992. - N> II—12. - с.20--21.

3. Губач Л.С., Старков Г.Б. Оценка и обеспеченно повиданной сдвигоустойчивости дорожного асфальтобетона. //Актуальные вопросы строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. няучн.тр. /ОмПИ. - Омск, 1992. - с.7б-е2.

4. Губач Л.С., Старков Г.Б. Опенка сдвигоустойчивости асфаяьтобетонв с учетом усчо^ий его работы в дорожном поггрн-тии. //Повышение качества дорожкмх и строитачьных материалов из отходов промнитенности: Сб.научн.тр. /СибДЦИ. - Омск, 1994. - с.47 (в печати).

Сд«ао в печать 28.03.94.•Формат 60хЬ4 1/1ь. Бум.тип. и 3. Печать сфсегная. Уч.-изд.л. 1,0. Тирам 70 экз. Заказ 91.

Ка[лшитографиа Омского СМ, 0мск-8, Сибаковская, 4

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОЦЕНКИ СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ асфальтобетона.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ

АСФАЛЬТОБЕТОНА.

3.1. Способ и методика исследования сдвигоустойчивости ^ асфальтобетона.

3.1.1. Характеристика сдвигового прибора.

3.1.2. Теоретическое обоснование диаметра штампа сдвигового прибора.

3.2. Методика определения предела длительной прочности при сдвиге в условиях прямой ползучести.

3.3. Способ оценки длительной прочности.

3.4. Характеристика исходных материалов.

3.5. Влияние методических факторов на прочность при сдвиге.

3.5.1. Исследование влияния плотности контакта поверхности образца и формы на показатель сдвигоустойчивости. 5V

3.5.2. Исследование влияния скорости деформирования на показатель сдвигоустойчивости.

3.5.3. Исследование влияния температуры асфальтобетона на его сдвигоустойчивость.

3.5.4. Исследование влияния высоты образца на показатель сдвигоустойчивости. DD

3.5.5. Исследование влияния средней плотности асфальтобетона на показатель прочности при сдвиге. б?

3.6. Экспериментальное обоснование диаметра штампа.

3.7. Влияние структуры минерального остова и типа асфальтобетона на прочность при сдвиге и сжатии.

3.8. Влияние вида вяжущего и его количества на прочность при сдвиге и одноосном сжатии асфальтобетонов различных типов.

3.9. Влияние вида минерального порошка на прочность при сдвиге асфальтобетона.

ЗЛО. Влияние вида асфальтобетона на ползучесть и предел длительной прочности.

4. ОЦЕНКА СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНА В ДОРОЖНОМ

ПОКРЫТИИ.

4.1. Определение требований к величине кратковременной прочности при сдвиге в зависимости от региона, характера движения и грузонапряженности дороги.

4.2. Опытно-производственная проверка результатов теоретических и экспериментальных лабораторных исследований. III

4 и а О Д d.

Автомобильные дороги с асфальтобетонными покрытиями являются важным элементом транспортной сети страны.

К отличительным особенностям данных покрытий можно отнести значительные изменения их характеристик в течение срока службы вследствие влияния климатических факторов, процессов усталости и старения на свойства асфальтобетонов. Ьта особенность асфальтобетонных покрытий требует углубленного анализа их деформированного поведения при различных режимах воздействия эксплуатационных нагрузок, анализа закономерностей изменения их прочностных характеристик во времени.

Многолетние наблюдения за состоянием асфальтобетонных покрытий показывают, что к одним из наиболее распространенных видов дефектов, встречающихся на покрытиях автомобильных дорог, относятся пластические деформации в виде колей, волн, наплывов, которые значительно ухудшают технико-эксплуатационные показатели: снижается скорость сообщений, ухудшаются условия безопасности и т.п.

Среди многих причин такого положения важное место занимает несовершенство способов и критериев оценки и прогнозирования сопротивления асфальтобетона сдвигу как на стадии проектирования составов асфальтобетонных смесей, так и на стадии эксплуатации асфальтобетонных покрытий. Принятый в стандарте показатель сдвиго-устойчивости - прочность при одноосном сжатии, часто не позволяет получить надежную и достоверную информацию о фактической сдвиго-устойчивости в дорожном покрытии.

В связи с этим является актуальной разработка достаточно надежного способа и критерия оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона, a. также разработка требований по обеспечению долговременной сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий.

Научная новизна настоящей работы состоит в исследованиях, направленных на разработку способа определения и оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона в условиях объемного напряженного-цефор-мированного состояния, адекватному состоянию его в дорожном покрытии под колесом автомобиля. Кроме того предложены экспериментальный и экспериментально-теоретический способы определения длительной прочности при сдвиге.

В результате выполненных исследовательских и практических работ отработана методика по определению как кратковременной, так и длительных сдвиговых прочностей. На основании полученных данных разработаны требования по обеспечению сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий в процессе их эксплуатации. Рекомендуемые способы являются достаточно надежными и могут быть использованы в условиях производства.

Внедрение результатов теоретических и лабораторных исследований было осуществлено при строительстве опытных участков в iii и 1У дорожно-климатических зонах.

Основные положения данной работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях СибДДИ (г. Омск, 1990-1993 г.г.); на Всесоюзной научно-технической конференции (г. Владимир, 1991г.), на совещаниях Ассоциации исследователей асфальтобетона (г. Москва, 199i-1992 г.г.; г. Санкт-Петербург, 1993 г.). но результатам работы опубликовано 3 научные работы и получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 108 наименований и содержит 131 страниц машинописного текста, 30 рисунков и 20 таблиц.

Результаты исследования представлены на рис. 3.23.

Длительная прочность при одноосном сжатии асфальтобетонов типов Б(1), В(2), Д(3) на битуме БНД 90/130

Q.S ад

0,1

1 1 1. „ '

• tf о*

50

Рис. 3.23

Интенсивность изменения длительной прочности в этом случае в 4-5 раз больше, чем при сдвиге в условиях объемного напряженно-деформированного состояния. Это вполне закономерно, так как при одноосном сжатии и сдвиге предлагаемым способом различна роль внутреннего трения. При одноосном сжатии внутреннее трение играет второстепенную роль и сопротивление асфальтобетона определяется, главным образом, силами битумного сцепления, которое весьма чувствительно к фактору времени.

В случае объемного напряженного состояния резко возрастает роль внутреннего трения, особенно в щебенистых асфальтобетонах, которые значительно снижает реологическую чувствительность асфальтобетона и, как следствие, снижается интенсивность уменьшения длительной прочности.

С целью сокращения времени испытания нами предлагается экс периментально-расчетный способ определения длительной прочности изложенный в главе 2. Результаты испытания представлены на рис. 3.2.4.

Анализ полученных результатов указывает на достаточно высо кую точность предложенного экспериментально-теоретического способа определения длительной прочности асфальтобетона.

Длительная прочность при сдвиге асфальтобетонов типов В(а), Д(б) на битуме БВД 90/130, определенная экспериментальным методом ( - ) и экспериментально-расчетным (---) ч)

3.QQ

2.TS

2.50 з ч 5 6 ?5И'

50 4ft 51 fyt, nun

Рис. 3.2,4

4. ОЦЕНКА СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНА В ДОРОЖНОМ ПОКРЫТИИ.

4.1. Определение требований к величине кратковременной прочности при сдвиге в зависимости от региона, характера движения и грузонапряженности дороги

В главе 2 рассмотрены теоретические предпосылки оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона в покрытии. Показано, что долговременная сдвигоустойчивость асфальтобетона будет достигнута при соблюдении условия 2.1.

Установим связь между кратковременной и длительной прочностью асфальтобетона. Под кратковременной прочностью в данном случае понимается прочность при сдвиге предлагаемым способом при температуре 50°С и скоростью деформирования 3 мм/мин.

Анализ результатов определения значений длительной прочности различных видов асфальтобетонов, проведенных как в условиях прямой ползучести, так и в условиях равномерного нагружения (рис. 3.20, 3.32, 3.24), показали, что все они являются прямыми линиями в логарифмических координатах, следовательно, длительная прочность ^э может быть описана степенным уравнением вида:

4.1) где К - экспериментальные константы.

Используем уравнение 4.1 для установления требований к кратковременной прочности на сдвиг ( R сод. ) через требуемое значение длительной прочности (<5* ), она будет иметь вид

4.2) где tcp,"t^ - время нагружения соответственно покрытия и образца при его испытания в лаборатории;

ГП - коэффициент пластичности;

Кп. - коэффициент повторности, определяемый в соответствии с 2.8, 2.9; t - сдвигающее напряжение в покрытии, определяемое в соответствии с 2.6, 2.7.

Как следует из 4.2 требуемая кратковременная прочность зависит от особенности воздействия транспортных нагрузок на покрытие, характера движения и климатических факторов.

При этом следует отметить, что процесс пластического деформирования асфальтобетона в покрытии развивается во времени под действием повторных нагрузок, а деформационная устойчивость асфальтобетона, как термопластичного материала, в значительной степени изменяется с изменением его температуры. Отсюда возникает неовходимость установления температурного режима работы покрытия за сдвигоопасный период.

Для установления температурного режима работы асфальтобетонных покрытий за теплый период года была использована известная зависимость / 85 / между температурой воздуха ( ) и температурой покрытия ( -tn ): tn " Ifc * I (4.3) l-A^cp г-*—* (4.4)

CK ц где^с- интенсивность солнечного облучения покрытия при средней облачности неба за определенный час,ккал/

I ?

СХц- общий коэффициент теплоотдачи, ккал/м *чг»град.

На основании ранее проведенных натурных наблюдений за фактической температурой покрытия и воздуха установлено среднее значение d-ц , которое может быть принято равным 20,8 ккал/м^чтрад. При этом значения солнечной радиации ( З'ср ) необходимо принимать раньше расчетного времени за 2,5 часа, так как имеет место эффект запаздывания нагрева дорожного покрытия от действия солнечной радиации / 82 /.

Используя зависимости 4.1 и 4.2, по данным многолетних наблюдений метеостанций за средней месячной температурой воздуха по срокам и с учетом ее среднего квадратического отклонения и с^ршарной солнечной радиации при средних условиях облачности / 66 / были вычислены продолжительности работы асфальтобетонных покрытий в определенном диапазоне температур в течение теплого периода года. При этом следует отметить, что по данным В.Н. Страгиса начало развития пластических деформаций на асфальтобетонном покрытии, как правило, наблюдается при его температуре не менее 30°С, так как именно в этотпериод интенсивно происходит фазовые превращения в структуре битума, приводящие к его "старению" и увеличению вязкости / 20 /.

В связи с тем, что механические свойства асфальтобетона, как термопластичного материала изменяются с изменением температуры для упрощения дальнейших расчетов необходимо произвести приведение периодов работы покрытия в различных узких температурных интервалах к одному общему периоду с единой расчетной температурой. За такую температуру целесообразно взять общепринятую в нормативных документах на асфальтобетон температуру равную 50°С вне зависимости от значений максимальной температуры покрытия в различных регионах. В этом случае условия работы покрытий в различных регионах будут отличаться только продолжительностью этого периода, который был назван нами сдвигоопасным периодом, определяемый по формуле:

50 ^ ^ ^.

Тар - Г\л " К пр, (4.5) где I n - период работы покрытия в году при конкретной темпе ратуре il ; начиная от 30°С и выше;

П к - количество расчетных лет;

К пр - коэффициент приведения.

Коэффициент приведения реологических свойств асфальтобетона ( К v\p ) определяется на основании / 36 /:

Кпр " h ' (4.6) где значения динамической вязкости асфальтобетона соответственно при 50°С и при других значениях его температуры i.*L .

Значения динамической вязкости различных составов асфальтобетона в диапазоне температур от 30 до 80°С были получены пу тем непосредственных испытаний на сдвиг при постоянных нагрузках по методике изложенной в параграфе 3.3. Значения коэффициентов приведения (К*р) представлены в табл.4.1.

Используя 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, данные табл.4.1 и многолетние данные по климату, рассчитаны сдвигоопасные периоды для различных регионов страны, приведенные к температуре 50°С. Результаты расчетов представлены на рис.4.1. Используя данную зависимость, и располагая среднелетней температурок воздуха теплого периода года (май, июнь, июль, август, сентябрь), которая принимается на основании / 94 /, достаточно просто определяется сдвигоопасный период.

Что касается временных факторов "top и -fc л , то в первом случае фактическое время нагружения определяется исходя из интенсивности движения и расчетного сдвигоопасного периода, а 11\ определяется непосредственно лабораторным путем.

Коэффициент пластичности ( ГЕ\ ) можно определить одним из описанных в параграфах 3.2, ЗЛО или в главе 2. спосоййЬ.

Зависимость приведенного периода работы асфальто б етонных покрыти" при температуре 50°С (T\J°) от среднелетней температуры воздуха

V5

Тпр ,

W/год, 8Ш№

7Ш№

29П