автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Влияние отрицательных температур на устойчивость структуры асфальтобетона

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ЧУРАКИНА Ольга Евгеньевна

УЖ 691.168:620.171.32

ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР НА УСТОЙЧИВОСТЬ СТРУКТУРЫ АСФАЛЬТОБЕТОНА

(05.23.05 - Строительные материалы и изделия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1990

Работа выполнена на кафедре дорого-строительных материалов Московского ордена Трудового Красного Знамени автомо-билько-дорожного института.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Н.В.ГОРЕЛШЕВ

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Б.Г.Печеный.

кандидат технических наук, старший

научный сотрудник

Г.Н.КИРЮХИН

Содушая организация - Научно-производственное объединение Росдорнии

Защита состоится " " _ 1990 года

в " ^ " часов на заседании специализированного совета К 053.30.13 при Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном институте по адресу: 125829 ГСП, г.Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, ауд.42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " ^ " 1990 года.

Телефон для справок 155-03-28.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Л.П.Бессонова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Асфальтобетон является одним из наи-олее распространенных материалов, применяемых для устройства орожных покрытий. Поэтому актуальной является задача повышения ачества и долговечности асфальтобетона.

Проведенные в различных регионах страны исследования пока-ывают, что на многих автомобильных дорогах распространение та-ого вида деформаций как шелушение, выкрашивание, выбоины обус-овлено лишь недостаточной морозостойкостью асфальтобетона. Ци-лическое воздействие знакопеременных температур в сочетании с ксокои властностью ведет к шелушении поверхности асфальтобетон-ого покрытия - коррозии, весенним ямочным разрушениям, осенне-имнкм трещинам, и, как следствие, - снижению срока службы порытая. В связи с этим оценка коррозионной устойчивости асфаль-обетсна только по водостойкости явно недостаточна, на что не-днократно указывали многие исследователи. Однако требования к орозостойкости асфальтобетона в зависимости от климатических слозий района строительства автомобильных дорог не вопши в ОСТ 9128-84.

Выполненные к настоящему времени исследования не привели к диному мнению о методике испытания асфальтобетона на морозо-тойкость, в широких пределах варьируются количество и продол-ительность циклов замораживания-оттаивания, температура и ско-ость замораживания образцов, различны и критерии оценки моро-остойкости.

В связи с этим актуальной остается проблема учета морозо-тойкости асфальтобетона при проектировании его состава. Реше-ие этой проблемы будет способствовать повышению качества и олговечности работы материала в дорожном покрытии.

- Цель работы - обосновать метод испытания асфальтобетона а морозостойкость и дать предложения по ее нормированию.

Научная новизна работы заключается в следующем:

предложен дифференцированный подход к продолжительности спытаний на морозостойкость асфальтобетона в зависимости от го минерального состава, количества вяжущего, величины водо-асыщения;

установлены закономерности разрушения асфальтобетона при

циклическом замораживании-оттаивании з условиях сжатия и растяжения при расколе;

установлено агрессивное действие противогололедных растворов хлористых солей на структуру асфальтобетона при циклическом воздействии знакопеременных температур. На защиту выносятся:

теплофизический расчет продолжительности замораживания-оттаивания асфальтобетона при лабораторных испытаниях на морозостойкость;

результаты исследования морозостойкости стандартных составов горячего мелкозернистого асфальтобетона;

результаты исследования влияния на асфальтобетон противогололедных растворов хлористых солей;

расчет количества циклов замораживания-оттаивания, районированного для Европейской территории СССР;

предложения по нормированию морозостойкости асфальтобетона. Практическая ценность работы заключается в следующем: обоснована методика испытания асфальтобетона на морозостойкость, приближенная к реальным условиям работы материала в покрытии автомобильной дороги;

разработана и реализована для Европейской территории СССР программа расчета количества циклов замораживания-оттаивания, требуемого в зависимости от климатических условий, конструкции и толщины дорожного покрытия;

разработаны требования к асфальтобетону по морозостойкости, учитывающие его тип и структуру, а также разнообразие климатических условий Европейской территории СССР.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке "Методических рекомендаций по испытанию асфальтобетона на морозостойкость"./М. ,1930/.

Апробация саботы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях МАДИ 1989-1990 гг., на региональной научно-технической конференции в г.Суздале в 1989 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы I статья и тезисы докладов.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, 6 приложений и списка литературы. Работа изложена на 212 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц, 27 рисунков. Список литературы включает 194 наименова-2

вания, в том числе 22 зарубежных литературных источника.

СОСТОЯНИЕ BOiiPOCA ИЗУЧЕНИЯ МОРОЗОСТОЙКОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАН!«.

К настоящему времени имеется значительное число работ, посвященных изучению структуры асфальтобетона. Большой вклад в решение этого вопроса внесли П.В.Сахаров, Н.Н.Иванов, Л.Б.Гезен-цвей, Н.В.Горалышев, А.М.Богуславский, И.А.Рнбьев, М.И.Волков, И.В.Королев, Н.В.Михайлов и другие исследователи. Однако вопрос взаимосвязи структуры асфальтобетона с поведением материала при циклическом воздействии знакопеременных температур изучен недостаточно, несмотря на большое количество исследований, проведенных в этой области. Среди работ, наиболее близко связанных с морозостойкостью асфальтобетона, следует отметить исследования Д.И.Гегелии, В.А.Головко, А.С.Баранковского. В.А.Зыкова. Н.С.Ковалева и других. Все без исключения авторы указывают на значительное изменение структуры и свойств асфальтобетона при воздействии на него циклического замораживания-оттаивания.

Выполненный обзор современных методов изучения морозостойкости строительных материалов показал большое разнообразие подходов к режиму испытаний и критерию оценки их результатов. Единой методики исследования морозостойкости асфальтобетона в настоящее время нет.

Немногочисленные работы по изучению воздействия на асфальтобетон агрессивных сред свидетельствуют об отрицательном влиянии на структуру материала противогололедных хлористых реагентов, однако этот факт не учитывается при проектировании состава асфальтобетона.

В советской литературе неоднократно указывалось такте на необходимость дифференциации требований к асфальтобетону применительно к климатическим условия!,; района строительства автомобильной дороги с учетом количества циклов замораживания-оттаивания.

На основании проведенного анализа состояния вопроса и исходя из поставленной цели работы необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить теплофизический процесс замораживания-оттаивания асфальтобетона.

2. Исследовать влияние вязкости битума, остаточной пористости, водонасыщения, минерального состава асфальтобетона на его поведение при циклическом знакопеременном воздействии температуры.

3. Определить характер изменения физико-механических свойств асфальтобетона при циклическом замораживании-оттаивании.

4. Обосновать методику лабораторных испытаний асфальтобетона на морозостойкость.

5. Изучить по предложенной методике морозостойкость горячего мелкозернистого асфальтобетона стандартных составов /по ГОСТ 9128-84/.

6. Изучить влияние противогололедных солей на устойчивость структуры асфальтобетона при циклическом замораживании-оттаивании с целью учета ее при нормировании морозостойкости асфальтобетона.

7. Изучить климатические условия работы асфальтобетонных покрытий на Европейской территории СССР с учетом перехода температуры покрытия через 0°С и на этой основе дать предложения по нормированию морозостойкости асфальтобетона.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОНА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР

Многочисленные исследования, проведенные в области льдообразования в капиллярно-пористых телах, указывают на то, что существует три зоны фазовых превращений воды в порах таких материалов: зона переохлаждения воды, зона интенсивного льдообразования, зона стабилизации прироста льдистости. Анализ результатов теоретических исследований позволил для проведения испытаний асфальтобетона на морозостойкость принять температуру замораживания, равную минус 20°С, при которой количество воды, перешедшей в лед в порах асфальтобетона, стабилизируется.

Среди причин, вызывающих разрушение строительных материалов, можно выделить: кристаллизационное давление льда; гидравлическое давление воды, отжимаемой от зоны промерзания при полном отсутствии защемленного воздуха; осмотическое давление; различие в коэффициентах линейного температурного расширения льда и материала; увеличение объема воды при переходе в лед. Прове-4

денный расчет напряженки, возникавдих в асфальтобетоне различной структуры в результате воздействия последних трех факторов, показал, что наибольшие напряжения появляются в результате увеличения объема годы при переходе ее в лед. Величина напряжений возрастает с увеличением значения водонасыщения и содержания щебня в асфальтобетоне. Это свидетельствует о снижении морозостойкости материала с большим содержанием крупного заполнителя. На основании результатов расчета сделан также вывод о необходимости испытания на морозостойкость асфальтобетона в водонасыщенном со-

Исследованиями установлены параметры структуры асфальтобетона, -оказывающие наибольшее влияние на изменение свойств материала при циклическом замораживании-оттаивании: величина и характер остаточной пористости, вязкость применяемого битума, содержание и крупность зерен заполнителя. В связи с этим были определены основные направления в изучении морозостойкости асфальтобетона стандартных составов на битумах различной вязкости.

Известно, что испытание на морозостойкость является трудоемким процессом. В связи с этим был предложен дифференцированный подход к продолжительности замораживания-оттаивания образцов в зависимости от типа асфальтобетона, который позволил сократить время испытаний и в определенной степени повысить достоверность их результатов. С этой целью был выполнен теплофизический расчет продолжительности замораживания-оттаивания для различных условий проведения испытания: на воздухе спокойном и турбулизированном и в жидкости спокойной и турбулизированной.

Данная задача была представлена в виде комбинации двух простых задач, приближенно решаемых аналитически:

1. Задача о нагревании /охлаждении/ образца только за счет изменения его теплосодержания без учета фазовых превращений по-ровой влаги.

2. Задача о фазовых превращениях поровой влаги при оттаивании /промерзании/ образца без учета изменения его теплосодержания.

Математическая постановка задачи 1 имеет вид:

стоянии.

г = Ь(г) = ±'г-

/1/

где "Ь - текущее значение температуры, °С; т - текущее время, ч;

г - текущая координата по радиусу цилиндра, м; И - радиус цилиндра, м;

О. - коэффициент температуропроводности асфальтобетона,

t1 - температура образца, °С;

температура среды, °С. Решение задачи записывается в следующем виде:

где Г, -безразмерная форма текущего времени /критерий Фурье/; I) - безразмерная форма текущей координаты; у - символ функциональной зависимости.

& =аг/Кг; Гг/Я. /3/

Время полного нагревания /охлаждения/ цилиндрического образца Тк определится:

гк = Г„-Яг/а. /4/

Математическая постановка задачи 2 тлеет вид:

-с-0, ^т-М,; г = Я 1Сг) = 12;

/5/

г-де ^ - толлина огтаивагощэй /промерзающей/ части образца, м;

затраты тепла на фазовое превращение поровой жидкости, кДяс/м3;

"Сср- температура фазового превращения воды в порах асфальтобетонного образца, °С; А - коэффициент теплопроводности асфальтобетона, Вт/м-°С. Решение задачи, базирующееся на принципе последовательной смены стационарных состояний в оттаивающей /промерзающей/ зоне образца,имеет вид:

¿а^/ГЯ-О

Кг-(я-1)г (±2) и1 яа-и + " 2 •

Время полного оттаивания /промерзания/ образца Т*. нахо-:1тся подстановкой условия ^ = К в формулу /6/:

В зависимости от направленности процесса фазового презра-зния влаги /промерзание или оттаивание/ используются теплофи-этескке характеристики асфальтобетона в талом или мерзлом со-гояниях.

Суммированием значений времени, рассчитанных по формулам 4/ и /7/, определяется общая продолжительность нагревания эхлгздения/ цилиндрического образца асфальтобетона.

ИССЛЕДОВАНИЕ МОРОЗОСТОЙКОСТИ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА

Для исследований были подобраны гранулометрические соста-ы для четырех смесей асфальтобетона таким образом, что кривые рансостава практически полностью совпадали с кривыми, рекомен-уемыми ГОСТ 9128-84. Максимальный размер зерен минерального аполнителя 10 мм. Для приготовления асфальтобетонной смеси ис-ользовали битум марки БНД 60/90. Состав смесей приведен в абл.1. В дальнейшем исследуемые составы асфальтобетона были бозначены как типы А-1, А-2, Б и В.

. Время промораживания и оттаивания определяли с помощью из-енения сопротивления терморезистора, вставленного в середину бразца. Заморажизание проводили в морозильной камере при тем-ературе минус 20°С, оттаивание - на воздухе спокойном и турбу-изировакном и в воде спокойной и турбулизированной при темпе-атуре +20°С. Результаты исследований позволили установить, что роцесс размораживания ускоряется с турбулизацией среды, а вре-я замораживания-оттаивания тем меньше, чем больше содержание

крупного заполнителя в асфальтобетоне. Продолжительность замораживания составляет дая асфальтобетона типа А-1 2 ч 15 мин, А-2 - 2 ч 30 мин, Б - 2 ч 45 мин, Б - 3 ч; оттаивание в турбу-лизированной воде /в термостате/ продолжается, соответственно: 45 мин, 1ч, 1 ч 15 мин, 1 ч 30 мин.

Таблица 1

Состав смесей мелкозернистого асфальтобетона

Тип ¡Количество частиц минерального заполнителя, %,¡Содержа-смеси ! мельче данного размера, мм !ние биту-

1 10 ! ! 5 ! 2,5 11,25 !0,63 !0,315!0,14 а !0,071!смеси, %

А-1 1С0 35 24,0 17,0 12,0 9,0 6,0 4,0 5,99

100 50 33,4 28,4 20,4 15,4 11,6 9,9 6,20

Б 100 65 52,0 39,0 29,0 22,0 16,0 12,0 6,53

В 100 80 66,0 53,0 36,5 27,0 17,8 13,7 6,60

Исследование морозостойкости асфальтобетона проводили при 5, 15, 25, 50, 75 и 100 циклах замораживания-оттаивания. В качестве исследуемых параметров были приняты пределы прочности при сжатии, на растяжение при расколе, динамический модуль упругости. Определяли также изменение водонасыцения и средней плотности асфальтобетона.

На рис.1 показаны зависимости изменения пределов прочности при сжатии и на растяжение при расколе асфальтобетона ст количества циклов замораживания-оттаивания. Сопоставление характера изменения прочностных свойств показывает, что оно имеет определенные различия. Изменение предела прочности при сжатии имеет циклический характер с периодическим ростом и спадом значений, хотя в целом наблюдается уменьшение прочности после 100 циклов замораживания-оттаивания. Проведенная математичес- . кая обработка результатов исследований показала неправомерность в данном случае аппроксимации полученных значений и приведения графиков к виду плавной кривой. Однако, несмотря на периодический рост предела прочности при сжатии, в материале происходит непрерывная деструкция, о чем свидетельствует непрерывное увеличение величины водонасыщения асфальтобетона.

Изменение предела прочности на растяжение при расколе асфальтобетона после циклического замораживания-оттаивания имеет 8

а/

Циклы замораживания-оттаивания б/

Циклы замораживания-оттаивания

Рис.1. Влияние циклического замораживания-оттаивания на изменение пределов прочности при сжатии кс31С /а/ и на растяжение при расколе ИР /б/ асфальтобетона типов: 1 - А-1, 2 - А-2, 3 - Б, 4 - В

шой характер. Здесь наблюдается первоначальный рост прочности ю максимального значения с последующим ее спадом. Амплитуда и скорость роста прочности обусловлены структурой материала. У асфальтобетона типа А-1 максимальный рост прочности наблюдается

9

после 15 циклон, амплитуда роста небольшая - коэффициент морозостойкости имеет максимальное значение = 1,05. С уменьшением содержания щебня в смеси /и уменьшением величины остаточной пористости/ возрастает амплитуда приращения прочности, а скорость роста прочности уменьшается: у асфальтобетона типа 3 максимальная прочность наблюдалась после 25 циклов, при этом коэффициент морозостойкости составил - 1,09.

Динамический модуль упругости асфальтобетона определяли ультразвуковым методом на приборе "Бетсн-12". Характер изменения динамического модуля упругости аналогичен изменению пределг прочности на растяжение при расколе после циклического замора-жи зания .-оттаивания.

Исследования показали, что из асфальтобетонов, приготовленных на битумах одной и той же вязкости, более морозостойким: являются материалы с малым содержанием крупного заполнителя /20-35%/. КоэфсЕнциент морозостойкости по пределу прочности на растяжение при расколе после 100 циклов замораживания-оттаива-нкя составил соответственно для асфальтобетона типов: А-1 -0,60, А-2 - 0,70, Б - 0,77, В - 0,79.

При изучении влияния на морозостойкость асфальтобетона вязкости применяемого битума установлено, что характер изменения прочности в этом случае также связан со структурой асфальтобетона /рис.2/. Снижение вязкости битума ведет к повышению морозостойкости малощебенистого асфальтобетона /20-35$ крупного заполнителя/, так как в этом случае свойства материала в большей степени обусловлены свойствами применяемого битума. Коэффициент морозостойкости асфальтобетона типа В после 50 циклов замораживания-оттаивания составил: на битуме БКД 60/90 и битуме БНД 90/130 - 0,90, на битуме БНД 130/200 - 0,93. У многощебенистых асфальтобетонов морозостойкость в большей степени зависит от взаимодействия каменного материала и битума, и она возрастает с увеличением вязкости битума. Коэффициент морозостойкости асфальтобетона типа А-2 после 50 циклов замораживанш оттаивания составил: на битуме БНД 60/90 - 0,85, на битуме БДЦ 90/130 - 0,78, на битуме БНД 130/200 - 0,79. •

Проведенные эксперименты показали отрицательное воздействие на свойства асфальтобетона 5^-ного раствора хлористого натрия /рис.3/. Исследовали сухие и Еодонасыщенные образцы, выдер-10

•V

МПа

1,0

0,5

1

1,5 1,0

■ч

МПа|

1,5

1.0

^нрз 1,0 0,9

0,8 0,7

2^

25 50 0 25

Циклы замораживания-оттаивания Тип А-2

а/

б/

1

3 Л.____ < •ч-

и 25 50

^мрз 1,2 1.1 1.0 0,9

3 N

/ V \

\ч

О 25

Циклы замораживания-оттаивания Тип Б

50

а/

3 / — 1

- г --

К

б/

мрь 1,2 1,1 1.0 0,9

У V

7 2 N \

/ ^- 1

25 50 0 25

Циклы замораживания-оттаивания Тип В

50

Рис.2. Влияние вязкости битума на изменение предела прочности на растяжение при расколе /а/ и коэффициента морозостойкости Ктч/б/ асфаль-

тобетона при циклическом замор&жШшии-оттаи-вании: 1 - битум БНД 60/90, 2 - БНД 90/130, 3 - БНД 130/200

живая их в растворе в течение 15, 30 и 45 сутс, - При этом происходит значительное снижение пределов прочности при сжатии и на растяжение при расколе асфальтобетона. Дричем, падение прочности у сухих образцов идет более интенсивно, чем у водонасыщен-ных. Под влиянием агрессивной среды увеличивается жесткость асфальтобетона, о чем можно судить по уменьшению его кинетических характеристик и увеличению времени релаксации. С увеличением водонасыщения образцов жесткость асфальтобетона возрастает.

Снижение прочности и увеличение жесткости асфальтобетона становятся еще более значительными при совместном действии агрессивной среды и циклического знакопеременного воздействия температуры. Образцы асфальтобетона подвергали 25, 50 и 75 циклам замораживания-оттаивания с размораживанием в 5^-ном растворе хлористого натрия. При этом все свойства асфальтобетона резко ухудшились. На кривой изменения предела прочности на растяжение при расколе полностью отсутствует участок роста прочности. Деструкция материала начинается сразу же после первых циклов замораживания-оттаивания.

ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЛОЖЕНИИ ПО НОРМИРОВАНИЮ МОРОЗОСТОЙКОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНА

При назначении режима испытаний асфальтобетона на морозостойкость требуется учитывать климатические условия района строительства автомобильной дороги. Для подсчета количества циклов замораживания-оттаивания в различных районах и для различных типов конструкций дорожных одежд была использована методика, разработанная В.Н.Шестаковым, методологической и теоретической основой которой явились исследования Г.Г.Еремеева. На основании этой методики разработана программа для ЭВМ по подсчету количества циклов замораживания-оттаивания за счет годового хода температуры, перехода материала дорожного покрытия через 0°С, однозначных переходов температуры покрытия в отрицательной области. При разработке программы были использованы некоторые положения исследований температурного режима асфальтобетонных покрытий, проведенных А.С.Баранковским.

Программа реализована для Европейской территории СССР с целью подсчета числа циклов замораживания-оттаивания для асфаль-12

^сж. МПа

5,0 4,5 4.0 3,5

1

ч \\

зЧ

\Х V

0 15 30 45 Сутки | |

ГЛПа

1,5 1,0

о

/ ч 3

ч \

0 15 30 45 Сутщ I •

О 25

50 75

О 25

50 75

Циклы зачораживачия-оттаивания

Р./Р,-•103

4,0 3,0 2,0 1,0 О

в/

г/

Л С

-X •___ ■

0 15 30 4£ Сутю |

В; •ю-3

5,0 4,0 3,0 2,0 1,0

/

/ //

л' // У

3^

0 15 30 4Е Сутю > 1

О 25 50 75 0 25 .50 75

Циклы замораживания-оттаивания

Рис.3. Влияние 5^-ного раствора хлористого натрия и циклического замораживания-оттаивания на изменение пределов прочности при сжатии /а/ и на растяжение при расколе /б/, кинетических характеристик Р.,/Ро /в/, времени релаксации 0 /г/ асфальтобетона типа Б: 1 - образцы, испытанные на морозостойкость; 2 - во-донасыщенные образцы, выдержанные в 5%-ном растворе ->/аСЕ.; 3 - то же, сухие образцы

тобетонного покрытия с основанием из укрепление, щебня. Результаты расчета позволили разделить Европейскую территорию СССР на 5 зон по количеству циклов замораживания-оттаивания /рис.4/: 1 зона - больше 90 циклов /для проведенного расчета/, П зона -70-90 циклов, Ш зона - 50-70 циклов, 1У зона - 30-50 циклов, У зона - менее 30 циклов.

На основе анализа результатов экспериментальных исследований, с учетом климатического районирования по числу циклов замораживания-оттаивания разработаны рекомендации по нормированию морозостойкости мелкозернистого асфальтобетона.

Таблица 2

Требования к морозостойкости асфальтобетона из горячих мелкозернистых смесей, применяемого дая устройства дорожных одежд на Европейской территории СССР

Тип асфальтобетона • ¡Марка асфальтобетона* 1 i Минимальный коэффициент морозостойкости по зонам

1-П ! Ш-1У ! У

А 1 " 0,60 0,55 0,50

П 0,60 0,55 0,50

1 0,70 0,65 0,60

Б п 0,70 0,65 0,60

ш 0,65 0,60 0,55

1 0,80 0,75 0,70

В п 0,80 0,75 0,70

ш 0,70 0,65 0,60

Испытание асфальтобетона на морозостойкость рекомендуется проводить при полном водонасыщении образцов, температура замораживания - минус 20°С, размораживание в воде при температуре +20°С. Оценку морозостойкости следует осуществлять по коэффициенту морозостойкости, равному отношению предела прочности на растяжение при расколе асфальтобетона при 0°С после циклического замораживания-оттаивания к значению предела прочности до испытаний. В случае, если асфальтобетонное покрытие в процессе эксплуатации подвергается в холодные периоды года воздействию противогололедных реагентов, то при испытании асфальтобетона на 14

Рис.4. Районирование Европейской территории СССР по числу циклов замораживания-оттаивания по зонам: 1 - больше 90 циклов, П - 70-90 циклов, Ш - 50-70 циклов, 1У - 30-50 циклов, У - меньше 30 циклов

морозостойкость размораживание образцов рекомендуется производить в 5«-ном растворе хлористого натрия. Число циклов замораживания-оттаивания должно назначаться исходя из условий района эксплуатации автомобильной дороги с учетом конструкции дорожной одежды.

Требования к морозостойкости асфальтобе ча приведены в табл.2.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Расчет экономического эффекта от внедрения результатов исследований проведен по суммарным приведенным затратам. Ожидаемый экономический эффект за счет увеличения межремонтных сроков и снижения затрат на приготовление асфальтобетонной смеси составляет 0,6-2,2 тыс.руб на 1 км покрытия автомобильной дороги.

основные вывода

1. Обобщение результатов советских и зарубежных исследований в области льдообразования в порах асфальтобетона показало существование здесь трех зон фазовых превращений воды: зоны переохлаждения, зоны интенсивного льдообразования, зоны стабилизации прироста льдистости. В работе показано, что оптимальной температурой замораживания при испытании асфальтобетона на морозостойкость можно считать температуру минус 20°С, при .которой деструктивные процессы кз-за циклического замораживания-оттаивания в материале в большей степени обусловлены воздействием льда на стенки пор асфальтобетона, чем влиянием водного фактора.

2. На основе проведенных расчетов подтверждено, что наибольшие напряжения в асфальтобетоне при замораживании возникают в результате увеличения объема воды при переходе ее в лед. Величина напряжений связана со структурой асфальтобетона и увеличивается с увеличением содержания щебня, ростом остаточной порис-.тости и уменьшением содержания битума в смеси. Показано, что изменения в структуре асфальтобетона при циклическом замораживании-оттаивании возрастают с увеличением водонасыщения. В связи с этим нецелесообразно проводить испытание на морозостойкость асфальтобетона в сухом состоянии, как предлагают некоторые исследователи.

3. В результате проведенного теплофизического расчета и экспериментальных исследований зависимости продолжительности испытаний от условий замораживания-оттаивания установлено, что время достижения образцами асфальтобетона разных типов заданной температуры различно и связано со структурой материала. С уве-16

лишением содержания щебня, ростом водонасыщения продолжительность замораживания уменьшается - от 3 ч у асфальтобетона типа В до 2 ч 30 мин у асфальтобетона типа А. Время оттаивания, кроме того, связано с условиями нагревания, в турбулизирован-ной жидкости оно меньше, чем в спокойной: 1 ч 30 мин и 2 ч для асфальтобетона типа В, 1 ч и 1 ч 30 мин для асфальтобетона типа А. Показано, что учет типа асфальтобетона при назначении режима испытания позволит значительно сократить трудоемкость определения морозостойкости.

4. Установлено, что изменение прочности при сжатии асфальтобетона в зависимости от количества циклов замораживания-оттаивания имеет циклический характер с периодическим ростом и спадом значений. На основе статической теории деформирования и разрушения материалов, рассматривающей идеально неоднородное тело, сформулирована гипотеза о причинах такого изменения прочности при сжатии, заключающихся в характере перераспределения температурных напряжений между элементарными объемами материала /называемыми первичным зернами/ при циклическом воздействии знакопеременных температур.

5. Результатами экспериментальных исследований подтверждено существование двух этапов изменения пределов прочности на растяжение при расколе при испытании асфальтобетона на морозостойкость: повышения прочности за счет доуплотнения асфальтобетона после первых циклов замораживания-оттаивания и последующего снижения ее за счет увеличения остаточной пористости и водо-яасыщения. Амплитуда и скорость роста прочности обусловлены структурой асфальтобетона: с увеличением содержания щебня в смеси приращение прочности уменьшается, а скорость ее роста увеличивается. Максимальной прочности образцы асфальтобетона типа А достигают после 15 циклов замораживания-оттаивания, типа В -после 25 циклов; увеличение прочности у типа А составляет 1,05, у типа В - 1,09. Аналогично изменяется динамический модуль упругости. После 100 циклов замораживания-оттаивания асфальтобетон имел коэффициенты морозостойкости: тип А - 0,5-0,7, тип Б - 0,77, тип В - 0,78. Доказано, что изменение предела прочности на растяжение при расколе асфальтобетона может служить критерием оценки его морозостойкости.

6. Показано, что влияние вязкости битума на морозостойкость асфальтобетона связано со структурой материала. У мало-

17

щебенистых смесей /20-35$ крупного заполнителе/ снижение вязкости битума ведет к повышению морозостойкости, .;эффициент морозостойкости асфальтобетона типа В после 50 циклов замораживания-оттаивания составил: на битуме БНД 60/S0 и БНД 90/130 -0,90, на битуме БНД 130/200 - 0,93. У многощебенистых асфальтобетонов /35-60$ крупного заполнителя/ морозостойкость повышается с увеличением вязкости битума. Коэффициент морозостойкости асфальтобетона типа А после 50 циклов составил: на битуме БНД 60/90 - 0,85, на битуме БНД 90/130 - 0,78, на битуме БНД 130/2000,79.

7. Вопреки сложившемуся мнению о том, что противогололедные реагенты не оказывают какого-либо заметного влияния на физико-механические свойства асфальтобетона, доказано, что под воздействием 5^-ного раствора хлористого натрия происходит коррозия асфальтобетона, разрушается его структура. Процесс разрушения асфальтобетона ускоряется при совместном действии раствора хлористого натрия и циклического замораживания-оттаивания. Предложено учитывать при проектировании состава асфальтобетона возможное воздействие на него противогололедных солей /особенно в городских условиях/.

8. Разработана программа расчета на ЭВМ требуемого числа циклов замораживания-оттаивания дая конкретных климатических условий. На основе проведенных расчетов предложено районирование Европейской территории СССР по количеству циклов замораживания-оттаивания на пять зон. Даны рекомендации по нормированию коэффициента морозостойкости асфальтобетона в зависимости от его типа и марки для каждой из зон.

9. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов исследований составит от 0,6 до 2,2 тыс.руб на 1 км дорожного покрытия за счет увеличения межремонтных сроков.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Чуракина O.E. Основы расчета периода замораживания-оттаивания при испытаниях асфальтобетона на морозостойкость // Тез.докл. на региональной научно-техн.конференции. - Суздаль, 1989. - С.70.

2. Чуракина O.E. Влияние растворов хлористых солей на асфальтобетон. - М., 1990. - Деп.ЦБ НТИ Минавтодора РСФСР 12.02.90 № 198-ад. - 14 С.