32.Требования к асфальтобетонным смесям и материалам для них.

Требования к асфальтобетонным покрытиям должны меняться: от эксплуатационных условий (интенсивности и состава движения, наиболее высокой температуры местности, наличия фиксированных остановок), от коэффициента трения и пластичности применяемых смесей. Повышения предела прочности при сжатии и уменьшения пластичности достигают надлежащим подбором зернового состава, увеличением крупности и уменьшением окатанности зерен, понижением содержания битума. Пористые смеси, содержащие сравнительно мало битума, обладают большим сопротивлением трению и меньшей пластичностью по сравнению с плотными. Их недостаток — меньший срок службы за счет пониженного сцепления и водостойкости.

При выборе и обосновании асфальтобетонных смесей можно, не прибегая к лабораторным испытаниям, сопоставить сопротивление сдвигу покрытия, определяемое по данным, с наибольшими сдвигающими усилиями от автомобилей. Эти усилия, как указано выше, могут достигать 0,75 вертикального давления (0,5— 0,7 МПа).

Сопоставив сопротивление сдвигу и наибольшее сдвигающее напряжение, получим следующее неравенство для устойчивой смеси:

Действие воды на асфальтобетонное покрытие уменьшает сцепление вяжущего с минеральным материалом, особенно если между ними нет химического взаимодействия. Кроме того, вода может вымывать из вяжущего растворимые соединения или при содержании некоторых солей образовывать эмульсии, также удаляемые водой.

Оценкой прочности при низкой температуре является наибольшее относительное удлинение покрытия, которое характеризует его сопротивляемость разрыву.

Образование трещин в асфальтобетонных покрытиях — следствие влияния ряда факторов, которые могут действовать порознь или совокупно. Из них главнейшие: деформация изгиба при размягчении основания за счет его избыточного увлажнения в весенний период; деформация основания покрытия зимой при неравномерном взбугривании при промерзании; резкие колебания температуры и влажности покрытия в осенне-зимний период; недостаточная деформативная способность покрытия в момент его постройки или в результате старения.

Появления трещин в покрытии можно избежать, если непосредственно под тонким покрытием не допускать размягчающихся слоев, например грунтощебня или гравийного материала, содержащих значительное количество мелкозема, а также материалов, дающих усадку (цементированные материалы). Образования трещин при резких изменениях температуры осенью можно избежать при строительстве покрытий с применением смесей на органическом вяжущем, укладываемых слоями толщиной не менее 10—12 см.

Неравномерное поднятие грунта земляного полотна, вызывающее чрезмерные для данного покрытия относительные удлинения, может возникнуть зимой при самой низкой температуре покрытия, в начале весны в момент наибольшей глубины промерзания, при осадках, оползнях и т. д.

Предупреждать образование трещин в покрытиях в результате осадок или подвижек земляного полотна нужно более качественным выполнением основания, т. е. надлежащим уплотнением насыпей, при котором осадка насыпей не вызовет неравномерных деформаций при весенне-зимнем подъеме влаги или за счет разуплотнения земляного полотна. Теоретические основы прочности и устойчивости асфальтобетонных покрытий отражены в виде нормативов на физико-механические свойства (прочность на сжатие, допустимое уменьшение прочности водонасыщенного асфальтобетона, пористость минерального остова и остаточная пористость) в ГОСТ 9128—84 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон».

Прочность при сжатии нормируют при 50, 20 и 0 °С, что соответствует температуре покрытий в жаркий летний день и в южных районах страны, обычному состоянию покрытия в районах с умеренным климатом, прочности в осенне-зимний период.

Прочность при 0 °С косвенно характеризует и трещиностойкость асфальтобетона при низкой температуре.

Предел прочности при сжатии при температуре 20 °С установлен равным 2,5—2,0 МПа для горячего асфальтобетона, 2,2—1,6 МПа для теплого, 1,2—2,0 МПа для холодного. Пределами требований учтены климатические условия в различных дорожно-климатических зонах, типы и марки смесей.

При температуре 50 °С прочность горячих смесей нормирована пределами 0,8—1,6 МПа, теплых 0,6— 1,2 МПа; прочность при 0 °С должна быть не более 9—13 МПа у горячего асфальтобетона и 7—9 МПа — у теплого. Более высокие значения прочности означают недопустимую хрупкость материала, что ведет к образованию температурных трещин в покрытиях при резком понижении температуры.

Температурные трещины в покрытии образуются только при резком понижении температуры, когда скорость релаксации материала не успевает за увеличением напряжений охлаждающегося асфальтобетона.

Коэффициент водостойкости при обычном и длительном водонасыщении нормируют пределами 0,95—0,60 для горячего, 0,90—0,50 для теплого и 0,75—0,60 для холодного асфальтобетона, что характеризует адгезионные и когезионные свойства материалов, сцепление битума с поверхностью минеральных зерен, набухание битума при увлажнении.

Водостойкость асфальтобетона прямо пропорциональна его морозостойкости.

Смеси типа А, содержащие 50 — 65 % щебня и минимально допустимое количество минерального порошка (4 — 10 %), наиболее сдвигоустойчивы, так как масса асфальтового вяжущего вещества в них, равная 4 + 5 = 9 % (минимум) или 10-f-6 = 16% (максимум), занимает объем 9-1,3=11,7% (минимум) или 16- 1,3 = 20,8 % (максимум), тогда как объем пустот в щебеночно-песчаном каркасе равен 15—20 %. В смесях типов Б и В щебня меньше, чем в смесях типа А (соответственно 35—50 и 20—35 % ), поэтому они менее сдвигоустойчивы.

Остаточная пористость в асфальтобетоне у смесей типа А больше, чем в других типах (соответственно 2—7 и 1—6%), поэтому они менее водостойки.

Такие свойства и структура асфальтобетона различных типов приводят к тому, что в северных районах с повышенной влажностью и сравнительно низкой температурой предпочтительнее смеси типа В, тогда как в южных сухих районах лучше применять смеси типа А.

Наиболее универсален по физико-механическим свойствам асфальтобетон типа Б, поэтому он наиболее распространен.

Таким образом, рассмотрение теоретических основ прочности и устойчивости асфальтобетона показывает, что этот материал настолько универсален и в то же время так изменчив по прочности и пластичности, что его использование возможно в любых дорожно-климатических зонах и при любых возможных транспортных нагрузках.