1.5. Эксплуатационные свойства

Эксплуатационные свойства – характеризуют работу материала в элементах дорожной конструкции (главным образом, в покрытии) на протяжении определенного отрезка времени. К ним относят сопротивление скольжению колес автомобиля по покрытию, сопротивление истираемости, противогололедные свойства, степень шума при движении транспортных средств, атмосферостойкость.

Коэффициент сцепления φ определяют как отношение горизонтальной силы Н, необходимой для перемещения колеса по материалу, к вертикальной нагрузке Р:

φ = Н / Р.

Минимально допустимое значение коэффициента сцепления, с точки зрения безопасности движения автомобилей составляет 0,4.

Сопротивление истираемости характеризует стойкость материала к воздействию движущихся транспортных средств. При трении материал постепенно изменяет размеры по толщине. За показатель истирания принимают отношение потери массы материала к площади поперечного сечения образца.

Светотехнические свойства – характеризуют светоотражательную способность материала дорожного покрытия. Эти свойства зависят от текстуры поверхности и степени светлости материала. Гладкая поверхность обладает меньшей светоотражательной способностью, чем шероховатая. Светлые материалы покрытия обеспечивают лучшее отражение света фар автомобилей, чем темные.

Противогололедные свойства – зависят от текстуры поверхности, степени гидрофобности покрытия и наличия на нем антигололедных реагентов. Адгезия льда к покрытию возрастает с увеличением шероховатости. С увеличением гидрофобности материала адгезия льда к покрытию уменьшается. Антигололедные реагенты снижают адгезию льда к покрытию.

Степень шума – зависит от текстуры материала покрытия и его жесткости. На гладкой поверхности шум меньше, чем на шероховатой. Так, асфальтобетонное покрытие из–за меньшей жесткости дает меньше шума при движении транспортных средств, чем цементобетонное.

Добавление в материал покрытия эластичных добавок (каучук, эластомеры) снижает шум.

В целом эксплуатационные свойства характеризуют долговечность дорожной конструкции, то есть способность сохранять работоспособность до наступления предельного состояния. Показателем долговечности может служить, например, срок службы дорожной конструкции до капитального ремонта без потери основных эксплуатационных качеств.

Контрольные вопросы

1. Какие основные свойства характеризуют качество материала и предопределяют область его применения?

2. Что вы знаете об истинной, средней и насыпной плотности материала?

3. Какие свойства материалов по отношению к действию воды вы знаете?

4. Как оценивается морозостойкость материала?

5. Как по результатам испытаний образца материала определяют предел его прочности при сжатии, изгибе?

6. Перечислите основные физические свойства материалов.

7. Что такое «удельная поверхность»? На какие свойства материалов она влияет?

8. Существует ли взаимосвязь между структурой и свойствами материала?

Глава 2. Минеральные вяжущие вещества

Минеральные вяжущие материалы – порошкообразные материалы, образующие при смешении с водой или с водными растворами некоторых солей пластичную тестообразную массу, которая со временем затвердевает и превращается в камневидное тело.

В зависимости от способности твердеть и сохранять прочность, долговечность и другие свойства на воздухе или в воде минеральные вяжущие материалы подразделяют на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе. Можно выделить следующие группы воздушных вяжущих: известковые, состоящие из гидрооксида кальция Са (ОН)₂; гипсовые, состоящие из сульфата кальция (СаSО₄·0,5Н₂О или СаSО₄); магнезиальные, главным компонентом которых служит оксид магния МgO; жидкое стекло – раствор силиката натрия или калия, из-за способности сохранять прочность в кислых средах его называют кислотоупорным вяжущим.

Гидравлические вяжущие способны твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде. Причем, находясь в воде, они могут повышать свою прочность. К этой группе вяжущих относятся: гидравлическая известь и романцемент; портландцемент и его разновидности, отличающиеся специальными свойствами (быстротвердеющий, особо быстротвердеющий, пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, дорожный, тампонажный, белый и цветной); пуццолановый портландцемент; шлакопортландцемент, глиноземистый.

Сырьем для производства минеральных вяжущих веществ служат природные материалы: горные породы и некоторые промышленные отходы. Эти материалы используются как в отдельности, так и в виде смеси нескольких сырьевых компонентов.

Для экономии и регулирования свойств вяжущих материалов в их состав вводят добавки, которые можно разделить на следующие группы:

• активные минеральные гидравлические добавки, повышающие плотность и стойкость цементного камня, растворов и бетонов в пресных и сульфатных водах;

• инертные микронаполнители, обеспечивающие экономию цемента;

• добавки, регулирующие сроки схватывания и твердения;

 поверхностно-активные добавки, которые делятся на пластифицирующие и гидрофобно-пластифицирующие.

Главнейшие показатели качества вяжущих как воздушных, так и гидравлических, – прочность и скорость твердения.

Прочность вяжущих изменяется во времени, поэтому ее оценивают по прочности (обычно на сжатие и изгиб) стандартных образцов, твердеющих определенное время в условиях, установленных стандартом. По этим показателям устанавливают марку вяжущего. Например марка гипсовых вяжущих определяется по прочности образцов из гипсового теста спустя 2 ч после их изготовления, а портландцемента – по прочности образцов из цементо-песчаного раствора – через 28 суток твердения во влажных условиях при температуре (20±2) ⁰С.

Скорость твердения. Очень высокой скоростью твердения обладают гипсовые вяжущие: они полностью затвердевают за несколько часов; очень медленно твердеет воздушная известь: процесс ее твердения длится сотни лет.

В процессе твердения строители различают две стадии: схватывание и набор прочности (собственно твердение). Такое разделение процесса удобно для практических целей.

Схватывание – потеря тестом вяжущего пластично-вязких свойств. Момент, когда появляются признаки загустевания теста, то есть оно начинает терять пластичность, говорит о начале схватывания. Момент, когда тесто превращается в твердое тело, окончательно теряя пластичность, но еще не приобретая значимой прочности, называют концом схватывания. Сроки схватывания гипса 4–30 мин, портландцемента 1,5–10 ч.

Сроки схватывания необходимо знать, так как все работы со смесями на основе вяжущих должны заканчиваться до начала их схватывания, пока они не потеряли пластичности.

Повторное перемешивание после схватывания, особенно с добавлением воды, может привести к существенному снижению прочности материалов на этом вяжущем.