Долговечность асфальтобетона

Асфальтобетон – это материал, полученный в результате уплотнения специально рассчитанной и приготовленной при соответствующей температуре смеси щебня, песка, минерального порошка и битума. По степени насыщения асфальтобетона основными структурообразующими компонентами в нем различают базальную, поровую и контактную структуру.

В асфальтобетоне с базальной структурой зерна крупного компонента не имеют взаимных контактов и как бы погружены в растворную часть. Дальнейшее насыщение асфальтобетона структурообразующими компонентами приводит к контактированию зерен через тонкие прослойки вяжущего, формируется поровая структура, при которой образуется плотный каркас из зерен, способный воспринимать значительные внешние усилия. В этом случае объем асфальтобетонного раствора соответствует объему пустот в щебеночном каркасе. Дальнейшее увеличение содержания щебня приводит к образованию контактной структуры, в которой объем пустот в щебеночном остове превышает объем асфальтового раствора.

Асфальтобетон, обладающий обратимыми микроструктурными связями, в зависимости от температуры может находиться в следующих структурных состояниях: упруго-хрупком, при котором минеральный остов асфальтобетона строго фиксирован застеклованными прослойками битума; упруго-пластичном, когда зерна минерального остова соединены между собой прослойками битума, которые проявляют при напряжениях не превышающих предел текучести, упругие и эластичные свойства, а при больших напряжениях – упруго-вязкие свойства; вязко-пластичном, при котором зерна минерального остова соединены полужидкими прослойками битума.

Кроме температурных факторов, асфальтобетон подвергается воздействию атмосферных и талых вод, вода проникает в поры асфальтобетона и ослабляет взаимную связь минеральных материалов с пленкой вяжущего. Поэтому оценку прочности асфальтобетона дают по результатам испытаний цилиндрических образцов на сжатие при температурах +50, +20 и 0⁰ С. Если при температурах +50⁰ С ограничивается нижний предел прочности (1,0-1,2 МПа), то при температуре 0⁰ С ограничивается верхний предел прочности (не более 12 МПа). Показатель прочности при +50⁰ С характеризует сдвигоустойчивость асфальтобетона при высокой температуре и сопротивляемость материала образованию пластических деформаций в покрытии. Показатель прочности при 0⁰ С косвенно характеризует трещиностойкость асфальтобетона при низкой температуре.

Водостойкость и морозостойкость. Асфальтобетонные покрытия при длительном увлажнении вследствие ослабления структурных связей могут разрушаться за счет выкрашивания минеральных зерен, что приводит к повышенному износу покрытия и образованию выбоин. Водостойкость асфальтобетона зависит от его плотности и устойчивости адгезионных связей. Вода как полярная жидкость хорошо смачивает все минеральные материалы и потому при длительном увлажнении возможна диффузия воды под битумную пленку. При этом минеральные материалы с положительным потенциалом заряда поверхности (доломит, известняк, кальцит) в большей степени препятствуют вытеснению битумной пленки водой, чем материалы с отрицательным потенциалом поверхности (кварц, гранит, андезит).

Вода, проникая в микродефекты структуры асфальтобетона, приводит к адсорбционному понижению прочности материала за счет снижения поверхностной энергии стенок трещин и ослабления структурных связей у вершины трещины по мере ее развития. Закономерное снижение прочности асфальтобетона с увеличением срока выдерживания его в воде объясняется постепенной диффузией воды внутрь материала и все увеличивающимся расклинивающим действием воды. Значительно разрушает структуру асфальтобетона его частое попеременное увлажнение и высыхание. Большое влияние на водостойкость асфальтобетона оказывает его пористость, которая составляет 3-7%. С уменьшением размера зерен в асфальтобетоне увеличивается количество замкнутых недоступных воде пор. Так, в крупнозернистом бетоне практически все поры открыты, а в мелкозернистом открытые поры составляют 30-40%. Водостойкость определяется величиной водонасыщения, набухания и коэффициентом водостойкости (отношение прочности водонасыщенных образцов к прочности сухих). Коэффициент водостойкости должен быть не меньше 0,9, а при длительном водонасыщении (14 сут.) не менее 0,8.

Морозостойкость асфальтобетона связана в основном с количеством открытых пор и характером взаимодействия между битумом и минеральным материалом. Наиболее разрушительное действие оказывает происходящее весной и осенью попеременное замораживание и оттаивание асфальтобетона. Знакопеременные температуры приводят к возникновению трещин, развивающихся при многократных циклах замораживания и размораживания.

Морозостойкость асфальтобетона обычно оценивается коэффициентом морозостойкости К_м, показывающим снижение прочности при растяжении после определенного количества циклов замораживания и размораживания. Морозостойкость асфальтобетона на гранитном материале значительно ниже, чем на известняковом. Это объясняется тем, что природа сил связи битум-гранит физическая, в то время как связь битум-известняк физико-химическая. Напряжения, возникающие при замерзании воды, легко разрушают физические связи и не в состоянии разрушить химические.

Износостойкость. Износ асфальтового покрытия происходит под действием сил трения, вызываемых проскальзыванием колес автомобилей по поверхности покрытия и вакуумных сил, возникающих под движущимся автомобилем. Износ покрытия определяется: истиранием его структурных элементов, отрывом и уносом с его поверхности зерен песка и раздробленных частиц щебня. Износостойкость асфальтобетона тем выше, чем больше его плотность, чем выше твердость входящих в его состав минеральных материалов и выше сцепление зерен щебня и песка с битумом. Асфальтобетоны, приготовленные на гранитном щебне, более износоустойчивы, чем бетоны на известняковом щебне. Высокую износоустойчивость имеют асфальтобетоны, в состав которых входит щебень с наименьшей дробимостью при укатке. Истираемость асфальтобетонного покрытия при интенсивном автомобильном движении составляет 0,3-1,0 мм в год.