Механические свойства

Свойства асфальтобетона

1. Механические свойства

2. Физические свойства

3. Химические свойства

Асфальтобетон в конструкции в зависимости от температуры и условий деформирования может находиться в следующих структурных состояниях:

· упругохрупком – минеральный остов строго фиксирован застеклованными прослойками битума;

· упругопластичном – зерна минерального остова прочно соединены прослойками битума, которые проявляют при напряжениях, не превышающих предел текучести, упругие и эластичные свойства, а при больших напряжениях упруго-вязкие свойства;

· вязкопластичном – зерна минерального остова соединены полужидкими прослойками битума, и небольшое напряжение приводит к деформированию материала.

Свойства асфальтобетона разделяются на четыре основные группы: механические, физические, химические и технологические.

Под механической нагрузкой асфальтобетон проявляет комплекс свойств: упругость, пластичность, ползучесть, релаксация напряжений, изменение прочности в зависимости от скорости деформирования, накопление деформаций при многократных приложениях нагрузки и т.д.

Прочность – свойство асфальтобетона сопротивляться разрушению под действием механических напряжений. Выражается пределом прочности на одноосное сжатие или (реже) трехосное сжатие, определяемое в стабилометре. Прочность при растяжении определяют непосредственным растяжением специально приготовленного и закрепленного образца или «бразильским» методом.

а

а = 70; 100; 150 Н

200 мм

R_р = αP/DH

Особенностью разрушения асфальтобетона по сравнению с цементобетонном и другими подобными материалами является резко выраженная зависимость прочности от времени действия нагрузки и температуры. Прочность асфальтобетона оценивается при температурах 0, 20 и 50ºС. Разрушение асфальтобетона развивающийся во времени процесс, чем больше значение действующих напряжений, тем быстрее протекает процесс разрушения. Зависимость значений разрушающего напряжения от длительности пребывания материала в напряженном состоянии обусловлена процессом усталости.

Усталость – характеризует постепенное снижение работоспособности асфальтобетона при длительно действующих или многократно повторяющихся нагрузках.

Сдвигоустойчивость – характеризуется прочностью асфальтобетона при сдвиге в условиях повышенных температур.

τ = Р tgφ_аб + C_с + Σ_б

τ – прочность асфальтобетона при статическом сдвиге, МПа

Р – удельная нормальная нагрузка при сдвиге, МПа

tgφ_аб – угол внутреннего трения асфальтобетона с учетом смазывающего действия битума

C_с – зацепление зерен при сдвиге асфальтобетона

Σ_б – сцепление в асфальтобетоне содержащем битум в заданном количестве.

Пластичность – характеризуется показателем пластичности

К = (lg R₁/R₂)/(lg ν₁/ν₂),

где R₁ и R₂ – пределы прочности при 0 и 50ºС соответственно, МПа; ν₁ и ν₂ – скорости деформирования мм/мин. Асфальтобетон непластичный при К < 0,1 нормальной пластичности К=0,15-0,24 и пластичным при К > 0,25

Статический модуль упругости – определяют при приложении единичной нагрузки в середине пролета образца балочки.

Е = Рl / 48 f I

где f – упругий прогиб балочки, I – момент инерции сечения образца (bh³/12).

Динамический модуль упругости – определяют по вышеприведенной формуле, но при продолжительности действия нагрузки 0,1 сек.

Деформативность – оценивается относительной деформацией асфальтобетонных образцов при испытании на изгиб или растяжение. Деформативность асфальтобетона характеризуется обратимыми и необратимыми деформациями.

Обратимые деформации

ε ε

Р = 0

ε₀

ε_l

ε_l

ε₀

τ τ

Упругие Упруго-эластичные

ε = σ / Е (закон Гука)

Необратимые деформации

ε ε

ε₀

Р = 0 ε_l

ε_l

ε₀

τ ε_ост

Пластические τ

ε = σ τ / η (закон Ньютона)

где ε – относительная деформация; σ – напряжение; Е – модуль упругости; τ – время приложения нагрузки; η – вязкость.

Ползучесть – разновидность пластических деформаций, постепенно нарастающих под действием незначительных силовых факторов по величине значительно меньше тех, которые способны вызывать остаточную деформацию за обычные периоды наблюдений (например, собственный вес).

Повышенное содержание битума в составе асфальтобетона, а также высокие температуры способствуют повышению ползучести. Щебень и песок в составе асфальтобетона снижают ползучесть.

Текучесть – медленно нарастающая деформация без увеличения напряжений в материале. Текучесть, величина обратная вязкости.

Релаксация – процесс снижения внутренних напряжений в материале при постоянной деформации. Период релаксации – время, за которое напряжение понижается в 2,72 раза. Напряжение в асфальтобетоне при постоянной деформации делят на релаксирующие и нерелаксирующие. Релаксирующая часть напряжений взаимосвязана с типом структуры асфальтовой системы, реалогическим состоянием, начальным напряжением и скоростью нагружения.

Износостойкость – способность асфальтобетонного покрытия сопротивляться износу, под действием сил трения, вызываемых проскальзыванием колес автомобиля по поверхности покрытия и вакуумных сил, возникающих под движущимся автомобилем (прибор ХАДИ) (0,3-1 мм в год).