Методическое пособие 820

6.Михневич, И. В. Сравнительное исследование характеристик материалов, применяемых в быстровозводимых сооружениях / И. В. Михневич, С. Д. Николенко, А. В. Черемисин // Научный журнал строительства и архитектуры. — 2016. — № 1 (41). — С. 48—55.

7.Мурзинов, В. Л. Исследование динамики температурного режима газовой среды при пожаре / В. Л. Мурзинов, В. Л. Худиковский, Е. А. Сушко, С. П. Аксенов // Научный журнал строительства и архитектуры. — 2015. — № 4 (40). — С. 118—125.

8.Николенко, С. Д. Разработка конструкций пневматических опалубок / С. Д. Николенко, И. В. Михневич // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. — 2014. — № 2 (15). — С. 18—22.

9.Николенко, С. Д. Сравнительный анализ быстровозводимых сооружений для использования в чрезвычайных ситуациях / С. Д. Николенко, И. В. Михневич // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. — 2013. — № 4 (13). — С. 43—48.

10.Пат. 2568461 Российская Федерация, МПК E 04 G 11/04, E 04 B 1/32. Сооружение на базе пневматической опалубки / Николенко С. Д., Михневич И. В.; заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. арх.- строит. ун-т. — № 2014103233/03; заявл. 30.01.2014; опубл. 20.11.15, Бюл. № 32. — 5 с.

11.Пат. 2603975 Российская Федерация, МПК E 04 G 11/04, E 04 B 1/35. Сооружение коллективной защиты на базе пневматической опалубки / Николенко С. Д., Михневич И. В.; заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. техн. ун-т. — № 2014144237/03; заявл. 31.10.2014; опубл. 10.12.16, Бюл. № 34. — 5 с.

12.Пат. № 2415237 Российская Федерация МПК7 E 04 G 11/04. Быстровозводимое сооружение на базе пневматической опалубки / Казаков Д. А., Михневич И. В., Николенко С. Д.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ВГАСУ. — № 2009139731/03; заявл. 27.10.2009; опубл. 27.03.2011, бюл. № 9.

13. Переславцева, И. И. Особенности и проблемы пожарной безопасности высотных зданий / И. И. Переславцева, Н. С. Бузулукин, Д. Ю. Попков // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. — 2013. — № 2 (11). — С. 84—88.

14. СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*: утв. Минрегион России 30.06.2012. — М.: Минрегион России, 2013. — 112 с.

15. Яременко, С. А. Пожарная безопасность объектов строительства в Российской Федерации / С. А. Яременко, Д. В. Извеков // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. — 2014. — Т. 2, № 4 (17). — С. 110—114.

STUDY OF THE EFFECT OF THERMAL IMPACT

ON THE STRENGTH CHARACTERISTICS OF CONCRETE

I. V. Mikhnevich1, S. D. Nikolenko2

Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh

1Head of the Laboratory of the Dept. of Fire and Industrial Safety, tel.: (473)271-30-00, e-mail: mihnevich@vgasu.vrn.ru

2PhD in Engineering, Assoc. Prof., Prof. of the Dept. of Fire and Industrial Safety, tel.: (473)271-30-00

Statement of the problem. The process of construction and operation of roads requires installation of appropriate structures. To speed up the process, it is proposed that pre-fabricated buildings on the basis of the pneumatic formwork are used that in their operation may be subject to thermal effects from emergency situations and accidents that lead to a loss of strength. The purpose of the paper is to determine changes of the strength characteristics of concrete as caused by these impacts.

Results. An xperimental comparison of the strength characteristics of materials of the proposed buildings without heat exposure and following it was carried out as well as the analysis of the obtained results. Conclusions. In the course of the work a loss of strength of fine aggregate concrete following thermal exposure and an increase in the strength characteristics of claydite-concrete was identified.

Keywords: prefabricated construction, thermal effects, strength, road services.

51

Научный журнал строительства и архитектуры

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

УДК 625.7.004:551.58

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ПОКРЫТИЯ ОТ ДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОДЫ

В. А. Козлов1, А. И. Котов2

Воронежский государственный технический университет1 Россия, г. Воронеж

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» (г. Воронеж)2

Россия, г. Воронеж

1Д-р физ.-мат. наук, зав. кафедрой теоретической и прикладной механики, тел.: (473) 276-40-06, e-mail: v.a.kozlov1@yandex.ru

2Мл. науч. сотрудник24-гонаучно-исследовательскогоотделанаучно-исследовательскогоцентра(ППО и УАВВС),

тел.: 8-910-240-25-87, e-mail: kotlac@yandex.ru

Постановка задачи. Определяющим фактором износа покрытия дорог является динамическое воздействие на него автомобилей транспортного потока. В основном асфальтобетонное покрытие находится в сухом состоянии, но в случае его увлажнения интенсивность образования и рост дефектов асфальтобетона в ряде случаев возрастают. Методы и способы определения скорости образования дефектов покрытия дорог в увлажненном состоянии позволяют понять механизмы развития этих дефектов и определить мероприятия, обеспечивающие долговременную стойкость асфальтобетона к износу.

Результаты. В работе выполнено моделирование динамического воздействия воды на асфальтобетонные покрытия и разработаны методы его измерения при нагрузке от транспортного потока. Приведены расчеты изменения давления внутри пор верхнего слоя покрытия и скорости воды в местах, где образуются дефекты. Установлена связь между параметрами транспортного потока и формированием дефектов на покрытии.

Выводы. В ходе исследования установлено, что кроме известных и описанных дефектов покрытия дорог имеет место износ от воздействия колес движущихся транспортных средств при наличии воды на поверхности покрытия (акваизнос). Динамическое влияние воды, движущейся под воздействием катящегося колеса автомобиля, на асфальтобетонное покрытие представляет сложный процесс, и задача моделирования этого влияния сопряжена с анализом структуры асфальтобетона.

Ключевые слова: износ покрытия автомобильных дорог, асфальтобетонное покрытие, динамическое воздействие воды.

Введение. Дорожным покрытиям автомобильных дорог присущи дефекты в виде пластических деформаций, колейности, выпора и др. [2], и при достаточном сроке эксплуатации всегда присутствуют следы интенсивного износа. На современном этапе развития улучшаются свойства материалов дорожных покрытий и совершенствуются технологии их изготовления, но вопрос стойкости асфальтобетона к износу остается весьма актуальным.

© Козлов В. А., Котов А. И., 2017

52

В статье рассматривается процесс циркуляции воды и моделирование ее движения в верхнем слое дорожного покрытия под воздействием колес движущихся транспортных средств. В результате исследования построены поля величин давлений и скоростей воды в порах асфальтобетона, которые вызывают дополнительные напряжения и приводят к образованию дефектов в покрытии.

1.Постановка задачи. Исследование воздействий нагрузки на дорожную конструкцию проводились как отечественными, так и зарубежными учеными (см., например, [2, 13, 14]) и показали наличие корреляции между статическим и динамическим воздействием нагрузки на величину упругой деформации и износом. Анализ состояния автомобильных дорог показал, что одним из распространенных дефектов на нежестких дорожных одеждах является колея. Закономерности образования дефекта в виде колеи на поверхности асфальтобетонного покрытия под воздействием транспортного потока при различных эксплуатационных условиях изучены не во всех аспектах и имеют сложные зависимости, что вызвано различными эффектами — пластической деформацией покрытия, его износом, включая и деформацию основания. Отмечено, что в местах с повышенной интенсивностью транспортных средств существует связь между необратимыми деформациями асфальтобетонного покрытия и характеристиками транспортного потока, приводящими к образованию колеи. Геометрические параметры колеи могут существенно варьироваться в зависимости от характера воздействия. Так,

всовременной научной и нормативной литературе при оценке состояния дорожного покрытия не в полной мере учитывается динамическое воздействие воды на асфальтобетонное покрытие автомобильной дороги, приводящее к дополнительному углублению колеи.

Одним из проявлений износа полотна дорожного покрытия является образование сетки микропор и трещин, в которых при увлажнении верхнего слоя начинает циркулировать вода. Существующие методы не позволяют замерить эту циркуляцию и оценить ее воздействие на напряженное состояние верхнего слоя асфальтобетона, а следовательно, учесть возникающий износ при воздействии транспортных средств. Так, в работах [4, 6] показаны механизмы износа при сухом трении. Авторы указывают на неравномерность этого износа в различные эксплуатационные периоды, не оговаривая причин. Построенная ими взаимосвязь между интенсивностью и величиной износа не коррелирует с величинами на дорогах городов и дорог малой загруженности. В то же время исследование воздействия транспортных средств на покрытие в условиях наличия поверхностной влаги позволяет говорить о возможном разрушении асфальтобетонных покрытий под действием других физических процессов [5]. Анализ работ, посвященных трибомеханическому воздействию движущихся катков по асфальтобетонным образцам, показал на наличие дополнительных сил взаимодействия в области контакта катка. Увлажнение образцов приводит к изменению этих сил, которое выражается в дополнительной потере мощности этих катков. Это дает повод говорить о влиянии влаги на процесс формирования контакта колеса с покрытием. Очевидно, износ возникает в области контакта и приводит к разрушению верхних элементов покрытия под воздействием движения воды в нем. Воздействие колеса на область контакта, в которой присутствуют касательные и нормальные напряжения, должно приводить к возникновению трещин и раскрытию пор. Наличие влаги создает условие к заполнению этих пор и, как указано в работе [1], может приводить к гидравлическому эффекту от воздействия упругой резины на поверхность покрытия с образованием дефектов. Для учета и последующего анализа этого эффекта необходимо произвести расчет возникающего в зоне контакта колеса с покрытием давления внутри пор, заполненных водой.

2.Уравнения модели движения воды в порах верхнего слоя дорожного покрытия.

Появление указанного выше дефекта асфальтобетонного покрытия обусловлено несколькими факторами [2, 3, 9, 13]. С целью оценки величины влияния каждого из факторов, приводящих к образованию составляющей колеи под воздействием увлажняющего (waterjet) эффекта, проведены серия теоретических исследований и моделирование, позволившие с дос-

53

Научный журнал строительства и архитектуры

таточной достоверностью разделить влияние различных факторов на образование абразивной колеи как в сухом, так и влажном состоянии. Исследование процесса возникновения необратимых деформаций на участках нежестких дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием при воздействии транспортного потока потребовало разработки оригинальной методики оценки влияния динамического воздействия транспортных средств на влажное асфальтобетонное покрытие автомобильной дороги.

Движение транспортного средства по покрытию приводит к интенсивному растеканию воды и ее динамическому сжатию под зоной контакта «пневматик — вода — дорога». В силу слабой сжимаемости воды она начинает свое движение с увеличенной скоростью. Моделирование показало, что в момент ослабления касательных напряжений в покрытии скорость водного потока, текущего из-под фронтальной зоны контакта, может увеличиваться до двух раз, а давление жидкости в зоне контакта сопоставимо с давлением в пневматике колеса (рис. 1).

Рис. 1. Распределение величин нормального и касательного напряжений в покрытии под колесом транспортного средства при влажном состоянии покрытия:

1 — колесо автомобиля; 2 — покрытие дороги; 3 — ось автомобиля; 4 — отпечаток колеса; 5 — область увлажнения покрытия

Решение задачи связано с работой колеса по поверхности покрытия. Предположим, что автомобиль — это поступательно движущаяся система [1] координат с положительным направление движения к фронту набегающей части шины. В этом случае прогибы w описываются дифференциальным уравнением

где Т — растягивающее усилие в пневматике; k — жесткость упругого основания; µ — масса единицы длины; v — скорость качения; коэффициент k1 характеризует затухание.

Для нахождения прогиба в модели определим начальное положение из однородного уравнения:

частное решение которого можно представить в виде w = ecs. Произведя замену и сократив на ecs, получим квадратное уравнение относительно коэффициента с:

Пока скорость качения v мала, величина с1 отрицательна, а величина с2 положительна, и следовательно, уравнение (3) имеет два решения — убывающее с увеличением дуги s:

54

w1 Aec1 s , и возрастающее с ее ростом: w2 Bec2 s , где А и В — постоянные свободной части модели и зоны контакта. Очевидно, что набегающая часть колеса при

T vкр µ

остается недеформированной, а воздействие на покрытие представляет собой механическое перемещение волны по периметру шины. Если скорость качения больше vkp, то материал кольца движется быстрее, чем по нему может распространяться деформация, вызванная нагрузкой, приложенной в зоне контакта.

Нужно отметить, что качение колеса со скоростью, большей vkp, вызывает появление сосредоточенной ударной силы Pj, которую легко определить, рассматривая изменение количества движения у входа в контакт. Каждый раз за время dt этот участок перемещается в новое положение, в связи с чем вертикальная составляющая количества его движения будет уменьшаться на величину μvdtsinφ. Вертикальная же проекция импульса сил, приложенных к участку за то же время, составит (Pj + Tsinφ)dt. Выразив изменение количества движения пропорциональное импульсу силы, найдем:

3. Результаты численного моделирования. Для моделирования используется участок асфальтобетонного покрытия, находящегося непосредственно под колесом, а поверхность этого участка покрыта тонким слоем жидкости, проникающей в поры и трещины. Моделируемый элемент имеет размеры в длину 10 мм и в ширину 20 мм. Объем жидкости пропорционален объему всех открытых пор и трещин в указанном элементе. Транспортное средство движется со скоростью 10 м/с и наезжает на указанный элемент колесом, перекрывая в верхней части поры резиной колеса, давление в пневматике составляет 2×105 Па (рис. 2).

В результате воздействия нагрузки жидкость в порах начинает двигаться, поступая в глубину дефектного участка. На рис. 3б показано распределение давления при воздействии колеса транспортного средства. Изолинии давления показывают его изменение по глубине, причем это распределение неравномерно, так как материал под действием внешней нагрузки колеса также приходит в движение с возникновением локальный зоны более высокого градиента давления. Очевидно, что при устранении нагрузки данное давление будет стремиться раздвинуть частицы материала, вызывая их гидравлический отрыв. Расчет показал, что на толщине слоя в доли миллиметра может быть развита разность давления, при указанной нагрузке P = 0,4-1,0 атмосферы, что может превышать величину адгезии минерального компонента к битуму.

55

Научный журнал строительства и архитектуры

Рис. 2. Область моделирования действия колеса на увлажненное покрытие

Анализ полученных результатов показал, что увеличение прогиба дорожной конструкции под воздействием транспортного потока по сравнению с единичным транспортным средством вызывает большие величины прогиба, это также приводит к появлению большего износа. Увеличение скорости транспортного средства приводит к большей величине «сухого» износа. При движении по влажному покрытию колеса на него действует гидродинамическая подъемная сила, которая уменьшает трение материала шины о дорогу.

Рис. 3. Структура среза разрушающегося асфальтобетонного покрытия с микропорами, являющаяся оцифрованным ее изображением:

а) черным цветом показаны полости, заполненные водой, без цвета — минеральный и битумный материал асфальтобетона;

б) график линий уровня давления, возникающего в каналах с жидкостью, и эквивалентные давления, действующие на материал

56

Дальнейшее моделирование показало нелинейный характер роста P от давления в шинах транспортного средства и скорости его движения. На рис. 4 показаны графики зависимости максимальных значений давлений внутри разрушенного элемента дороги и величины градиента давления от скорости движения транспортного средства. Увеличение максимальных значений давлений жидкости при линейном росте давления пневматика на поверхность дороги свидетельствует о большем вовлечении жидкости в ее движение с одновременной деформацией пор и трещин. Увеличение скорости транспортного средства может увеличить давление жидкости на большую величину, характерную ударной силе P. Все это может привести к гидроразрыву слоев материала, из которого сделано покрытие, и, как следствие, к увеличенному износу в присутствии увлажнения.

На рис. 4 отчетливо видно нелинейное возрастание давления в областях скоростей, характерных для возникновения ударных воздействий от пневматики. Разность давлений между верхним слоем и нижним слоем, по которому проходят поры и трещины, приводят к движению жидкости.

Рис. 4. Графики зависимости максимальных значений давлений внутри разрушенного элемента дороги и величины градиента давления от скорости движения транспортного средства

На рис. 5а показаны расчетные величины скоростей внутри моделируемой структуры, направление потоков. Известно, что жидкость движется с ускорением в сужающихся каналах, и даже при очень малом их размере скорости могут достигать 50 и более метров в секунду. Такое динамическое воздействие воды очень разрушительно и в определенных условиях приводит к разрушению водой, которое в технической литературе называется waterjet и используется для обработки и резки различных материалов.

В силу незначительных скоростей процесс разрушения протекает длительное время и составляет [11] примерно 0,05 мм в час, что при многократном нагружении увеличивает размер дефектов и, как следствие, пористость материала, также быстро движущаяся вода растворяет нестойкие материалы. На рис. 5б показаны величины давлений в каналах пор и микротрещин, соотнесенных с гидростатическим давлением, оказываемым на данных участках. Распределение этих давлений показывает, что на частицы (кроме гидростатического давления) оказывают деформирующее воздействие формируемые потоки, которые стремятся увеличить объемную проницаемость каналов, пор и трещин. Присутствие сдвигающих усилий тонкого верхнего слоя покрытия также существенно ухудшает ситуацию гидродеформируемости его материала, что приводит к трибологическому разрушению верхнего слоя покрытия в присутствии влаги.

57

Научный журнал строительства и архитектуры

Рис. 5. Расчетные величины: a) скоростей внутри моделируемой структуры; б) давления в каналах пор и микротрещин

Выводы. Установлено, что кроме известных и описанных дефектов покрытия дорог имеет место износ от воздействия колес движущихся транспортных средств при наличии воды на поверхности покрытия (акваизнос). В иностранной литературе эффект увеличения абразивного износа при образовании общего дефекта в виде колеи на увлажненном покрытии дороги называют waterjet. В целях уменьшения дефекта асфальтобетона в виде формируемой глубины колеи от износа для материалов, применяемых при строительстве дорожной одежды, необходимо увеличивать их водонепроницаемость, а при увлажнении обеспечивать как можно быстрое отведение воды с поверхности покрытия.

Динамическое влияние воды, движущейся под воздействием катящегося колеса автомобиля, на асфальтобетонное покрытие представляет сложный процесс, и задача моделирования этого влияния сопряжена с анализом структуры асфальтобетона. Для более полного понимания физики процесса необходимо проведение серии натурных исследований, которые с достаточной достоверностью могли бы показать влияние динамического воздействия воды на асфальтобетонное покрытие автомобильной дороги и появление waterjet-эффекта.

Библиографический список

1.Бидерман, В. Л. Автомобильные шины / В. Л. Бидерман, Р. Л. Гуслицер, С. П. Захаров. — М.: Госхимиздат, 1963. — 384 с.

2.Корсунский, М. Б. Оценка прочности дорог с нежесткими одеждами / М. Б. Корсунский. — М.: Транспорт, 1966. — 153 с.

3.Мелькумов В. Н. Прогнозирование величины необратимой деформации дорожной конструкции от воздействия транспортного потока / В. Н. Мелькумов, Ф. В. Матвиенко, А. Н. Канищев, В. В. Волков // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2010. — № 3. — С. 81—92.

4.Николаевский, В. Н. Механика насыщенных пористых сред / В. Н. Николаевский, К. С. Басниев, А. Т. Горбунов, Г. А. Зотов. — М.: Недра, 1970. — 333 с.

5. Николаевский, В. Н. Механические свойства горных пород. Деформации и разрушения / В. Н. Николаевский, Л. Д. Лившиц, И. А. Сизов // Итоги науки и техники. Сер. Механика деформируемого твердого тела. — 1978. — Т. 11. — С. 123—250.

58

6.Определяющие законы механики грунтов: пер. с англ. / под ред. В. Н. Николаевского. — М.: Мир, 1975. — 231 с.

7.Abo-Qudais, S. Prediction of bituminous mixture fatigue life based on accumulated strain / S. Abo-Qudais, I. Shatnawi // J. Constr. Build. Mater. — 2007. — Vol. 21. — P. 1370—1376.

8.Arabani, M. The effect of waste tire thread mesh on the dynamic behaviour of asphalt mixtures / M. Arabani, S. M. Mirabdolazimi, A. R. Sasani // J. Constr. Build. Mater. — 2010. — Vol. 24. — P. 1060— 1068.

9. Fontes, L. P. T. L. Evaluating permanent deformation in asphalt rubber mixtures / L. P. T. L. Fontes,

G.Trichês, J. C Pais, P. A. A. Pereira // J. Constr. Build. Mater. — 2010. — Vol. 24. — P. 1193—1200.

10.Leng, J. Characteristics and Behavior of Geogrid-Reinforced Aggregate under Cyclic Load: A Dissertation… for the Degree of Doctor of Philosophy / J. Leng. — 2002. — 152 p.

11.Louis, Н. Potential of Polymeric Additives for the Cutting Efficiency of Abrasive Waterjets [Электронный ресурс] / Н. Louis, F. Pude, Ch. von Rad // Proceedings of the 2003 Waterjet Conference, August 17—19, 2003. — Houston, TX, 2003. // WaterJet Technology Association (WJTA) and Industrial & Municipal Cleaning Association (IMCA). — Режим доступа: https://www.wjta.org/images/wjta/Proceedings/proceedings%202003.pdf.

13.Mahrez, A. Fatigue and deformation properties of glass fiber reinforced bituminous mixes / A. Mahrez, M. R. Karim, H. Y. Katman // J. Eastern Asia, Soc. Trans. Stud. — 2005. — Vol. 6. — P. 997—1007.

14.Moghaddam, T. B. A review on fatique andrutting performance of asphalt mixes / T. B. Moghaddam, M. R. Karim, M. Abdelaziz // Scientific Research and Essays. — 2011. — Vol. 6 (4). — P. 670—682.

15.Werkmeister, S. Permanent deformation behaviour of unbound granular materials in pavement constructions: PhD thesis / S. Werkmeister. — Dresden, Germany: University of Technology, 2003. — 189 p.

MODELLING FAILURES OF ASPHALT CONCRETE SURFACINGS

CAUSED BY A DYNAMIC IMPACT OF WATER

V. A. Kozlov1, A. I. Kotov2

Voronezh State Technical University1

Russia, Voronezh,

Research Centre «Zhukovsky-Gagarin Air Force Academy» (Voronezh)2

Russia, Voronezh

1D. Sc. in Physics and Mathematics, Head of the Dept. of Theoretical and Applied Mechanics tel.: (473) 276-40-06, e-mail: v.a.kozlov1@yandex.ru

2Junior Research Fellow of the 24th Research Department of the Scientific Research Centre

«Zhukovsky-Gagarin Air Force Academy» (Voronezh), tel.: 8-910-240-25-87, e-mail: kotlac@yandex.ru

Statement of the problem. The central factor contributing to road failures is a dynamic impact of traffic. An asphalt surfacing is mainly dry, but when it gets wet, there is frequently an increase in the number of defects. The methods and ways of determining the defect growth rate in dry roads provide insight into the mechanisms of development of defects and ways to enhance the longevity and defect resistance of asphalt concrete.

Results. We present modeling of a dynamic impact of water on asphalt concrete surfacing and provide the methods of measuring it under a traffic load. Calculations of changes in the pressure inside pores of the upper layer of a surfacing and water speed in spots where defects emerge are shown. A connection was found between the parameters of a traffic flow and defects occurring in a surfacing.

Conclusions. We found that besides the known and described defects a roadway surfacing might fail due to an impact of wheels provided there is some water on the surface (water wear and tear). A dynamic impact of water moving under a rolling wheel of a vehicle on an asphalt concrete surfacing is complex and modeling it involves analysis of the structure of asphalt concrete.

Keywords: wear and tear of roadway surfacings, asphalt concrete surfacing, dynamic impact of water.

59

Научный журнал строительства и архитектуры

УДК 625.7.004:551.58

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВОДЫ В МИКРОПОРАХ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ИЗНОС АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ

В. А. Козлов1, А. И. Котов2

Воронежский государственный технический университет1 Россия, г. Воронеж

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» (г. Воронеж)2

Россия, г. Воронеж

1Д-р физ.-мат. наук, зав. кафедрой теоретической и прикладной механики, тел.: (473) 276-40-06, e-mail: v.a.kozlov1@yandex.ru

2Мл. науч. сотрудник24-гонаучно-исследовательскогоотделанаучно-исследовательскогоцентра(ППО и УАВВС),

тел.: 8-910-240-25-87, e-mail: kotlac@yandex.ru

Постановка задачи. Целью данного исследования является выявление зависимости между увлажненностью покрытия и его износом. На основании полученной корреляционной зависимости предлагаются мероприятия, повышающие износостойкость и долговечность дорожного покрытия. Результаты. Рассмотрен вопрос механического воздействия пневматических шин колес транспортных средств на поверхность асфальтобетонного покрытия автомобильной дороги при наличии тонкого слоя воды. Исследовано гидродинамическое воздействие воды в микропорах покрытия. Возникающее при этом давление в зоне контакта колеса с дорогой является причиной разрушения верхнего слоя покрытия, при котором происходит вымывание его минеральных компонентов. Результатом исследования является определение величин давления в микропорах верхнего тонкого слоя покрытия и определение скорости износа.

Выводы. Увеличение скорости движения транспортных средств и их веса приводит к формированию быстро нарастающего давления в микропорах, величина которого может превышать величину адгезии минеральных компонентов материала асфальтобетонного покрытия. Наличие тонкого слоя воды на поверхности автомобильной дороги при движении по ней транспортных средств потока приводит к увеличению ее износа.

Ключевые слова: износ дорожного покрытия, давление воды, пористая среда.

Введение. Затраты на эксплуатационное содержание дорог с асфальтобетонным покрытием в силу их большой протяженности составляют значительные величины. В осенневесенний период на дорогах появляется большое количество дефектов в виде разрушения, образования сетки трещин, деструкции и деформирования верхнего слоя покрытия. Совершенствование технологий изготовления дорожных материалов и улучшение их физикохимических характеристик увеличили прочность покрытий, но вопрос их износа остается актуальным. Нехарактерные показатели износа проявляются в периоды эксплуатации, связанные с увлажнением верхнего слоя покрытия. Это выражается в проявлении сетки микропор и трещин, в которых циркулирует влага. При этом существующие методы не позволяют определить влияние влаги на процесс износа при воздействии колес транспортных средств.

В статье рассматриваются механизм возникновения циркуляции влаги и экспериментальные методы измерения ее воздействия на износ верхнего слоя асфальтобетона. Получены эмпирические зависимости объемов циркулирующей влаги и возникающие напряжения в асфальтобетонном покрытии от давления воды под действием колес транспортных средств. Так как износ является частью процесса колееобразования, то необходимо понять вклад сухого и влажного износов.

© Козлов В. А., Котов А. И., 2017

60