Реологические свойства асфальтобетона.

Опыт строительства и эксплуатации асфальтобетонных покрытий, а также исследования, выполненные советскими и зарубежными учеными, показывают, что асфальтобетон является материалом с ярко выраженными реологическими свойствами. Эти свойства проявляются как в летнее время под действием нагрузок от проходящего транспорта, так и в зимнее, когда процессы деформирования происходят за счет охлаждения. Реологические свойства являются объективной характеристикой поведения асфальтобетона в покрытии, так как они дают возможность при определении остаточных деформаций, возникающих на покрытиях за время их эксплуатации, учитывать нагрузки от проходящего транспорта, интенсивность и скорость движения, а также климатические условия. Применение законов реологии даст возможность разработать теорию деформирования асфальтобетона и обосновать требования к его основным эксплуатационным свойствам: сдвигоустойчивости и трещиностойкости.

Основные реологические свойства асфальтобетона можно условно разделить на простые и сложные. К простым относятся упругость, вязкость, пластичность и прочность, сложным — эластичность (запаздывание упругих деформаций) и релаксация напряжений.

Реологические свойства, модели и закономерности изменения свойств битумов под действием различных факторов, описанные выше, характерны и для асфальтобетонов. Однако асфальтобетоны имеют более высокие показатели реологических свойств, в значительной мерс зависящие от структуры материала. Для описания процессов деформирования асфальтобетона многими учеными составлены более сложные модели, чем для битумов. Например, для описания работы асфальтобетона в упр; -говязкопластическом состоянии А. И. Лысихина включила в модель тола Бюргсрса в максвелловский комплекс пластический эле­мент— тело Сен-Венана (рис. 9.5. а), а проф. А. М. Богуславский предложил для описания свойств асфальтобетона реологическую модель, в которой тело Кельвина и тело Максвелла соединены параллельно, а элемент Ссн-Венана добавлен последовательно к полученному комплексу (рис. 9.5. б). Применение этой модели приводит к громоздким математическим уравнениям при решении несложных задач.

Целесообразно применять более простые модели, которые характеризуют состояние асфальтобетона в летнее и зимнее время. При высоких летних температурах асфальтобетон в дорожном покрытии работает как упрутовязкопластический материал или как упрутовязкий. Когда действующие в нем сдвигающие напряжения не превышают предела пластичности (текучести) та.

асфальтобетон работает как упрутовязкнй материал, а когда эти напряжения больше тй. асфальтобетон ведет себя как вязколластичнос тело При р<2%и остаточные деформации накапливаются вследствие вязкого течения, причем их значения невелики. При р>2тй. происходит юнтенсивнос накопление остаточных деформаций за счет вязкопластического деформирования. Анализ реологических свойств асфальтобетона показывает, что для более полной характеристики эксплуатационных свойств этого материала, а именно деформационной устойчивости при высоких летних температурах и деформационной способности в зимнее время, необходимо определять, кроме' упругости и прочности условно-мгновенный модуль упругости (Ев СО, модуль эластичности (Е₂. С2), вязкость ненарушенной структуры т]о. пластическую вязкость т]пл. предел пластичности (текучести) хн, вязкость упругого последействия (Яг, т)г). время релаксации ь,, и время запаздывания (ретардации) Л™. О достаточной деформационной устойчивости асфальтобетонных покрытий в летнее время судят в конечном счете по наличию или отсутствию остаточных деформаций пластического характера.

Эластичность и вязкость асфальтобетона при низких температурах проявляются в запаздывании упругости и в ползучести. Время запаздывания 4ал с понижением температуры увеличивается. Вязкость ненарушенной структуры в значительной степени за-висит от температуры, при понижении которой возрастает и при —20 °С достигает 120 МПа • с.

Релаксация напряжений в асфальтовом бетоне при низких температурах оказывает существенное влияние на деформационную способность материала. Данные исследовании многих \-чсных указывают на то, что в начальный период нагружсния асфальтобетона падение напряжений происходит интенсивно, в даль­нейшем процесс замедляется (рис. 9.6). Начальная скорость релаксации зависит от начального уровня напряжений. Большая скорость релаксации имеет место при большем начальном напря жении. Процесс релаксации значительно замедляется с повышением вязкости асфальтобетона и увеличением жесткости асфаль-товяжушего вещества, а следовательно, 1_Р увеличивается.

С^тцсствуст много методов и приооров. которые позволяют определять реологические постояйные асфальтобетонов испытанием образцов на растяжение, изгиб, сдвиг и кручение. Метод сжатия с некоторым допущением применяется для определения модулей упругости.

Определение реологических ё постоянных у щебенистых асфальтобетонов затрудняется наличием в них крупного структурообразующего материала, так как необходимо увеличивать размеры образцов и не всегда удастся получить их однородными по структуре и без дефектов. Эти факторы искажают данные ис­пытаний. Поэтому испытывают образцы, изготовленные из асфальтового раствора или асфаль-товяжущего вещества.

Для определения вязкости ненарушенной структуры, пластической вязкости и предела пластичности асфальтобетона, работающего в области высоких температур, удобнее пользоваться методом плоскопараллельного сдвига (рис. 9.7). Метод довольно прост и даст хорошие результаты. Для определения реологических постоянных необходимо вначале определить при различных сдвигающих напряжениях скорости сдвига как тангенс утла наклона пря­молинейного участка кривой ползучести (рис. 9.8), а затем по полученным данным построить реограмму или кривую консистент-ности (рис. 9.9). Предел пластичности %Ь устанавливается с помощью рсограм-мы на пересечении прямого участка кривой консистентное™ с осью напряжений (рис. 9.9). Более точным методом определения реологических постоянных асфальтобетона при низких и отрицательных температурах является метод изгиба балочки на двта опорах или консоли (рис. 9.10), предложенный И. К. Яцсвичсм. Размер балочки зависит от крупности асфальтобетона. Для песчаного асфальтобетона обычно используют балочки 16X4X2 см.

Для определения реологических характеристик асфальтобетона может быть использован метод продольного смещения двта цилиндров, между которыми запрессован слой асфальтобетона (рис. 9.11. а), и прибор Всйлсра — Рсбиндера (рис. 9.11.6).

Метод кручения цилиндрических асфальтобетонных образцов был использован В. А. Золотаревым для определения реологических постоянных. При этом один конец цилиндрического образца закреплялся, к другому прикладывалась крутящая нагрузка.

Вязкость асфальтобетона Л. Б. Гсзснцвсй предложил определять с помощью ультразвуковой установки. Метод пока не нашел широкого применения из-за сложности и высокой стоимости аппаратуры.