Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

К.т.н. Галдина В.Д.

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, Россия

 

Зависимость показателей трещиностойкости

асфальтобетонов от структуры и свойств битумов

 

Одной из причин преждевременного выхода из строя дорожных покрытий, является их растрескивание под действием внутренних растягивающих напряжений, возникающих при охлаждении дорожных покрытий [1, 2]. Известно, что трещиностойкость зависит от качества применяемых битумов, поскольку битум является единственным вязкоупругим компонентом, образующим коагуляционные контакты в асфальтобетоне [1, 3, 4]. Поэтому представляется важным установление зависимости между показателями трещиностойкости битумов различной структуры и асфальтобетонов.

Объектами исследования служили окисленные и остаточный битумы из тяжелой западно-казахстанской нефти разных структурных типов с глубиной проникания иглы (П25) при 25 °С, близкой к 80·0,1 мм [5], а также асфальтобетоны типа Г (по ГОСТ 9128) на известняковых минеральных материалах и содержанием всех видов битумов в количестве 6,5 % сверх массы каменных материалов.

Изучение состава и эксплуатационных свойств битумов из тяжелой западно-казахстанской нефти, показало, что вязкие окисленные и остаточный битумы (по сравнению с битумами из отечественных товарных нефтей) содержат повышенное количество парафинонафтеновых и относительно мало ароматических углеводородов, в составе которых преобладает тяжелая ароматика. Вследствие этого показатель растворимости битумов Пр [1] имеет относительно невысокие значения, а дисперсионная среда – меньшую растворяющую способность. Битумы, особенно со структурой, близкой к золю, имеют низкие величины температур хрупкости  и растрескивания , относительно высокие показатели пластичности при низких температурах П0 (таблица).

Таблица

Свойства и состав битумов из тяжелой западно-казахстанской нефти

 

Показатель

Структурный тип битума

золь-гель

окисленный

близкий к золю окисленный

близкий к золю остаточный

Глубина проникания иглы: а) при 25 °С, 0,1 мм

б) при 0 °С, 0,1 мм

87

31

84

22

77

19

Температура, °С: размягчения

хрупкости по Фраасу

растрескивания

50

–21

–43

47

–18

–38

47

–17

–38

Растяжимость при 25 °С, см

56

100

100

Индекс пенетрации

+0,25

–0,7

–0,94

Содержание, % по массе:

- углеводороды: парафинонафтеновые

      ароматические

- смолы

- асфальтены

 

37,2

16,8

22,5

23,5

 

27,4

29,7

28,8

14,1

 

21,2

40,0

27,0

11,8

Показатель растворимости

1,41

3,12

4,16

Марка битума

БНД 60/90

БНД 60/90

БН 60/90

 

Трещиностойкость асфальтобетонов определяли по температурам растрескивания асфальтобетонов  по методике [1] при охлаждении асфальтобетонных образцов со скоростью 0,5 °С/мин, защемленных по концам, и невозможности их свободного деформирования (рис. 1).

 

Рис. 1. Температурные напряжения в асфальтобетонах

на битумах: золь-гель окисленный (1); близкий к золю

окисленный (2); близкий к золю остаточный (3)

 

Из представленных на рис. 1 зависимостей следует, что низкотемпературные свойства битумов отражаются на интенсивности роста температурных напряжений, на температурах появления температурных напряжений и температурах растрескивания асфальтобетонов. Температура растрескивания асфальтобетонных образцов на окисленном битуме со структурой золь-гель на 5 – 6 °С ниже, чем у асфальтобетонных образцов на окисленном и остаточном битумах со структурой, близкой к золю.

Косвенно о трещиностойкости асфальтобетонов можно судить по прочностным показателям. Для асфальтобетонов на исследованных битумах были определены пределы прочности при сжатии при температурах 0 °С (R0), –10 °С (R-10), модули деформации и кинетические характеристики деформативности Р1/Р2 по методике [2], пределы прочности при изгибе Rи, при температуре 0 °С и скорости деформирования 0,007 с-1. Влияние индекса пенетрации битумов на  и показатели трещиностойкости асфальтобетонов показано на рис. 2.

 

а)

б)

 

Рис. 2. Зависимость температур растрескивания и кинетических характеристик

деформативности (а), пределов прочности при сжатии, изгибе и модуля

деформации(б) асфальтобетонов от индекса пенетрации битума

 

При переходе структуры битума от золя к золь-гелю в соответствии с повышением индекса пенетрации понижаются , , прочности и модули деформации, возрастают кинетические характеристики асфальтобетонов. Прочности асфальтобетона на остаточном битуме при сжатии в 1,3 – 1,6 раза, а при изгибе в 1,5 – 1,8 раза превышают аналогичные показатели асфальтобетонов на окисленных битумах. Высокие значения показателей прочности и модуля деформации при 0 и –10 °С асфальтобетона на остаточном битуме обусловливают повышенную его жесткость при отрицательных температурах и пониженную трещиностойкость. Согласно [2], для обеспечения трещиностойкости асфальтобетона при отрицательных температурах он должен быть максимально вязкоупругим, а показатель Р1/Р2 при температуре –10 °С должен быть более 3∙10-4. Как следует из данных рис. 2, этому условию удовлетворяет асфальтобетон на битуме со структурой золь-гель.

Выполненные исследование указывают на определяющее влияние структуры и свойств битумов на показатели трещиностойкости и прочностные свойства асфальтобетонов. Асфальтобетон на битуме со структурой золь-гель характеризуется относительно высокими показателями температурной трещиностойкости.

 

Литература:

1. Печеный, Б.Г. Битумы и битумные композиции / Б.Г. Печеный. – М.: Химия, 1990. – 56 с.

2. Дорожный асфальтобетон / Под ред. Л.Б. Гезенцвея. – М: Транспорт, 1985. – 350 с.

3. Золотарев, В.А. Долговечность дорожных асфальтобетонов / В.А. Золотарев. – Харьков: Вища школа, 1977. – 116 с.

4. Колбановская, А.С. Дорожные битумы / А.С. Колбановская, В.В. Михайлов. – М.: Транспорт, 1973. – 264 с.

5. Галдина, В.Д. Дорожные битумы из западно-сибирской и западно-казахстанской нефтей / В.Д. Галдина. –Омск: СибАДИ, 2010. – 219 с.