Всё об асфальтировании / Дорожно-строительный дайджест

Структура дорожно-строительных материалов

Структура различных дорожно-строительных материалов: ее влияние на прочность, деформационные свойства и долговечность дорожной одежды

Типовая дорожная одежда, как правило, состоит из нескольких слоев, каждый из которых выполняет определенную функцию в работе всей одежды (дренирующую, морозозащитную и т.д.). При совместном воздействии многократно повторяющихся нагрузок от автомобилей и погодно-климатических факторов в земляном полотне и слоях дорожной одежды возникают различные напряжения и деформации, которые, постепенно накапливаясь, могут стать причиной их разрушения. Все деформации и разрушения дорожной одежды принято относить к дефектам состояния дороги.

Деформация дорожной одежды — изменение размеров и формы одного или нескольких слоев дорожной одежды, без уменьшения их массы и без потери сплошности. Типичным примером деформации дорожной одежды (изменения размера и формы, без уменьшения массы и потери сплошности) является образование на дорожном покрытии колеи вследствие накопления остаточных пластичных деформаций в процессе эксплуатации дороги или же по причине недостаточного уплотнения слоев в процессе асфальтирования, либо устройства подстилающих слоев основания.

Разрушение дорожной одежды — изменение размеров и формы одного или нескольких слоев дорожной одежды, с уменьшением их массы или потерей сплошности (монолитности). Типичным примером разрушения дорожной одежды является появление крупных и мелких трещин, образование провалов, ям и выбоин, а также уменьшение толщины слоя вследствие истирания (износа) покрытия.

Деформационные свойства дорожной одежды, проявляющиеся под действием нагрузки от транспортных средств и погодно-климатических факторов, во многом определяются характеристиками дорожно-строительного материала, применяемого при устройстве слоев дорожной одежды (дорожного покрытия и/или дорожного основания), а также типом внутренней структуры этого материала.

В зависимости от внутренней структуры, дорожно-строительные материалы применяемые при устройстве дорожной одежды делятся на 4 типа:

  • с контактным типом структуры — минеральные материалы не обработанные вяжущим (щебень, гравий, песок, грунт и др.). Такие материалы, как правило, используются при устройстве слоев дорожного основания, реже — слоев дорожного покрытия;
  • с коагуляционным типом структуры — минеральные материалы обработанные органическим вяжущим (черный щебень, асфальтобетон, щма, дегтебетон, эмульсионно-минеральные смеси и др.). Такие дорожно-строительные материалы чаще всего применяются для создания слоев дорожного покрытия, реже — верхних слоев основания;
  • с кристаллизационным типом структуры — минеральные материалы укрепленные минеральным вяжущим (цементом, известью или др.). К дорожно-строительным материалам с кристаллизационным типом внутренней структуры относится цементобетон, грунтобетон, некоторые виды регенерированного асфальтогранулобетона;
  • с комбинированным (коагуляционно-кристаллизационным) типом структуры — минеральные материалы обработанные органо-минеральным вяжущим (асфальтоцементобетон, асфальтогранулобетон и др.).

Материалы с контактным типом структуры и их деформационные свойства

Контактный тип структуры характерен для слоев дорожной одежды из минеральных материалов не обработанных вяжущим — щебень, гравий, песок, песчано-гравийная смесь и др. В слоях со структурой контактного типа зерна минерального материала взаимодействуют между собой непосредственно. Такие слои не обладают связностью и практически не проявляют вязких свойств.

Для слоев дорожного покрытия устроенных из материалов с контактным типом структуры наиболее характерными являются деформации в виде волн, выбоин, а также повышенный износ покрытия. Для слоев дорожного основания устроенных из материалов контактного типа характерными являются деформации в виде просадок, происходящие за счет доуплотнения и размельчения крупных фракций минерального материала.

При каждом прогибе дорожной одежды отдельные зерна минерального материала, взаимодействуя друг с другом, истираются, обламываются и раскалываются, что приводит к их размельчению. Раскалывание зерен минерального материала происходит потому, что в точках контакта зерен друг с другом возникают большие напряжения сжатия, которые могут превышать предел прочности каменного материала на сжатие или раскалывание. Особо интенсивно эти процессы происходят в слоях дорожной одежды устроенных из малопрочных каменных материалов (например, щебня из осадочных и рыхлых горных пород).

В мелких частицах (размером менее 0,07 мм), образующихся при размельчении крупных зерен щебня или другого минерального материала, может происходить капиллярное поднятие и длительное удержание воды. Образуемая таким образом влажная пластичная масса (из мелких частиц насыщенных водой) действует как смазка, облегчая перемещение зерен друг относительно друга, ускоряя дальнейшее их измельчение, уменьшая тем самым упругость слоя и, соответственно, увеличивая размеры прогиба дорожной одежды под колесами автомобилей.

Материалы с коагуляционным типом структуры и их деформационные свойства

К материалам с коагуляционным типом структуры относятся минеральные материалы (и их смеси) обработанные органическими вяжущими (битумом или битумной эмульсией) — асфальтобетон, дегтебетон, щебеночно-мастичный асфальт, черный щебень, эмульсионно-минеральные смеси и др.

Физико-механические свойства материалов обработанных органическими вяжущими определяются особенностями связей, возникающих между отдельными минеральными зернами, и зависят от свойств вяжущего и толщины пленки вяжущего покрывающего минеральные зерна, а также от характера и интенсивности изменения химического состава вяжущего в процессе эксплуатации дороги (перехода части масел в смолы, а части смол — в асфальтены).

Дорожно-строительные материалы с коагуляционным типом структуры отличаются повышенной связностью и под действием нагрузки проявляют как упругие, так и вязкие свойства. Применяются такие материалы чаще всего при устройстве асфальтированных слоев дорожных покрытий, реже — для устройства верхних слоев основания.

Особенностью дорожных одежд построенных с применением материалов на органических вяжущих, является то, что в течение срока службы дороги их эксплуатационные характеристики постоянно меняются, что обусловлено несколькими факторами: регулярным изменением температурного режима, воздействием транспортных нагрузок, а также непрерывным изменением свойств вяжущего в процессе эксплуатации дорожной одежды.

В зависимости от температуры, свойств вяжущего и характера транспортной нагрузки, покрытия с коагуляционным типом структуры будут обладать свойствами упругих, упруговязких или упруговязкопластичных сред. Чем ниже температура и меньше продолжительность действия нагрузки, тем выше упругие свойства такого покрытия. По мере повышения температуры и увеличения продолжительности действия нагрузки начинают преобладать пластические свойства покрытия. При отрицательных температурах (ниже 0 °С), покрытия из материалов с коагуляционным типом структуры приобретают свойства хрупкого тела — повышается модуль упругости и сопротивление сжатию, но одновременно снижается способность материала деформироваться без нарушения сплошности.

Для слоев дорожного покрытия с коагуляционным типом структуры наиболее характерны разрушения в виде усталостных и температурных трещин, а также деформации в виде сдвигов и наплывов. Наибольшую опасность представляет резкое понижение температуры покрытия зимой, а также медленное и глубокое промерзание дорожной конструкции, способствующее неравномерному пучению земляного полотна и поднятию проезжей части, особенно на участках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями. Указанные явления могут приводить к появлению в дорожной одежде трещин независимо от характера и интенсивности движения.

Дорожно-строительные материалы с кристаллизационным типом структуры

К дорожно-строительным материалам с кристаллизационным типом структуры относятся минеральные материалы (а также их смеси) укрепленные минеральным вяжущим (цементом, известью) — цементобетон, грунтобетон и пр.

Связь между частицами материала с кристаллизационным типом структуры осуществляется в результате спаек, образуемых кристаллами минерального вяжущего. Для таких материалов характерна повышенная жесткость, прочность и хорошая упругость. Наиболее опасными напряжениями для слоев дорожной одежды из таких материалов являются растягивающие (возникающие в слое при изгибе), а также сдвиговые напряжения.

Для слоев дорожного покрытия из материалов с кристаллизационным типом структуры наиболее характерными разрушениями являются трещины, сколы, проломы, шелушение, а также истирание покрытия. Большие напряжения в цементобетонных покрытиях возникают от воздействия нагрузок и изменяющейся температуры. При изменении температуры воздуха, цементобетонное покрытие стремится изменить свои размеры, но из-за сопротивления сил трения нижней поверхности покрытия о грунт (или другой материал основания) это становится затруднительным и в покрытии могут возникать температурные напряжения. К температурным относят также напряжения, возникающие в покрытии в результате неравномерного распределения в нем температур по толщине. Температурные напряжения совместно с напряжениями от воздействия нагрузок транспорта приводят к образованию в цементобетоне трещин.

Фото по теме

Слой дорожной одежды из щебня Слой дорожной одежды из асфальтобетона Слой дорожной одежды из цементобетона Слой дорожной одежды из асфальтоцементобетона

Асфальтирование, ремонт и строительство дорог в Киеве и Киевской области

Полный цикл дорожно-строительных и дорожно-ремонтных работ по Киеву и Киевской области. Услуги асфальтирования дорог, улиц, проездов, технологических площадок и различных территорий. Текущий и капитальный ремонт асфальтированных дорожных покрытий. Строительство автодорог I–V категории с покрытиями из литого и вибролитого асфальтобетона, щебеночно-мастичного асфальта и др.

Заказать «Обратный звонок»

Обратный звонок

Ваше имя

Ваш номер телефона

* Укажите ваше имя, ваш номер телефона и мы свяжемся с вами в течение часа