Структура и текстура асфальтобетона. Механизм его сопротивления транспортным нагрузкам. Зерновой состав минеральных материалов и влияние его компонентов на свойства асфальтобетона. — КиберПедия 

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...

Структура и текстура асфальтобетона. Механизм его сопротивления транспортным нагрузкам. Зерновой состав минеральных материалов и влияние его компонентов на свойства асфальтобетона.

2017-12-13 498
Структура и текстура асфальтобетона. Механизм его сопротивления транспортным нагрузкам. Зерновой состав минеральных материалов и влияние его компонентов на свойства асфальтобетона. 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Структура асфальтобетона. Она определяется качеством и количеством составляющих, их сочетанием, размещением и связями между ними. Структура асфальтобетона определяет его главные свойства: прочность и деформативность, плотность и атмосферостойкость, старение и долговечность.

Структура асфальтобетона весьма сложна, так как минеральные компоненты полидисперсны. Размеры минеральных зерен изменяются в пределах от 10-3 до 40 мм. Это предопределяет различие в характере взаимодействия между минеральными частицами и вяжущим. Полидисперсность предопределяет полиструктуру асфальтобетона, выражающуюся в расположении одной структуры в другой.

Микроструктура, состоящая из битума и наполнителя (минерального порошка), выполняет роль связующего (асфальтовяжущего) и соединяет в моно лит мелкий и крупный заполнитель.

Мезоструктура, состоящая из песка и связующего, заполняет пустоты в щебне и обеспечивает требуемую плотность материала.

Макроструктура, формирующаяся из крупного и мелкого заполнителей, обеспечивает прочность материала и предопределяет структуру и текстуру асфальтобетона.

Полидисперсность минеральной части асфальтобетона определяет также особенности взаимодействия частиц различного размера с вяжущим. Чем меньше частицы, тем в большей степени проявляются их химические свойства, тем выше их структурирующее действие на битум, и, наоборот, чем крупнее частицы, тем в большей степени играют роль их механические свойства Исходя из этого принято частицы размером 0,14... 0,001 мм относить к наполнителям, а частицы 0,14... 5 мм — к мелким и 5... 40 мм - к крупным заполнителям.

Начнем рассмотрение с наименее сложной двухкомпонентной системы - микроструктуры, состоящей из битума и наполнителя. Прочность микроструктуры зависит от количества и взаимосвязи компонентов, пористость - от соотношения наполнитель - битум. Прочность микроструктуры резко изменяется в зависимости от содержания наполнителя. На начальном участке I кривой изменение прочности прямо пропорционально количеству вводимого наполнителя. В этом случае минеральные частицы с образующимися на их поверхности ориентированными слоями битума не взаимодействуют между собой, формируется базальная структура асфальтовяжущего вещества. Увеличение прочности объясняется ростом гидродинамического сопротивления движению. С увеличением содержания наполнителя (участок П) расстояние между отдельными частицами становится меньше, чем сумма толщин структурированных оболочек двух соседних частиц, и с вой el за системы обусловливаются степенью в злимо действия ориентированных слоев. Это приводит к формированию поровой структуры материала. Высокая прочность асфальтовяжущего вещества в точке экстремума объясняется тем, что битумная пленка на зернах толщиной 0,23... 0,25 мкм полностью находится в ориентированном состоянии под действием поверхностных сил минеральных зерен. Точка экстремума соответствует максимальному значению средней плотности.

 

При увеличении количества наполнителя выше оптимального предела в системе увеличивается число пор, битума не хватает для обволакивания минеральных зерен, появляются контакты по твердой поверхности (контактная структура). Все это приводит к резкому снижению прочности (участок III).

Оптимальное количество битума взаимосвязано с его вязкостью. Так, для битума марки БНД 90/130 оно составляет 16 %, а для битума марки БНД 200/300 -14,5%. Различие в оптимальном количестве битума объясняется прежде всего строением его пленок. В высоковязких битумах толщина пленки на зернах всегда больше, чем в менее вязких битумах. Следовательно, в асфальтовяжущем оптимальной структуры битум находится в наилучшем состоянии. Нарушение этого соотношения приводит к снижению прочности асфальтовяжущего вещества.

При введении в асфальтовяжущее вещество песка закономерно снижается прочность системы, что в первую очередь связано с повышением неоднородности смеси и появлением в системе объемного битума. Влияние вязкости исходного битума на прочность уменьшается с ростом содержания в системе песчаных частиц. Прослеживается четкая зависимость отношения битума к минеральному порошку (Б/П) от вязкости битума.

Макроструктура формируется щебнем, который рассматривается как основной структурообразующий элемент асфальтобетонов. Макроструктура асфальтобетона определяется количеств энным соотношением, взаимным расположением, крупностью зерен щебня, связанных в монолит асфальтовым раствором, а также характером процессов взаимодействия на границе раздела фаз: поверхность минерального материала — битум.

Структурообразующая роль щебня так же, как и песка, значительно отличается от роли минерального порошка. Его основное назначение заключается в формировании пространственного каркаса, обеспечивающего прочность асфальтобетона.

При незначительном содержании щебня свойства асфальтобетона определяются свойствами асфальтового раствора, поскольку зерна щебня являются отдельными вкраплениями, "плавающими" в растворной части. Зерна щебня в этом случае разделены толстыми прослойками раствора и являются своего рода инертным заполнителем. Размер, свойства поверхности, форма зерен щебня не оказывают в этом случае существенного влияния на свойства асфальтобетона. Больше того, в некоторых случаях введение 10.. 20 % щебня может привести к снижению прочности асфальтобетона по сравнению с прочностью асфальтового раствора за счет снижения однородности системы.

Дальнейший рост содержания щебня приводит к возникновению отдельных контактов между зернами через тонкие пленки ориентированного битума. Прочность битумных слоев настолько велика, что битум под нагрузкой практически не вытесняется. Однако если нагрузки при уплотнении весьма велики, го возможно разрушение зерен в зонах контакта от сосредоточенных контактных напряжений. При этом разрушается и битумная пленка, возникают прямые контакты по минеральным зернам. Порог формирования точечных контактов в асфальтобетоне наступает при содержании щебня более 45 %. При увеличении щебня до 60... 65 % в асфальтобетоне формируется пространственный каркас. Крупные минеральные зерна контактируют друг с другом непосредственно или через настолько тонкие прослойки битума, что вяжущее я них приобретает свойства твердого тела. Межзерновые пустоты упругого минерального каркаса заполнены асфальтовым раствором. Это норовая структура асфальтобетона.

Дальнейшее увеличение количества щебня приводит к формированию контактной структуры, в которой объем пустот в щебеночном каркасе значительнопревышает объем асфальтового раствора, создает материал с большой пористостью и пониженной прочностью.

В асфальтобетоне наименьшей пористостью обладает микроструктура, наибольшей - макроструктура. Количество открытых пор и их размеры увеличиваются с размером минеральных зерен.

Взаимосвязь структур в асфальтобетоне. Получение асфальтобетона с заданной структурой и свойствами достигается путем установления количественных соотношений между микро-, мезо- и макроструктурами. При этом необходимо помнить, что данной макроструктуре соответствуют только определенные мезо- и микроструктуры. Так, наиболее высокие показатели прочности асфальтобетона с базальной макроструктурой (щебня < 35 %) достигаются при контактно-поровой мезоструктуре (песка> 40 %) и поровой микроструктуре (минерального порошка > 15 %). Наилучшие показатели асфальтобетона с поровой макроструктурой (щебня 50... 60%) достигаются при порово-базальной мезоструктуре (песка 30... 40 %) и базальной микроструктуре (минерального порошка около 10 %), а с контактной макроструктурой (щебня > 65 %) при базальной мезоструктуре (песка < 30 %) и базальной микроструктуре (минерального порошка < 5 %). Отношение битума к минеральному порошку в асфальтобетоне с базальной макроструктурой должно быть в пределах 0,5... 0,6, с базально-поровой - 0,6... 0,9, с поровой и порово-контактной — 0,9... 1,1.

Существует закономерность, согласно которой тип структуры асфальтобетона определяется вязкостью битума. Концентрация минерального порошка в битуме обратно пропорциональна вязкости последнего. Отношение МП:Б для асфальтобетона, приготовленного на битуме марки СГ 70/130, максимально и снижается по мере повышения вязкости битума. Такой переход связан с недостаточной насыщенностью жидких битумов асфальтенами, при этом зерна минерального порошка являются центрами структурообразования и способствуют упрочнению структуры и ее стабилизации. Переход жидких битумов в структурированное состояние сопровождается возникновением коагуляционных контактов, а при значительном насыщении битума минеральным порошком — резким упрочнением системы и формированием вторичной коагуляционной структуры.

Текстура. Она определяется размером и характером размещения структурных составляющих в поверхностном слое. Текстура определяет эксплуатационные свойства асфальтобетонного покрытия, шероховатость (сцепление колеса автомобиля с покрытием), износостойкость, светоотражательную способность, шумность. По степенишероховатости асфальтобетонные покрытия подразделяют на гладкие (выступы до 0 ,1 мм), микрошероховатые (от 0,1 до 0 .5 мм) и макро шероховатые (от 0,5 до 15 мм). С увеличением степени шероховатости покрытия возрастает коэффициент сцепления.

Светоотражательная способность асфальтобетонного покрытия возрастает с увеличением шероховатости Так, рефлекторная способность покрытия с гладкой текстурой составляет 0,10 кд/м2, а с макро шероховатой — 0,15 кд/м2. Шероховатая поверхность обеспечивает лучшее отражение света фар автомобиля, чем гладкая. С увеличением шероховатости покрытия возрастает шум от движения транспорта. _

Механизм сопротивления асфальтобетона транспортным нагрузкам. Напряжения, возникающие в асфальтобетонном покрытии, всецело зависят от транспортных нагрузок и не зависят от вида его структуры. Различие заключается лишь в том, какие напряжения по виду и значению возникают в покрытии и в материалах, составляющих асфальтобетон.

В покрытии из уплотненной битумо-щебеночной смеси, напряжение от колеса транспортного средства передается от зерна к зерну по площади контакта. Проявляются давление от транспорта, трение и зацепление между зернами. Прочность, устойчивость покрытия в этом случае зависит прежде всего от механических свойств зерен щебня, таких как прочность при сжатии и растяжении, износе и расколе. Битумная пленка на минеральных зернах служит вяжущим, обеспечивающим объединение отдельных зерен в монолит. В этом материале механические свойства битумной пленки играют подчиненную роль. Такой тип смесей обычно используют в основании, но иногда применяют и впокрытии (дренирующий асфальтобетон).

В покрытии из асфальтовой мастики, напряжение от колеса транспортного средства полностью передается на асфальтовяжущее. Во избежание деформаций при положительных температурах в этом случае применяют высоко вязкий битум (глубина проникания при 25° С 20... 40°) и большое количество минерального порошка (30... 32 %). Известно, что минеральный порошок структурирует битум, тем самым повышает его температуростойкость.

Все дорожные покрытия из асфальтобетонных смесей по условиям восприятия нагрузки находятся между покрытиями из этих крайних представителей смесей. В одном случае преобладает механизм распределения напряжений на асфальтовый раствор, при котором прочность щебня не является самой важной. В другом случае при большом содержании щебня напряжения воспринимаются каркасом из минеральных зерен. В этом случае требования к механическим свойствам щебня должны быть весьма высокими.

В многощебенистых асфальтобетонах (зерен крупнее 5 мм более 50 % по массе) имеется скелет из зерен щебня. Зерна щебня контактируют друг с другом через тонкие прослойки битума. Межзерновые пустоты заполнены асфальтовым раствором. Остаточная пористость не превышает 5 %. Малощебе-нистый асфальтобетон (зерен крупнее 5 мм 20... 35 % по массе) имеет структуру асфальтового раствора с плавающими зернами щебня. Зерна щебня в этом случае разделены толстыми прослойками раствора и являются своего рода инертным заполнителем: размер, свойства поверхности, форма зерен щебня не оказывают в этом случае существенного влияния на свойства асфальтобетона. Среднещебнистый асфальтобетон (зерен крупнее 5 мм 35... 50 % по массе) занимает промежуточное положение между двумя названными типами. Составы с 35... 40 % щебня по структуре и свойствам приближаются к малощебенистому асфальтобетону. Асфальтобетоны с содержанием щебня 40... 45 % имеют очаговую структуру; нет сплошного каркаса. Свойства асфальтобетонов определяются свойствами растворной части и щебня. При содержании щебня 45... 50 % имеется почти полный каркас.

Таким образом, общее сравнение типовых составов асфальтобетонных смесей и объяснение механизма их сопротивления и распределения напряжений от колес транспортных средств позволяют анализировать поведение асфальтобетона в покрытии при эксплуатации и правильно рекомендовать ту или иную смесь для данных конкретных условий.

 


Поделиться с друзьями:

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...

Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...

Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.018 с.