Асфальтобетон як основний матеріал для влаштування покриттів автомобільних доріг найбільше схильний до різних експлуатаційним впливам. При цьому асфальтобетонне покриття вступає в експлуатацію вже з набором дефектів, набутих на попередніх етапах життєвого циклу. Накопичуються внутрішні напруги і незворотні деформації, пов'язані значною мірою зі зміною структури матеріалу покриття, сприяють появі різних дефектів і пошкоджень. Проведення багатофакторного аналізу та побудова комп'ютерної моделі, яка враховує дефекти, що виникають на різних етапах життєвого циклу асфальтобетону, дозволять вирішити завдання якісного пристрою асфальтобетонних покриттів з поліпшеними показниками фізико-механічних властивостей і збільшення міжремонтних термінів служби.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Пермяков В. Б., Швецов В. А., Захаренко А. В., Семенов А. С., Захаренко А. А.


THE ANALYSIS OF NEGATIVE FACTORS AND ACCUMULATION OF DEFECTS IN ASFALTCONCRETE LAYERS OF ROAD CLOTHES DURING LIFE CYCLE

Asfaltconcrete as the basic material for the device of coverings of highways most all is subject to various operational influences. Thus asfaltconcrete covering comes into service already with a set of the defects got at the previous stages of life cycle. Collecting internal pressure and the irreversible deformations connected appreciably with change of structure of a material of a covering, promote occurrence of various defects and damages. Carrying out of the multifactorial analysis and construction of computer model which considers the defects arising at various stages of life cycle asphaltconcrete, will allow to solve a problem of the qualitative device asphaltconcretes coverings with the improved indicators of physicomechanical properties and the increased reserve maintenance periods of service


Область наук:

  • технології матеріалів

  • Рік видавництва: 2010


    Журнал: Известия Казанського державного архітектурно-будівельного університету


    Наукова стаття на тему 'Аналіз негативних факторів і накопичення дефектів в асфальтобетонних шарах дорожніх одягів протягом життєвого циклу'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз негативних факторів і накопичення дефектів в асфальтобетонних шарах дорожніх одягів протягом життєвого циклу»

    ?УДК 625.7

    Пермяков В.Б. - доктор технічних наук, професор Сибірська державна автомобільно-дорожня академія Швецов В.А. - доктор економічних наук, професор ФДМ ДСД «Далекий Схід»

    Захаренко А.В. - доктор технічних наук, професор Іркутський державний технічний університет Семенов А.С. - кандидат технічних наук, доцент E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. Тихоокеанський державний університет Захаренко А.А. - інженер

    Сибірська державна автомобільно-дорожня академія

    Дегтярьов А.С. - інженер

    ВАТ «ХантимансійскДорСтрой»

    АНАЛІЗ НЕГАТИВНИХ ФАКТОРІВ І НАКОПИЧЕННЯ ДЕФЕКТІВ В асфальтобетонних шарах ДОРОЖНЬОГО ОДЯГУ ПРОТЯГОМ життєвого циклу

    АННТОЦІЯ

    Асфальтобетон як основний матеріал для влаштування покриттів автомобільних доріг найбільше схильний до різних експлуатаційним впливам. При цьому асфальтобетонне покриття вступає в експлуатацію вже з набором дефектів, набутих на попередніх етапах життєвого циклу. Накопичуються внутрішні напруги і незворотні деформації, пов'язані значною мірою зі зміною структури матеріалу покриття, сприяють появі різних дефектів і пошкоджень. Проведення багатофакторного аналізу та побудова комп'ютерної моделі, яка враховує дефекти, що виникають на різних етапах життєвого циклу асфальтобетону, дозволять вирішити завдання якісного пристрою асфальтобетонних покриттів з поліпшеними показниками фізико-механічних властивостей і збільшення міжремонтних термінів служби.

    КЛЮЧОВІ СЛОВА: асфальтобетонне покриття, життєвий цикл асфальтобетону, експлуатаційні впливу, дефекти асфальтобетону.

    Permykov V.B. - doctor of technical sciences, professor Siberian State Automobile and Highway Academy Shvetzov V.A. - doctor of the economical sciences, professor FSG DBR «Dalniy Vostok»

    Zakharenko А ^. - doctor of the technical sciences, professor, Irkutsk State Technical University

    Semenov А ^. - candidate of technical sciences, associate professor

    Pacific National University

    Zakharenko А.А. - engineer

    Siberian State Automobile and Highway Academy

    Degtyarev А ^. - engineer

    JSC «KhantimansiyskDorStroy»

    THE ANALYSIS OF NEGATIVE FACTORS AND ACCUMULATION OF DEFECTS IN ASFALTCONCRETE LAYERS OF ROAD CLOTHES DURING LIFE CYCLE

    ABSTRACT

    Asfaltconcrete as the basic material for the device of coverings of highways most all is subject to various operational influences. Thus asfaltconcrete covering comes into service already with a set of the defects got at the previous stages of life cycle. Collecting internal pressure and the irreversible deformations connected appreciably with change of structure of a material of a covering, promote occurrence of various

    defects and damages. Carrying out of the multifactorial analysis and construction of computer model which considers the defects arising at various stages of life cycle asphaltconcrete, will allow to solve a problem of the qualitative device asphaltconcretes coverings with the improved indicators of physicomechanical properties and the increased reserve maintenance periods of service.

    KEYWORDS: asphaltconcrete pavement, asphalt concrete life cycle, operational influences, defects of an asphalt concrete.

    Вступ

    Основним фінансовим інструментом розвитку транспортної інфраструктури країни є завершення програми «Модернізація транспортної системи Росії (2002-2010 роки)», заходи якої передбачають більш ефективне використання транзитного потенціалу країни. Необхідність переходу від модернізації до сталого розвитку транспортної галузі визначила розробку нової редакції цієї програми - «Розвиток транспортної системи Росії (2010-2015 роки)» [1]. В основу програми лягли основні положення Послань Президента Федеральним Зборам Російської Федерації, рішення Державної Ради, включаючи рішення його Президії від 13 листопада 2007 року, проект Концепції довгострокового соціально-економічного розвитку Російської Федерації, а також Транспортна стратегія Російської Федерації на період до 2030 року, затверджена розпорядженням уряду РФ від 22.11.2008 р №1734-р [2].

    Ефективність використання бюджетних коштів, що виділяються на розвиток транспортної інфраструктури, в значній мірі визначається якістю виконання дорожніх робіт, що підкреслюється програмним документом Федерального дорожнього агентства - «Концепцією забезпечення якості в дорожньому господарстві», орієнтованим на розвиток управління в дорожньому господарстві на основі якості. У вирішенні цього завдання виключно важливе значення має комплексний підхід до поліпшення стану існуючих автомобільних доріг і будівництва нових, що включає: застосування ефективних інноваційних технологій і матеріалів, аналіз дефектів асфальтобетонів, що виникають протягом життєвого циклу, теоретичні та експериментальні дослідження властивостей матеріалів, розробку рекомендацій по етапах життєвого циклу.

    Основна частина

    Асфальтобетон як основний матеріал для влаштування покриттів автомобільних доріг найбільше схильний до різних експлуатаційним впливам (застосовувані вихідні матеріали, умови виробництва асфальтобетонних сумішей на АБЗ, навантаження автотранспортних засобів, інтенсивність руху, природно-кліматичні умови експлуатації, стирається дію коліс, гідрологічні умови). При цьому накопичуються внутрішні напруги і незворотні деформації, пов'язані значною мірою зі зміною структури матеріалу покриття, сприяють появі різних дефектів і пошкоджень (зсувні деформації, утворення тріщин, викришування і посилений знос). Довговічність асфальтобетонних покриттів визначається стабільністю фізико-механічних властивостей асфальтобетону в часі. У зв'язку з цим, облік і аналіз можливих причин виникнення дефектів в залежності від ступеня впливу того чи іншого експлуатаційного фактора дозволять продовжити терміни служби асфальтобетонних покриттів автомобільних доріг з обґрунтуванням тривалості гарантійного періоду на основі результатів експериментальних досліджень на різних етапах життєвого циклу, а також зберегти існуючу дорожню мережу в нормативному стані і своєчасно проводити ремонтні та відновлювальні роботи.

    Розмаїття чинників, що роблять найбільший вплив на стан автомобільних доріг і на умови руху транспортних засобів, можна розділити на грунтово-геологічні та гідрологічні умови, рельєф і ландшафт місцевості, а також погодно-кліматичні умови або фактори.

    З грунтово-геологічних і гідрологічних факторів виділяють тип і характеристики грунтів земляного полотна і підстилаючих шарів, глибину промерзання, глибину і характер залягання грунтових вод, умови стоку поверхневих вод.

    До погодно-кліматичних факторів належать: атмосферний тиск, сонячна радіація, температура і вологість повітря, опади (дощ, снігопад, вітер, заметіль, ожеледь, туман), а також поєднання цих факторів. Основними джерелами зволоження дорожньої конструкції є

    атмосферні опади, які просочуються через тріщини в покритті, узбіччя (особливо в місцях сполучення з проїзною частиною); вода, що застоюється на поверхні полотна, в бічних резервах і кюветах внаслідок утрудненого поверхневого стоку і зволожуюча грунт земляного полотна в процесі молекулярного і капілярного пересування; підземна вода, що піднімається по капілярах, особливо при промерзанні конструкції і близькому до поверхні дороги залягання підземних вод; пароподібна вода, яка переміщається від теплих шарів до більш холодним. Вплив погодно-кліматичних факторів формує водно-тепловий режим земляного полотна, під яким розуміють закономірні сезонні зміни вологості і температури в полотні й шарах дорожніх одягів. В дорожньої конструкції відбуваються складні процеси: нагрівання, охолодження, промерзання, відтавання, випаровування, конденсація, сублімація, облімація. В результаті цього можуть систематично спостерігатися дифузійні процеси руху тепла і вологи, звані Тепломассоперенос або тепловлагообменом, що зумовлюють коливання вологості і температури.

    Зміна характеристик водно-теплового режиму істотно впливає на міцність, довговічність полотна і доріг, призводить до зниження транспортно-експлуатаційних характеристик автомобільних доріг. При цьому ступінь впливу середовища на дорожнє полотно в кінцевому підсумку визначається видом і потужністю джерел зволоження дорожньої конструкції і інтенсивністю температурних впливів, що призводять до тих чи інших деформацій.

    Деформації і руйнування автомобільних доріг поділяють [3] на дефекти і пошкодження покриття і дорожнього одягу в цілому. До дефектів дорожнього одягу відносять просадки і колійний, до її руйнувань - проломи, безодні, руйнування крайок і тріщини. До дефектів покриття - зрушення, хвилі і вм'ятини, до його руйнувань - знос, лущення, викришування, вибоїни, тріщини і сітка тріщин.

    Деформації і руйнування асфальтобетонних покриттів відбуваються під дією вертикальних і дотичних розтягують сил (стиск, розтяг і зсув шару), природних факторів (температура і вологість навколишнього повітря, атмосферні опади, сонячна радіація).

    На думку Л.А. Горелишевой [3], поява дефектів, що знижують експлуатаційні характеристики дорожнього покриття, пов'язане з 3-4 періодами часу, що характеризують стан покриття. Перший (початковий) період відповідає формуванню дорожніх одягів після будівництва. В цей час має місце доуплотненіе шарів дорожнього одягу в результаті відкриття руху транспортних засобів, інтенсивно проходять фізико-механічні та фізико-хімічні процеси під впливом кліматичних умов, відбувається перерозподіл мінеральних часток скелета асфальтобетону. В результаті зменшується товщина плівки в'яжучого на зернах мінеральних часток і товщина покриття в цілому. Стан покриття в цей період, як правило, гарне, але до кінця періоду можуть проявитися дефекти, пов'язані з недоліками в проектуванні або будівництві дороги.

    Другий період - це основний період експлуатації дороги, коли відбувається більш-менш рівномірний освіту деформацій у часі. Інтенсивність цього процесу, а, отже, і тривалість періоду експлуатації залежать як від зовнішніх факторів, головним чином, від характеристик руху транспортних засобів (інтенсивність і склад руху), так і від періодичності і якості виконання робіт з утримання та ремонту. На стан покриття до кінця даного періоду починають впливати умови експлуатації: знижується рівність і зменшується шорсткість, з'являються помітний знос і окремі дефекти у вигляді тріщин, вибоїн, викришування і т.п.

    У третьому періоді накопичуються залишкові деформації починають інтенсивно проявлятися у вигляді дефектів і пошкоджень покриття, пов'язаних зі старінням в'яжучого, і значно знижуються міцнісні характеристики дорожніх одягів. У цей період може відбутися різке зниження рівності та міцності дорожнього одягу, виражене в появі сітки тріщин, вибоїн і локальних руйнувань покриття (четвертий період).

    Фактори, що впливають на довговічність асфальтобетонних покриттів, [4] укрупненно поділяють на дві групи: техногенні та природно-кліматичні. До техногенних факторів віднесено: динамічне навантаження (вертикальна і горизонтальна) від робочих органів ущільнюючої техніки при будівництві і коліс транспорту при експлуатації покриття, а також Антігололеднимі реагенти. При впливі вертикальних і горизонтальних навантажень порушується цілісність плівок структурованого в'яжучого на зернах мінеральних часток і вихідний

    гранулометричний склад мінеральної частини за рахунок дроблення великих часток, що утворюють «скелет» асфальтобетонного покриття та локального руйнування їх в зонах контакту між собою. При цьому найменший ефект дроблення створюється пневмошинах катком, потім по «наростаючій» йдуть статичний і вібраційний гладковальцовими катки. Сіль і інші антиожеледні реагенти викликають хімічне руйнування структурних зв'язків (органічної частини) між мінеральними частинками і порушення цілісності бітумних плівок. До природно-кліматичних факторів віднесено: вода, температура навколишнього повітря і її перепади, сонячна радіація і кисень атмосфери, а також дію мікроорганізмів.

    Протягом життєвого циклу продукту «асфальтобетонна суміш - асфальтобетон» його гранулометричний склад і зміст в ньому бітуму змінюються під впливом різних факторів. Впливає на гранулометричний склад і спосіб відбору проб асфальтобетону для подальшого аналізу. Вирізання циліндричного зразка кільцевої фрезою (керноотборніком), з огляду на малий об'єм взятого матеріалу і великої площі поверхні розпилу, найбільш сильно порушує гранулометричний склад і створює затерту бічну поверхню з замкнутими порами, що ускладнює визначення коефіцієнта ущільнення і водонасичення. Більш переважно випилювання шматка покриття дисковою пилкою, з подальшим видаленням шарів, близьких до поверхонь розпилу. Відомі й інші способи відбору проб, але вже без порушення вихідного гранулометричного складу, наприклад за допомогою заздалегідь укладених на підставу дротяних спіралей (автор - інженер Б.З. Шаяхметов), або металевих пластин, забезпечених дротяними тягами, що виходять на поверхню шару.

    На думку авторів [4], асфальтобетонне покриття автомобільних доріг вступає в експлуатацію вже з набором дефектів, набутих на попередніх етапах життєвого циклу:

    1. Дроблення гірських порід при виробництві щебеню (лещадкамі і мікротріщини на поверхні щебёнок).

    2. Виробництво бітуму (втрата легких фракцій в'яжучого).

    3. Приготування асфальтобетонної суміші на АБЗ (старіння бітуму і сегрегація).

    4. Укладання асфальтобетонної суміші укладальником (сегрегація, можливе незначне порушення вихідного гранулометричного складу).

    5. Укочування асфальтобетонної суміші (порушення вихідного гранулометричного складу). Асфальтобетонна суміш є комплексним багатокомпонентним матеріалом, що змінює

    властивості при зміні складу. Всі технологічні операції (попереднє дозування мінеральних матеріалів, їх нагрівання і сушіння, сортування (просіювання) і короткочасне зберігання нагрітих кам'яних матеріалів, точне дозування мінеральних матеріалів, бітуму або іншого спеціального в'яжучого, мінерального порошку і добавок, змішання складових в змішувачі і вивантаження з нього готової асфальтобетонної суміші, спосіб доставки суміші до місця укладання, час її транспортування, укладання асфальту, режими ущільнення і використовувана техніка) мають значний вплив на властивості асфальтобетонної суміші, сприяючи появі микродефектов і, в кінцевому підсумку, визначаючи довговічність асфальтобетонного покриття [5, 6].

    В процесі експлуатації ці дефекти продовжують накопичуватися. Під колесами автомобіля, що рухається асфальтобетон відчуває бистропротекающие стискають напруги від його ваги і одночасно горизонтальні напруги в поздовжньому напрямку від сил тяги та гальмування, в поперечному напрямку від виникаючих при повороті машини відцентрових сил. При русі автомобіля з набором відомих і ведучих коліс, горизонтальні поздовжні напруження носять до того ж знакозмінний характер. Все це призводить до порушення зв'язку між частинками по бітумних плівок, їх відшаровування від частинок, дроблення частинок, що мають найбільшу кількість первинних дефектів, і локального руйнування (викришування) з порушенням цілості бітумних плівок більш міцних частинок, в їх точках контакту між собою.

    Сонячна радіація і кисень атмосфери викликають старіння бітуму. Негативний вплив протиожеледних матеріалів додатково послаблює зв'язки між мінеральними частинками, і під дією коліс автотранспорту поверхню покриття фарбували. В утворюються поглибленнях накопичується вода, яка, проникаючи всередину покриття, розриває його при циклах «заморожування-відтавання», збільшуючи тріщини. Аналіз експлуатаційних навантажень, що діють на асфальтобетонне покриття, показує можливість значного продовження терміну його служби за рахунок керування структурою на стадії укладання і ущільнення асфальтобетонної суміші.

    Асфальтобетонні покриття при тривалому зволоженні, внаслідок ослаблення структурних зв'язків, можуть руйнуватися за рахунок викришування мінеральних зерен, що призводить до підвищеного зносу і утворення вибоїн. Вода, як полярна рідина, добре змочує все мінеральні матеріали, при тривалому контакті проникаючи під плівку бітуму. При цьому мінеральні матеріали з позитивним потенціалом заряду поверхні (кальцит, доломіт, вапняк) більшою мірою перешкоджають витіснення бітумної плівки водою, ніж матеріали з негативним потенціалом поверхні (кварц, граніт, андезит).

    Вода, проникаючи в мікродефекти структури асфальтобетону, призводить до зниження міцності матеріалу за рахунок зниження поверхневої енергії стінок тріщин і ослаблення структурних зв'язків у вершини тріщини в міру її розвитку. Переміщаючись в порах, вода викликає нерівномірний розподіл напружень, що також призводить до руйнування. Найбільш руйнівна дія надають поперемінне заморожування і відтавання асфальтобетону восени і навесні. Морозостійкість асфальтобетону на гранітному матеріалі значно нижче, ніж на вапняковому. Це пояснюється тим, що природа сил зв'язку «бітум-граніт» фізична, в той час як зв'язок «бітум-вапняк» фізико-хімічна. Напруження, що виникають при замерзанні води, легко руйнують фізичні зв'язку, але не в змозі зруйнувати хімічні.

    висновок

    Таким чином, проведення багатофакторного аналізу, що враховує весь спектр дефектів, що виникають на різних етапах життєвого циклу асфальтобетону, з побудовою фізичної моделі, а також розробка єдиних техніко-технологічних рішень і рекомендацій на її основі (з систематизацією вітчизняного і зарубіжного досвіду виявлення дефектів на всіх стадіях як підготовки вихідних компонентів асфальтобетонних сумішей, режимів її приготування, так і технології її укладання і ущільнення) дозволять вирішити завдання якісного пристрою асфальтобетонних покриттів з поліпшеними показниками фізико-механічних властивостей і збільшення міжремонтних термінів служби.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Федеральна цільова програма «Розвиток транспортної системи Росії (2010-2015)». Підпрограма «Автомобільні дороги». Затверджено постановою Уряду Російської Федерації 20.05.2008 р № 377. - М .: Інформавтодор, 2008. - 136 с.

    2. Транспортна стратегія Російської Федерації на період до 2030 року. Затверджено розпорядженням Уряду РФ від 22.11.2008 р № 1734-р.

    3. Горелишева Л.А. Нові ефективні методи ремонту, утримання та вдосконалення асфальтобетонних покриттів: Огляд. інформ. - М .: Інформавтодор, 2006. - 104 с.

    4. Захаренко А.В., Дегтярьов А.С., Захаренко О.А. Порівняльні дослідження результатів випробування зразків асфальтобетонних сумішей і асфальтобетонних покриттів з застосуванням методів і випробувального устаткування: асфальтоаналізаторов типу «Інфратест», випалювання і екстрагування по ГОСТ 12801-98. - ВАТ «Хантимансійскдорстрой», 2008. - 19 с.

    5. Маришев Б.С., Соловйов Б.Н. Асфальтобетонні заводи і технологічне обладнання для їх оснащення // «Дорожня техніка», 2004. - 96 с.

    6. Іванченко С.М., Ярмолинецький Н.І., Парфьонов А.А. Забезпечення якості асфальтобетону з урахуванням властивостей складових і технології ущільнення: Учеб. посіб. - Хабаровськ: Изд-во тогу, 2006. - 237 с.


    Ключові слова: асфальтобетонного покриття /Життєвий цикл АСФАЛЬТОБЕТОНУ /Експлуатаційні ВПЛИВУ /ДЕФЕКТИ АСФАЛЬТОБЕТОНУ. /ASPHALTCONCRETE PAVEMENT /ASPHALT CONCRETE LIFE CYCLE /OPERATIONAL INFLUENCES /DEFECTS OF AN ASPHALT CONCRETE

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити