Анализ причин и последствий возникновения трещин на асфальтобетонном покрытии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Анализ причин и последствий возникновения трещин на асфальтобетонном покрытии

В.Б. Балабанов, П.А. Бурлаков, Д.А. Угрюмова

Аннотация

Описаны свойства асфальтобетона, и проанализированы причины возникновения трещин на асфальтобетонном покрытии. Рассмотрена классификация данных дефектов, и проведен анализ возможного развития трещин в более значительные разрушения поверхности асфальтобетонного покрытия.

Ключевые слова: трещины; показатель трещиностойкости; показатель деформационной устойчивости; реологическое состояние асфальтобетона.

Annotation

The article describes the properties of asphalt concrete and analyzes the causes of cracks in the asphalt concrete pavement. Also, the authors consider the classification of these defects and give an analysis of the possible development of cracks in more significant fracture of the surface of the asphalt-concrete coating.

Keywords: cracks; crack resistance index; deformation stability index; rheological state of asphaltic concrete.

Асфальтобетон повсеместно применяют в качестве материала для устройства покрытий автомобильных дорог из-за его свойств [4]:

§ высокой механической прочности, благодаря чему покрытия воспринимают усилия, возникающие при движении транспортных средств, без разрушений;

§ упругих и допускаемых пластических деформаций, что позволяет асфальтобетону воспринимать напряжения, возникающие от нагрузки, без разрывов внутренних связей;

§ высокого коэффициента сцепления колеса с покрытием; данный показатель определяет уровень безопасности движения;

§ беспыльности и гигиеничности покрытий, что характеризует экологическую сторону материала;

§ способности поглощать возникающие от нагрузок колебания - демпфирующей способности; данный показатель позволяет покрытию работать в условиях вибрации без разрушения;

§ возможности вторичного использования материала [5].

Кроме положительных качеств, асфальтобетон, в силу реологических свойств, обладает ярко выраженной зависимостью физико-механических показателей от температуры [1]. К основным свойствам реологического состояния асфальтобетона относят:

- показатель деформационной устойчивости при высоких значениях положительной температуры;

- показатель трещиностойкости при низких значениях отрицательной температуры [6].

Если суммарное воздействие нагрузок от транспортного потока и воздействие погодно-климатических факторов превышают предел прочности покрытия, то в зимний период года на нем наблюдается процесс трещинообразования.

Трещины классифицируют по причинам образования:

§ технологические;

§ эксплуатационные:

? температурные;

? усталостные;

? отраженные;

? силовые.

Технологические трещины возникают чаще всего из-за некачественного сопряжения полос укладки верхнего слоя покрытия (рис.1).

Рис. 1. Технологическая трещина

Эксплуатационные появляются в результате растягивающих напряжений, возникающих от совместного воздействия внешних неблагоприятных факторов [2].

Температурные трещины возникают, когда покрытие охлаждается и сопротивляется температурной усадке. Они развиваются сверху, от поверхности покрытия вниз, к основанию (рис. 2);

асфальтобетонный покрытие дефект трещина

Рис. 2. Температурная трещина

Усталостные трещины возникают преимущественно в виде поперечных трещин на нижней поверхности дорожного покрытия вследствие прогиба слоев дорожной одежды, затем, в зависимости от интенсивности движения и климатических факторов, развиваются на всю толщину дорожного покрытия.

Отраженные трещины наиболее характерны для покрытий из асфальтобетона. Возникают в местах швов или трещин жестких трещиновато-блочных оснований (рис. 3) [3].

Рис. 3. Отраженная трещина

Появление силовых трещин обусловлено напряжениями, возникающими от транспортной нагрузки, превышающими несущую способность основания либо прочность асфальтобетона на изгиб (рис. 4).

Рис. 4. Силовые трещины

Хотя динамика развития дефекта и не интенсивна, появление и развитие трещин происходит довольно быстро.

Нагрузка от прохода одного автомобиля создает растягивающие напряжения, которые значительно меньше предельно допустимых значений. Из-за того, что материал не всегда отвечает требованиям однородности, величина локальных напряжений может быть на порядок выше средних значений. В тех случаях, когда локальные напряжения превышают пределы упругих деформаций битумных пленок, происходит разрушение связей. При повторении процесса приложения нагрузок увеличивается количество разрушенных связей. Результатом определенного числа приложений нагрузок становится образование в нижней части покрытия по полосам наката продольных волосяных трещин, которые с течением времени объединяются в большие группы, и в результате образуется сетка трещин. Трещины развиваются параллельно как вверх, так и по длине. Дальнейшие циклы нагружений приводят к тому, что трещина проходит насквозь через покрытие и проявляется на поверхности [7].

Наличие трещин на покрытии и в дорожной одежде оказывает значительное влияние на их прочность, надежность и срок службы.

Трещины нарушают целостность и монолитность дорожной одежды, разделяя ее на отдельные, не связанные между собой блоки. В результате нагрузка от колеса автомобиля передается на значительно ослабленную конструкцию, распределяется на меньшую площадь, создавая повышенные напряжения и деформации.

Сквозь трещины на битум и минеральные компоненты влияют солнечная радиация и атмосферный кислород, вызывая их преждевременное старение.

Через дефекты поступают пыль, реагенты против скольжения и обледенения, смазочные материалы и топливо от транспортных средств, тем самым вызывая усиленное старение покрытия [8].

Через трещины в основание и земляное полотно проникает вода и значительно ослабляет их прочность и несущую способность, а при замерзании увеличивает темп роста трещин по ширине и длине.

При наезде колес на кромки трещины отдельные части покрытий обламываются, стенки дефекта перемещаются относительно друг друга в вертикальной плоскости. В результате кромки обламываются и разрушаются.

В начальной стадии образования трещины практически не оказывают влияния на условия движения автомобилей, но со временем такие дефекты становятся выбоинами и ямами, которые создают препятствия для безопасного движения автомобилей с расчетной скоростью.

В большинстве случаев начальная стадия возникновения выбоин и ям на покрытии совпадает с периодом неблагоприятных погодных условий, например, в весенне-осенний период при частых переходах от положительной температуры воздуха к отрицательной, избыточном увлажнении грунта земляного полотна и слоев дорожной одежды.

При наезде колеса автомобиля на трещину или выбоину возникает динамический удар на покрытии на некотором расстоянии от выбоины (рис. 5). Многократное повторение такого удара приводит к расшатыванию структуры материала, появлению и развитию еще более крупных трещин и раковин, которые затем образуют одну большую выбоину.

Вода, попадая в трещины, усиливает коррозионные физико-химические процессы в материалах дорожной одежды, а при замерзании оказывает растягивающее действие на стенки трещин и отдельные частицы материалов. Учитывая динамическое воздействие транспортных нагрузок материал покрытия в зоне образования трещины начинает разрушаться и выбиваться, а дефект быстро становится выбоиной. Поэтому незаделанная трещина всегда является потенциальным источником появления ям на покрытии.

Рис. 5. Процесс перехода трещин в выбоины: 1 - трещина; 2 - раковина, образовавшаяся при выкрашивании; 3 - расклинивающее действие воды и льда и образование трещин в зоне повторного удара; 4 - вторичный удар колеса; 5, 6 - развитие смежных выбоин и их объединение [7]

Верхние слои покрытия подвержены влиянию неблагоприятных условий и нагрузок от транспорта, поэтому необходимо обеспечить их максимальное сопротивление усталостным разрушениям [10]. Заметно снизить количество трещин и повысить долговечность покрытий позволит применение методов по ликвидации данных дефектов на начальном этапе образования.

Замедлить процесс трещинообразования на асфальтобетонных покрытиях можно посредством применения следующих методов:

§ увеличение толщины верхних слоев асфальтобетонного покрытия. Это позволит отсрочить период появления и развития трещин. Обратной стороной данного метода является удорожание стоимости конструкции. Повышение слоя покрытия для увеличения трещиностойкости должно быть экономически обоснованным;

§ применение армирующих геосеток. Данное решение позволит увеличить запас прочности, долговечности и надежности, а также улучшить работоспособность асфальтобетонных покрытий [9];

§ использование для устройства покрытий широкозахватных асфальтоукладчиков. Данные строительные машины позволяют укладывать асфальтобетонную смесь на всю ширину покрытия и тем самым исключают укладку смежных полос и образование «холодного» продольного стыка [11];

§ применение полимерно-битумных вяжущих. Битум, модифицированный полимерами, обладает большим температурным интервалом работоспособности и лучшими эластичными свойствами, в сравнении с обычными вяжущими [10, 12, 13].

На сегодняшний день исследования, направленные на повышение трещиностойкости асфальтобетонных покрытий, являются актуальными не только в России, но и во всем мире, так как улучшение данной характеристики позволяет увеличить срок службы асфальтобетонного покрытия, снизить затраты на его содержание и ремонт [4].

Библиографический список

1. Кирюхин Г.Н. Температурные режимы работы асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог // Дороги и мосты. 2013. № 2 (30). С. 309-328.

2. ОДМ 218.3.036-2013. Рекомендации по технологии санации трещин и швов в эксплуатируемых дорожных покрытиях. М., 2013. 59 с.

3. Истомин B.C. Практическое руководство по текущему ремонту асфальтобетонных покрытий городской дорожной сети [Электронный ресурс]. URL: http://aquagroup.ru/normdocs/6416 (25.03.2017).

4. Леонович И.И., Мельникова И.С. Трещины в дорожных покрытиях: способы повышения трещиностойкости [Электронный ресурс]. URL:

http://cyberleninka.ru/article/n/treschiny-v-dorozhnyh-pokrytiyah-sposoby-povysheniya-treschinostoykosti (25.03.2017).

5. Всё о строительстве и ремонте. Дорожные одежды [Электронный ресурс]. URL: http://stroi-archive.ru/gorodskie-ulicy-i-dorogi/389-dorozhnye-odezhdy.html (25.03.2017).

6. Студопедия. Реологические свойства асфальтобетонного покрытия. Ползучесть и упруговязкие свойства [Электронный ресурс]. URL: http://studopedia.su/9_43779_reologicheskie-svoystva-asfaltobetonnogo-pokritiya-polzuchest-i-uprugovyazkie-svoystva.html (25.03.2017).

7. Инновационные технологии в дорожном строительстве. Причины образования трещин и ям и их влияние на состояние дорожной одежды [Электронный ресурс]. URL: http://gilsonit.ru/forum/index.php?PAGE_NAME=message&FID=15&TID=26&MID=45#message45 (25.03.2017).

8. Амиров Т.Ж., Зафаров О.З., Юсупов Ж.М. Трещины на асфальтобетонных покрытиях: причины образования и отрицательные последствия [Электронный ресурс]. URL: http://moluch.ru/archive/110/26507/ (25.03.2017).

9. Нгуен Ванг Лонг. Методы повышения трещиностойкости асфальтобетонных покрытий [Электронный ресурс]. URL: http://xn--80aai1dk.xn--p1ai/files/documents/44-redaktor/nauka/izdaniya/nguen_vang.pdf (25.03.2017).

10. Балабанов В.Б., Романовская А.В., Климентьева И.М. Полимерно-битумные вяжущие, пластифицированные отработанными автомобильными маслами // Вестник ИрГТУ. 2013. № 6 (77). С. 72-75.

11. Рентек. Продажа, аренда, сервис, запасные части дорожно-строительной техники [Электронный ресурс]. URL: http://www.rentek.ru/publications/?ID=2055 (25.03.2017).

12. Николенко М.А., Бессчетнов Б.В. Повышение длительной трещиностойкости асфальтобетона дорожных покрытий [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. 2012. № 2. URL: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/856 (25.03.2017).

13. Алексеенко В.В., Балабанов В.Б. Асфальтобетоны на основе битумно-резиновых композиционных вяжущих для дорожного строительства // Вестник ИрГТУ. 2011. № 12 (59). С. 112-114.

Размещено на Allbest.ru