Шляховики знають, що для ремонту тріщин звичайно застосовується медичний термін «санація» – комплекс лікувально-профілактичних заходів, спрямованих на попередження й ліквідацію захворювань зубів. Тріщини на покритті подібні до хворих зубів, що роблять шкідливий вплив на весь організм людини. І чим раніш й надійніше їх почати «лікувати», тим здоровіше буде «організм» автомобільної дороги.
Тому рішення проблеми тріщиностійкості асфальтобетонів слід розглядати в якості однієї з головних для підвищення довговічності покриття.
2. Аналіз основних причин та факторів, впливаючих на утворенння тріщин
транспорт тріщина дорога покриття
Під надійністю дорожнього одягу розуміють ймовірність безвідмовної роботи конструкції на протязі всього періоду експлуатації до ремонту. Кількісно рівень надійності представляє відношення протяжності міцних (непошкоджених) ділянок до загальної протяжності одягу з відповідним значенням коефіцієнту міцності.
З характерних для асфальтобетонного покриття пошкоджень найбільш небезпечні поперечні тріщини. В усіх випадках утворення тріщин на дорожніх асфальтобетонних покриттях відбувається внаслідок скорочення (при охолодженні) їх розмірів, або при прогині покриття, викликаному в основному деформацією основи і земляного полотна. Тріщини виникають втому випадку, якщо гранично можливе для даного покриття розтягнення і подовження при даних температурах і навантаженні являється недостатнім для запобігання виникаючим критичним напруженням в покритті, перевищуючих його опір розриву.
З їх виникненням найбільш інтенсивне руйнування асфальтобетону виникає в зоні переходу коліс автомобіля з одного краю тріщини на другий – виникнення вибоїн.
Вибоїни – місцеві руйнування покриття глибиною від 20 до 100 мм і більше з різко викресленими краями. Вони виникають перш за все із-за недостатнього зв’язку між мінеральними та органічними матеріалами, недоущільнення покриття, забруднення, використання недоброякісних матеріалів (перепалення асфальтобетонної суміші, попадання необробленого щебеню або піску в суміш і т.д.).
Особливо активно процес виникнення вибоїн розвивається у весняний період, чому сприяє чергування додатних і від’ємних температур повітря та покриття, наявність води в порах покриття. Проникаючи в раковини та мікро тріщини покриття, вода здійснює розклинюючи дію, яке значно збільшується при її замерзанні. Зв’язки між частками матеріалу послаблюються і під впливом коліс автомобіля утворюється вибоїна , яка може швидко збільшитися.
Наїжджаючи на вибоїну, колесо отримує поштовх, що призводить по повторного динамічного удару на деякій відстані за вибоїною. При багаторазовому повторенні цього навантаження утворюється наступна раковина або тріщина, які потім зливаються в одну велику вибоїну.
Іншим аспектом проблеми тріщино утворення є негативний вплив крізних тріщин на водно-тепловий режим земляного полотна. Деструктивний характер води, яка поступає крізь такі тріщини проявляється, перш за все, в перезволоженні ґрунту основи, витрати його несучої здатності та, як наслідок, у руйнуванні асфальтобетонних покриттів у прилягаючих зонах.
Тріщини на покриттях бувають різних розмірів і форми. На асфальтобетонних та інших покриттях, побудованих з використанням органічного в’яжучого, тріщини можуть бути одиночні поперечні, повздовжні, косі та у вигляді сітки.
Тріщини поперечні крізні на всю ширину покриття (температурні) виникають восени та на початку зими внаслідок різких перепадів температури повітря і недостатнього опору температурним напруженням. Вони розміщуються по проїзній частині на певній відстані одна від одної (5-10 м).
Повздовжні тріщини, розташовані через 20-40 см одна від одної на смугах накату, в сполученні з поперечними тріщинами через 1-4 м на всю ширину проїзної частини бувають на покриттях, які містять органічне в’яжуче, побудованих на неміцних основах з ґрунтів або кам’яних матеріалів, укріплених мінеральним в’яжучим (цемент, вапно, золи зносу).
Повздовжні тріщини на асфальтобетонних покриттях часто з’являються на стику двох смуг укладки покриття при поганому спряженні. Повздовжні тріщини на смугах накату виникають під інтенсивним рухом автомобілів через недостатню міцність окремих шарів одягу та ґрунтової основи (недоущільнення, перезволоження), перевищення навантажень та інтенсивності руху в порівнянні з розрахунковими. Тріщини повздовжньо-косі виникають внаслідок недостатньої міцності дорожнього одягу, недоущільнення ґрунтів полотна і їх наступної осадки, особливо на високих насипах, а також над трубами.
Сітка тріщин з мілкими комірками на смугах накату з розміром сторін 10-20 см буває на покритті, як правило, при недостатній міцності основи на ділянках відтавання перезволоженого ґрунту в весняний період і період пучино утворення. Головна причина більшості тріщин – втомленість дорожніх одягів, їх недостатня міцність.
Волосяні тріщини(схожі на павутину) шириною 1-2мм на шарі зносу починають виникати в повздовжньому напрямку і концентруються у колії. Вид мозаїки вони приймають з самого початку тріщиноутворення. Такий тип тріщин нагадує руйнування від втомленості. Цей дефект важко побачити, але він добре видимий на вологому покритті. Якщо покриття містить розжижене в’яжуче, то в теплий час тріщини закриваються. Виникають в наслідок наступних причин: занадто мало в’яжучого; недостатня адгезія асфальтобетонного покриття; втомленість дорожнього одягу в результаті повторюючихся навантажень при інтенсивності руху [4]. Всі види тріщин згруповано, описано причини їх виникнення на листі 1.
Досвід експлуатації автомобільних доріг з асфальтобетонним покриттям показує, що перші тріщини в них виникають на протязі першого року експлуатації, як правило спочатку виникають внутрішні тріщини. Процес виникнення внутрішніх тріщин і пошкоджень є результатом взаємного накладення двох незалежних, але зв’язаних один з одним ефектів. Перші з них – це розповсюдження внутрішніх напружень та їх концентрацій, обумовлене зовнішніми факторами, другий – розповсюдження локальної міцності матеріалу, внутрішніх пошкоджень і структурних дефектів. У випадку асфальтобетонної суміші можна думати, що значні структурні зміни під впливом зовнішніх факторів можуть привести до виникнення дефектів структури, які сприяють процесу руйнування. В моделі крихкого руйнування асфальтобетонної суміші слід також враховувати випадок, коли під впливом зовнішнього навантаження може настати консолідація, тобто змикання мікро тріщин і навіть тріщин.
Ці первинні тріщини практично визначають увесь подальший процес тріщиноутворння в часі та їх фіксування представляє велику наукову цінність для прогнозування довговічності асфальтобетонних покриттів.
Для класифікації тяжкості і об’єму пошкоджень в якості масштабу застосовується частота тріщин (табл. 2.1).
| Стан покриття | Довжина тріщини м/10м2 | Ширина тріщини мм | Глибина тріщини см |
| Немає тріщин | - | - | - |
| Початок виникнення тріщин | 3 | 2 | 1 |
| Сильне виникнення тріщин | близько 10 | 3-10 | 1-5 |
| Дуже сильне виникнення тріщин | 15 | 10 | 5 |
Таблиця 2.1 - Класифікація тяжкості та об’єму тріщин
2.1 Вплив факторів кліматичного порядку
Крізні тріщини є одним з основних видів руйнувань асфальтобетонних покриттів в усіх дорожньо-кліматичних зонах і являються початком для розвитку інших видів руйнувань.
Руйнування асфальтобетону залежить від швидкості навантаження і температури та може носити як крихкий, так і в’язкий характер. Виникнення тріщин на асфальтобетонних покриття відбувається в основному в холодну пору року – взимку або ранньою весною, а також в період відтавання. При більш низьких температурах спочатку виникають правильні поперечні так звані температурні тріщини. Їх появі сприяє швидке пониження температури(таке, наприклад, коли менше ніж за добу вона знижується від 0 до -15, -200). На асфальтобетонних покриттях на бетонній основі такі тріщини з’являються над температурними швами при температурах нижче -100. відстань між „температурними” тріщинами різна – від 8-10м до 40-50м. Ця відстань визначається властивостями покриття і видом основи. На покриттях по бетонній основі вона визначається звично відстанню між температурними швами в основі, які влаштовують через 15-20м. Температурні тріщини можуть бути і повздовжніми, якщо ширина дороги перевищує 10-12м. При двоскатному профілі вони розміщуються по вісі дороги, а при бетонній основі над повздовжнім температурним швом. Температурні тріщини відрізняються від інших підвищеною шириною, яка сягає 1,5см і більше. Ширина тріщин збільшується з часом. Температурні тріщини виникають внаслідок скорочення розмірів покриття при його охолодженні при одночасному збільшенні по мірі охолодження хрупкості асфальтового покриття. Скорочення асфальтобетону при зниженні температури значне, що пояснюється його значним коефіцієнтом температурного розширення(0,00004-0,00005). Про величину розширення можна судити з того, що ділянка дороги довжиною 20м при охолодженні від +50 до -200 скорочується приблизно на 2,5см. При охолодженні в інтервалі додатних температур таке скорочення не призводить до розтріскування, оскільки асфальтобетон в силу пластичності та еластичності здатний розтягуватись під дією напружень. Внаслідок цього виникаючи в покритті напруження поступово гасяться, не доходячи до критичних розмірів. При максимальному зниженні температури асфальтобетон в значній мірі втрачає пластичність і стає крихким. В якийсь момент покриття практично повністю втрачає властивість розтягуватись і при наступному охолодженні і скороченні розмірів напруження в ньому в результаті цього підвищуються настільки, що перевищують міцність його розтягу і призводять до виникнення тріщин в покритті.