Аналіз впливу різноманітних чинників на тріщиноутворення нежорстких дорожніх одягів (стр. 3 из 18)
Виникнення температурних тріщин визначається в основному властивостями самого покриття – його теплостійкістю та тріщиностійкістю і при підвищенні останньої може запобігатись. Важче домогтися цього на покритті по бетонній основі, на яких розтягу, при тому значному, наражається невелика по довжині смуга покриття, яка розміщується безпосередньо над температурним швом основи, значно розширюючомуся при охолодженні. Слід відмітити, що частка впливу тимчасового навантаження і температурних перепадів на утворення тріщин ще не достатньо досліджені і очевидно їх співвідношення в значній мірі залежить від кліматичних умов експлуатації.
Розглянемо напружений стан асфальтобетонного покриття безпосередньо після його влаштування. Вважаючи покриття безкінечно довгим, розділимо його по товщині на систему шарів δі (і = 1,2,…к), в межах кожного з яких температура Ті приймається постійною (дана схема приведена в графічній частині роботи на листі 3). Під впливом циклічних змін температури по товщині асфальтобетонного покриття в контактних площинах між і-тим і (і +1)-им шарами виникають дотичні – τі(х) та нормальні напруження – rі, величина і напрямок яких змінюються в залежності від нагрівання чи охолодження покриття. При різкому зниженні температури Тв на поверхні асфальтобетону процесу вільного стиску верхнього шару перешкоджають шари з більш високою температурою. В зв’язку з цим ймовірність та координати з’явлення перших тріщин в поверхневому шарі і подальший їх розвиток по товщині асфальтобетонного покриття до підстилаючого шару залежать від градієнта зміни Т і розподілення міцності на розтяг матеріалу по довжині верхнього шару.
В зв’язку з випадковістю цих процесів координати виникнення первинних тріщин також є випадковими величинами. Процес виникнення вторинних тріщин більш близький до детермінованого і в ньому суттєву роль відіграє зона контакту покриття з основою.
Рис. 2.1 Схема температурної дії на асфальтобетоне покриття
Отже, тріщини на покриттях виникають в результаті швидкого росту температурних напружень при різких похолоданнях в зимовий період, а також від прогинів в місцях нерівностей, виникаючих головним чином в період промерзання або відтавання земляного полотна. Якщо крихкість асфальтобетону через мірна, то ці дефекти в сполученні з транспортними навантаженнями часто приводять до значних руйнувань покриття.
2.2 Вплив факторів технологічного порядку
Часто виникнення тріщин зв’язано з нестійкістю і недостатньою міцністю основи, в яких під дією навантаження або під впливом погодних умов виникають небезпечні за розмірами деформації. Такі деформації спостерігаються ранньою весною після відтавання ґрунтової основи дороги. Деформації верхніх шарів покриття, викликані нестійкістю самої основи, а не підстилаючих ґрунтів, зустрічаються значно рідше оскільки основа і підстилаючи шари улаштовуються із матеріалів які не втрачають помітним чином міцності і стійкості при зволоженні. Такі деформації пластичного характеру виникають інколи при гравійних основах з надлишком пилувато-глинистих фракцій і при застосуванні в основі неякісних матеріалів, наприклад, дрібного глинистого піску в підстилаю чому шарі. Хоча недостатні стійкість та міцність основи і впливає на розтріскування асфальтобетонного покриття, при достатньо міцних основах розтріскування визначається властивостями самого покриття – різним ступенем його тріщиностійкості.
Тріщиностійкість асфальтобетону в зимово-весняний період може бути забезпечена достатньою для конкретних умов деформативністю при розтязі та згині, що залежить в основному від реологічних властивостей цього матеріалу.
Тріщини є признаком недостатньої міцності на зріз та розтяг. Причини цього можуть лежати в межах конструктивних недоліків або недоліків будівельних матеріалів. Так наприклад, глибокі тріщини в дорожньому покритті виникають при низьких температурах в тому випадку, коли міцність асфальту на розтяг нижче, ніж розтягуюче напруження, виникаюче в результаті просадки під впливом холоду. Але не завжди утворення тріщин можливо об’яснити тільки недостатньою поведінкою при низьких температурах. В багатьох випадках утворення тріщин викликано певними переважними причинами:
Сіткові тріщини:
– конструктивні недоліки, тобто недостатні розміри або недостатня несуча здатність основи;
– дуже тверде в’яжуче;
– відсутність контакту між шарами.
Повздовжні тріщини:
– недостатні розміри або невірне виконання будівельних робіт;
– передчасні утомлені явища в асфальті.
Повздовжні тріщини в середині дорожнього полотна:
– неякісне виконання стиковочних швів;
– утворення лінз з льоду в несучій конструкції.
Поперечні тріщини:
– використання неузгоджених з районом експлуатації будівельних матеріалів, наприклад, дуже твердого в’яжучого;
– глибокі тріщини після укочування;
– відбивання тріщини з земляного укріплення, лежачого під дорожнім покриттям.
Часто спостерігається, що у випадку виникнення тріщин в результаті несприятливої поведінки при низьких температурах, поверхня дорожнього покриття в тих місцях, де є недостача в’яжучого і надлишок щебеню, швидко становиться пористою, виникає відшарування і виніс матеріалу. Якщо в місцях дорожнього покриття з тріщинами виконують відбір проб або буріння кернів, то часто виявляється, що ці тріщини не пронизують всю товщу дорожнього полотна, а закінчуються у верхній треті бітумного покриття. При відсутності контакту між шарами тріщина закінчується навіть в місці розділу шарів. В таких випадках, частіше за все неможливо з’ясувати чи утворився розподіл шарів під впливом води в результаті проникнення її крізь тріщини або ж при укладанні дорожнього полотна не було забезпечене надійне зчеплення між шарами і в результаті цього проходило прискорене утворення тріщин.
Дорожні покриття з прихованими дефектами в результаті накладання цілого ряду несприятливих факторів характеризуються передчасним і прискореним виникненням тріщин, однак при одночасному виникненні сприятливих факторів такі покриття можуть залишатися або повністю полагодженими, або характеризуватися повільним тріщино утворенням і виникненням пошкоджень. Знання таких факторів особливо важливо тоді, коли в гарантійний період спостерігається початок тріщино утворення і тому необхідно вирішити, чи не має тут скритого дефекту та чи потрібно розраховувати на виникнення інших явних недоліків.
Тріщини виникають в дорожньому полотні при низьких температурах особливо тоді, коли в’яжуче занадто тверде.
Можна назвати наступні можливі причини передчасного затвердіння бітумів, що не дозволяє повністю виключити можливість передчасного виникнення тріщин з цих причин:
- використання бітуму, який не відповідає якості, вказаній у контракті;
- несприятлива поведінка при старінні;
- неправильна підготовка і транспортування (перегрів, силосування та транспортування при доступі кисню і т. д.).
Існує однозначний взаємозв’язок між тріщино утворенням і об’ємом пустот в асфальтобетоні верхнього шару. Чим більший об’єм пустот у верхньому шарі, тим твердіший досліджуємий в цьому місці бітум і тим сильніше виражено тріщино утворення.
Отже, тріщини виникають при використанні занадто твердого бітуму або такого бітуму, який затвердів при перемішуванні з занадто гарячими мінеральними речовинами. Асфальт на основі таких в’яжучих володіє занадто великою крихкістю і в результаті цього він не в змозі компенсувати усадку верхнього шару дорожнього покриття, яка виникає при низьких температурах.
2.3 Вплив факторів втомлено-часового характеру
На надійність роботи дорожніх покриттів значно впливають втомленосні явища. Механізм втомленого руйнування представляється наступним чином – при проході колеса автомобіля максимальні розтягуючи напруження виникають в основі покриття, хоч вони значно менші критичних із-за неоднорідності матеріалу. Локальні напруження часто значно відхиляються від середнього значення, і в місцях де вони перевищують границю пружності плівок бітуму, зв’язки рвуться. Повторне прикладення навантажень приводе до накопичення розірваних зв’язків. В результаті через визначене число циклів прикладення навантажень в нижній частині покриття виникають мілкі тріщини, які потім об’єднуються в великі. Тріщини одночасно ростуть в двох напрямках: вверх і паралельно площині покриття. При подальшому навантаженні тріщина проходить крізь покриття і стає видимою на його поверхні.
По мірі старіння асфальту на проїзній частині нещільні кромки асфальтобетону відокремлюються під впливом руху транспорту та погодних умов. Асфальт починає втрачати свою в’язкість і твердіє. Зміни температури примушують покриття розширюватися та стискатися, що призводить до виникнення тріщин. Подальші переміщення, викликані транспортними навантаженнями, можуть розширити тріщини. Крім того при старінні в’яжучого, покриття стає більш жорстким. Спочатку утворюються волосяні, потім більш широкі тріщини, в які проникає вода, яка замерзає взимку, і покриття поступово руйнується. Для шарів з коагуляційним типом структури найбільш характерні втомленосні та температурні тріщини, деформації у вигляді зсувів і напливів. Фізико-механічні властивості матеріалів, оброблених бітумом, визначаються особливостями зв’язків, виникаючих між окремими зернами, та залежать від властивостей бітуму, товщини його плівки, а з часом – від зміни його хімічного складу.