Дипломная работа: Аналіз впливу різноманітних чинників на тріщиноутворення нежорстких дорожніх одягів

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.

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 δ_і (і = 1,2,…к), в межах кожного з яких температура Т_і 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 – τ_і (х) та нормальні напруження – r_і , величина і напрямок яких змінюються в залежності від нагрівання чи охолодження покриття. При різкому зниженні температури Т_в 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.