Дипломная работа: Аналіз впливу різноманітних чинників на тріщиноутворення нежорстких дорожніх одягів
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.
При старінні матеріалу асфальтобетону під дією води та кисню повітря виявляються три стадії. На першій стадії довгий час наростає міцність, водостійкість, зменшуються деформативні властивості матеріалу. Це відбувається за рахунок зменшення кількості масел, збільшення смол, особливо асфальтенів, підвищення в’язкості та когезії бітуму в результаті його взаємодії з мінеральним матеріалом. На другій стадії старіння знижується водо - і морозостійкість бітумомінерального матеріалу без помітної зміни його міцності. Третя стадія супроводжується різким зниженням міцності матеріалу, підвищенням його водо насичення, набухання та зменшенням водо - і морозостійкості. Це призводить до корозії покриття, посиленого викришування мінеральних часток і утворення вибоїн та руйнувань[4].
Рис. 2.2 Вплив старіння бітуму на довговічність покриття
Умовні позначення:
1 – зміна когезійної міцності бітуму;
2 – зміна міцності покриття;
К, С – точки різкого падіння міцності.
3. Аналіз видів та частості тріщиноутворення в залежності від регіональних умов
Регіональні умови розміщення ділянок автомобільної дороги мають безпосередній вплив на умови експлуатації автомобільних доріг. Взагалі на умови експлуатації великий вплив мають кліматичні умови: перепади температури повітря, кількість опадів які в свою чергу впливають на вибір асфальтобетонної суміші при будівництві автомобільних доріг, виникнення та наявність тріщин на покритті і інших видів деформацій та руйнувань.
Не менш важливе значення на умови експлуатації чинять грунтово-геологічні умови і рельєф місцевості: вид ґрунту земляного полотна, умови зволоження земляного полотна, переломи повздовжнього профілю автомобільної дороги.
Регіональні умови пов’язані з наявністю місцевого будівельного матеріалу який використовується при будівництві шарів дорожнього одягу: мартенівські та доменні шлаки, різновиди кам’яних матеріалів та пісків.
Всі перераховані фактори в тій чи іншій мірі будуть впливати на тенденцію утворення тріщин на дорожніх покриттях.
Для проведення аналізу використовувались дані обстеження автомобільної дороги Київ – Харків - Довжанський, а зокрема її ділянок з 396км по 440км в Харківській області, з 647км по 697км в Донецькій області і з 760км по 810км в Луганській області. Обстеження проводились в 2005 році ходовою дорожньою лабораторією кафедри Будівництва та експлуатації автомобільних доріг Харківського національного автомобільно-дорожнього університету.
Кліматичні особливості та основні види руйнувань у вигляді тріщин на вибраних ділянках дороги приведені нижче:
Харківська область розташована на північному сході України, на вододілі річок систем Дона та Дніпра, у степовій та лісостеповій зонах та відноситься до У-ІІ і У-ІІІ кліматичних зон. Поверхня – хвиляста рівнина, розчленована річними долинами, ярами й балками.
Клімат помірно континентальний. Влітку переважають вітри західних та північно-західних напрямків, а взимку – східних та південно-східних, що зумовлює значне похолодання взимку та різке підвищення температури в літні місяці; жарке літо поєднується зі значними опадами у вигляді злив. Виразною особливістю зими є часті відлиги, викликані переміщенням циклонічних утворень з Атлантики, Середземного або Чорного морів. При цьому мають місце завірюхи та ожеледі. Середньорічна кількість опадів від 457 мм на сході до 536 мм на заході, причому до 50% загальної кількості опадів випадає влітку.
Періоди без опадів, тривалістю до 20 днів, можливі 1-2 рази на рік, до 30 днів – 1 раз на рік, до 40 днів – 1 раз у 2-3 роки.
Зима триває в середньому близько 4 місяців й наступає у другій декаді листопада.
Середня висота снігового покрову – 23 см, а один раз в 20 років складає 50 см. В період завірюх, які відзначаються в середньому на протязі 22 днів, максимальний об’єм снігового приносу складає 200 см3 на погонний метр. Стійкий сніговий покров, в середньому, з’являється 17 грудня й сходить 14 березня. Середня багаторічна глибина промерзання - 105см. Максимальна глибина промерзання оголеного ґрунту - 125см. Наприкінці березня настає потепління. У окремі роки заморозки спостерігаються й наприкінці квітня.