Влияние агрессивных сред противогололедных материалов на разрушение асфальтобетонных покрытий от знакопеременных температур и циклических нагрузок

УДК 625.7/8

ВЛИЯНИЕ АГРЕССИВНЫХ СРЕД ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА РАЗРУШЕНИЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ ОТ ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР И ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

А. В. Седов, доцент, ХНАДУ

Аннотация. Дается оценка влияния водных растворов противогололедных материалов на разрушение асфальтобетонных покрытий при борьбе с зимней скользкостью. Предложен способ профилактики разрушений, заключающийся в регулировании свойств агрессивных сред хлористых противогололедных материалов введением в их состав солей фосфорной кислоты.

Ключевые слова: борьба с зимней скользкостью, противогололедные материалы, асфальтобетонное покрытие, суперфосфат, разрушение, профилактика.

Введение

При борьбе с зимней скользкостью в настоящее время наибольшее распространение получил химический метод, заключающийся в распределении по покрытию химических противогололедных материалов. Воздействие агрессивных сред противогололедных материалов на разрушение асфальтобетонных покрытий в настоящее время исследовано недостаточно.

Одним из основных недостатков выполненных исследований является неполный учет комплекса воздействий транспортных нагрузок, факторов внешней среды и агрессивных сред противогололедных материалов на асфальтобетонные покрытия в реальных условиях эксплуатации.

Анализ публикаций

Асфальтобетонные покрытия в процессе эксплуатации подвергаются многократным статическим и динамическим воздействиям нагрузок от колес автомобилей, вызывающих нормальные, растягивающие и сдвигающие напряжения, действию влаги, температуры воздуха, солнечной радиации, агрессивным воздействиям горюче-смазочных материалов и растворов солей при зимнем содержании [1].

Процесс трещинообразования тесно связан с частотой приложения нагрузки, вызванной плотностью транспортного потока. При высокой интенсивности и плотных транспортных потоках длительность напряженного состояния покрытия увеличивается, что приводит к ускорению развития повреждений, наступлению отказа и переходу покрытия в неработоспособное состояние.

Механизм этого процесса С.С. Кизима представляет следующим образом:

- появление в покрытии начальных трещин усталости;

- дальнейшее их развитие до формирования сетки трещин и микроблоков асфальтобетона;

- ослабление сил взаимодействия микроблоков вследствие удаления мельчайших частиц разрушения вихревым движением воздуха при проходе колес;

- раздавливание микроблоков;

- выбивание и выдергивание материала с образованием выбоин.

Зимой, при отрицательных температурах воздуха, модуль упругости асфальтобетона в 40-50 раз больше, чем летом при высоких положительных температурах. Следовательно, зимой асфальтобетон отличается повышенной жесткостью и преобладающим видом повреждений асфальтобетона в этих условиях является разрушение.

Цель и постановка задачи

Целью выполненных исследований является исследование комплексного воздействия транспортных нагрузок, факторов внешней среды и агрессивных сред противогололедных материалов на асфальтобетонное покрытие. Это позволит разработать эффективный способ профилактики разрушений дорожных асфальтобетонных покрытий в агрессивных средах противогололедных материалов.

Решение задачи

В значительной степени величина разрушений асфальтобетонных покрытий в агрессивных средах противогололедных материалов зависит от степени

насыщенности покрытия растворами хлоридов. Насыщение асфальтобетонных покрытий агрессивными средами противогололедных материалов оказывает влияние на процессы их разрушения [2].

Исследование насыщения асфальтобетона проводились в воде и растворах №С1 ( 1%, 3%, 5% и 10%-й концентрации). Результаты исследования (рис.1) показывают, что растворы №С1 повышают насыщение и набухание асфальтобетона. При этом наиболее опасной концентрацией является 5-%-я концентрация раствора №С1. Насыщение и набухание при этом достигают максимального значения: W=2,27г, Н=1,27%, что на 49% больше чем в воде [3].

Рис. 1. Насыщение асфальтобетонных образцов в растворах №С1

Исследования разрушения асфальтобетонных образцов при циклическом нагружении проводились при помощи установки для испытания образцов циклическими нагрузками кафедры строительства и эксплуатации автомобильных дорог ХНАДУ.

Все образцы подвергали предварительному насыщению в воде и растворах противогололедного материала разной концентрации с добавлением суперфосфата в количестве 1-3% от массы соли в чистом виде. Насыщенные образцы асфальтобетона подвергались циклическому замораживанию-оттаиванию в тех же растворах, где производилось их насыщение. После этого образцы подвергались циклической нагрузке до разрушения.

В результате приложения циклических нагрузок в материале происходит процесс постепенного накопления разрушений. Скорость развития этих разрушений зависит от комплекса факторов действующих на покрытие: С - концентрация хлоридов в водном растворе; М - количество циклов замораживания-оттаивания; Q - расход добавки суперфосфата Са(Н2Р0^2 в процентах от массы противогололедного материала.

Полученные результаты показывают, что комплексное воздействие транспортных нагрузок растворов хлоридов и знакопеременных температур оказывает существенное влияние на процессы разрушения асфальтобетонных покрытий.

Анализ полученных результатов позволил установить следующее: влияние агрессивных сред противогололедных материалов, в значительной степени зависит от концентрации раствора; рост концентрации раствора хлорида до 10% снижает количество циклов приложения динамической нагрузки до разрушения в 6 раз (рис.2).

Рис. 2. Зависимость количества циклов приложения нагрузки до разрушения от концентрации №С1

Увеличение количества циклов замораживания-оттаивания до 50 циклов приводит к тому, что количество циклов нагружения снижается на 85%

(рис.1). Степень влияния циклов замораживания-оттаивания на процессы разрушения зависит от концентрации растворов хлоридов. С ростом концентрации хлоридов увеличивается и влияние отрицательных температур. Характер кривых показывает, что при концентрациях в интервале от 0 до 5 % происходит резкое снижение количества циклов нагрузки до разрушения. В интервале 510 % этот процесс замедляется. На основании этого можно сделать вывод, что при 5%-я концентрация №С1 является переломной.

Введение ингибитора разрушения в состав противогололедного материала увеличивает количество циклов нагружения до разрушения (рис.3).

КхЮ3, циклов

5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

С=0,М=0

С=5, УМ) С=10,М=0 .

/ /

/

//

/ ^ С=0,М=25 —

С=0,М=50 С=5,М=25 .......Ь С=10,М=25

С=5'м=5о/ С=10,М=5о/

1 2 3 0, мае %, Са(Н2Р04)2

Рис. 3. Зависимость количества циклов приложения нагрузки до разрушения от количества добавки Са(Н2Р04)2 Особенно эта закономерность ярко проявляется в растворах хлоридов 5 и 10 % -ной концентрации. Количество циклов нагружения увеличивается соответственно на 56 % и 70 % (3 % Са(Н2Р04)2).

Выводы

На основании этого можно сделать вывод о том, что комплексное воздействие транспортных нагрузок и агрессивных сред противогололедных материалов увеличивает скорость разрушения асфальтобетонных покрытий.

Хлориды способствуют более глубокому прониканию растворов в микротрещины и поры покрытия. Экспериментальными исследованиями подтверждено существование экстремальных концентраций: для хлорида натрия - 5 мас. %. В результате этого величина насыщения и набухания асфальтобетона раствором ШС1 в 1,5 раза больше, чем водой.

Рост концентрации раствора снижает количество циклов динамической нагрузки до разрушения в 6 раз. Увеличение концентрации ШС1 с одновременным увеличением количества циклов замораживания-оттаивания снижает количество циклов в 18 раз.

Эффективным методом регулирования свойств агрессивных сред хлористых противогололедных материалов является введение в их состав солей фосфорной кислоты.

Введение в раствор ШС1 добавок Са(Н2Р04)2 увеличивает устойчивость асфальтобетона к воздействиям циклических нагрузок в среднем на 50 -60 %.

Литература

1. Васильев А. П. Состояние дорог и безопасность

движения автомобилей в сложных погодных условиях. - М.: Транспорт, 1976. - 224 с.

2. Седов А. В. Влияние химических противоголо-

ледных материалов на асфальтобетонные покрытия и пути повышения их работоспособности. МНТК «Проблемы транспортного строительства и транспорта». - Саратов: Изд-во СГТУ, 1997. - С. 26 - 27.

3. Седов А. В. Влияние свойств агрессивных сред

противогололедных материалов на процессы разрушений дорожных асфальтобетонных покрытий // Автодорожний комплекс Украши в сучасних умовах i проблеми i шляхи розвитку. - К.: Изд-во УТУ, 1998. - С. 250 - 252.

Рецензент: В. В. Филиппов, профессор, д.т.н.,

ХНАДУ. Статья поступила в редакцию 23 сентября 2006 г.