Долговечность битумных покрытий и факторы, влияющие на нее

Долговечность битумных покрытий помогает минимизировать затраты на их содержание. Существуют различные факторы, влияющие на долговечность битумных покрытий.
Способность конструкции сохраняться и обеспечивать требуемые характеристики на протяжении всего срока службы называется долговечностью. При строительстве дорог необходимо, чтобы они служили в течение всего расчетного срока службы при ограниченном техническом обслуживании.
Долговечность битумных покрытий и факторы, влияющие на нее

  • Проницаемость как фактор долговечности битумных покрытий
    • Таблица.1: Классификация пустот на основе диапазонов проницаемости для асфальтовых смесей
  • Адгезия в битумных покрытиях
    • 1. Свойства заполнителей
    • 2. Свойства битума
    • 3. Пропорции интерактивных смесей для битумных покрытий
    • 4. Внешние воздействия на битумные покрытия
  • Долговечность битумных покрытий

    Характеристики и срок службы битумных дорожных покрытий зависят от качества и свойств материала, из которого они изготовлены. Основным компонентом является битум. Существуют различные возможности, при которых битумный материал может разрушиться.

    • Под воздействием кислорода и различных температур битум может затвердеть.
    • Некачественные заполнители, используемые в дорожном строительстве, могут разрушаться.
    • Плохое качество заполнителей влияет на их сцепление с битумом под воздействием постоянной транспортной нагрузки и атмосферных воздействий.
    • Повышенное содержание пустот и проблемы с проницаемостью приводят к ухудшению состояния дорожного покрытия.

    Старение битума в дорожных покрытиях

    Воздействие атмосферы на битум приводит к его старению. Скорость затвердевания битума зависит от погодных условий, а также от природы битума.
    Существует два основных процесса старения битума. Это:

    1. Процесс окисления

    В процессе происходит соединение кислорода из воздуха с ароматическими веществами и смолами. В результате реакции образуются асфальтены. Это приведет к увеличению полярной высокомолекулярной фракции в битуме. Это увеличение приводит к повышению вязкости битума.
    Увеличение вязкости приводит битум в нестабильное состояние. Нестабильное состояние отражает разрывы в материалах компонентов. Снижение когезии из-за неопределенности приводит к образованию трещин под напряжением. Скорость окисления является пагубным фактором в зонах с более высокой температурой.

    2. Потеря летучих веществ

    Присутствие в битуме низкомолекулярных взвешенных веществ, чему способствует повышенная температура, приводит к потере летучих веществ. Скорость потери летучих веществ для битума проникающего действия относительно невелика после его укладки.
    Старение битума приводит к его затвердеванию. Состояние затвердевания определяется по низкому значению пенетрации или увеличению индекса пенетрации. Это также имеет тенденцию к повышению температуры размягчения образца битума. Такое затвердевание сделает материал хрупким и вызовет растрескивание в тяжелых условиях.
    Старение битума может быть представлено с помощью следующих показателей Индекс старения.
    Где,
    Индекс старения битума 
    На рисунке 1 ниже показано старение битума во время смешивания, хранения, транспортировки, применения и в течение всего периода эксплуатации.
    Старение битума

    Старение битума представлено с помощью индекса старения (из Shell Bitumen Handbook, 2003)

    Проницаемость как фактор долговечности битумных покрытий

    Степень проникновения воды и воздуха в битумную смесь зависит от проницаемости битумных покрытий.
    Измерение проницаемости образца битума может быть выполнено с помощью простого теста. В одну сторону образца битума под давлением проникает жидкость. Измеряется количество воды, выходящей из противоположной стороны образца битума.
    В качестве проникающей жидкости может использоваться как воздух, так и вода. Диапазоны проницаемости для трех различных асфальтовых смесей приведены в таблице-1.

    Таблица.1: Классификация пустот на основе диапазонов проницаемости для асфальтовых смесей

    Проницаемость, к (см/с)
    Условие проницаемости
    Тип пустот
    Смесь
    10-4 или ниже
    Непроницаемый
    Непроницаемый
    Плотный
    От 10-4 до 10-2
    Плохой дренаж
    Полуэффективный
    Камень Мастичный асфальт
    10-4 или выше
    Хороший дренаж
    эффективный
    Пористый асфальт
    Факторами, влияющими на проницаемость битумных покрытий, являются:

  • Количество пустот
  • Размер распределения пустот
  • Непрерывность пустот
  • На рисунке 2 показано изменение проницаемости асфальтобетона, горячекатаного асфальта, пористых асфальтовых смесей и каменно-мастичного асфальта в зависимости от общего количества пустот, присутствующих в соответствующем образце.
    Проницаемость битумных покрытий

    Изменение проницаемости в зависимости от процентного содержания воздушных пустот для различных асфальтовых смесей

    Пустоты также зависят от характера заполнителя, используемого в смеси. Упаковка заполнителей, а также их форма, размер и текстура определяют количество пустот, которые присутствуют во всей смеси.
    Следовательно, уплотнение играет роль в уменьшении или увеличении пустот. Здесь большее значение имеет качество уплотнения.

    Адгезия в битумных покрытиях

    Битум должен обладать качественной адгезией с заполнителем, чтобы способствовать правильному связыванию. Этот фактор является основным параметром, определяющим долговечность битумных конструкций.
    Адгезионные свойства и устойчивость битумных покрытий к отрыву зависят от следующих факторов, указанных ниже:

    1. Свойства заполнителей

    Основными свойствами заполнителя, влияющими на адгезию битума, являются:

  • Пористость заполнителей,
  • минералогия, форма и текстура поверхности заполнителей
  • покрытие поверхности заполнителя и наличие пыли.
  • площадь поверхности и впитывающие свойства
  • степень выветривания и содержание влаги
  • истираемость заполнителей и их pH
  • добавки и история воздействия на используемые заполнители
  • Минералогическая и физическая природа заполнителей, используемых в битумной смеси, влияет на адгезионные свойства.
    В целом, заполнители с большим содержанием кремния, такие как риолиты, кварциты, граниты и т.д., более склонны к разрушению из-за недостаточной адгезии. Но известковые камни и магматические породы работают хорошо. Им принадлежит сложное взаимодействие материалов.
    Другим фактором, определяющим адгезию, является поведение поверхности агрегатов. Поверхностной энергией обладают те агрегаты, которые имеют несбалансированные поверхностные заряды. Это приведет к разрыву координационных связей во всей кристаллической решетке и в полярной среде минералов.
    Если поверхность агрегата покрыта противоположным зарядом, то поверхностная энергия будет способствовать укреплению связей.
    Общий объем проницаемого порового пространства и размер пор являются основными двумя факторами, влияющими на впитывание битума в заполнители.
    Поглощающая поверхность, которая присутствует в битуме, может быть увеличена при наличии тонкой микроструктуры пор, пустот и микротрещин. Это, в свою очередь, зависит от качества и атмосферного состояния заполнителя.
    Чем больше шероховатость поверхности заполнителя, тем выше адгезия. Гладкая поверхность заполнителей делает их влажными. Таким образом, необходимо поддерживать баланс между смачиваемостью заполнителя и связывающими свойствами заполнителей.
    То есть, заполнитель не должен быть ни слишком шероховатым, ни слишком гладким. Влияние минералогии иногда маскируется за счет шероховатой поверхности.

    2. Свойства битума

  • Состав и источник битума
  • Факторы долговечности
  • Параметры выветривания
  • Время затвердевания и последствия окисления
  • Использование добавок
  • Электрическая полярность
  • Вязкость и поверхностное натяжение являются основными характеристиками битума, которые влияют на сцепление битума с заполнителями. Степень впитывания битума в поры заполнителя регулируется указанными факторами.
    Вязкость и поверхностное натяжение являются параметрами, которые изменяются в зависимости от температуры. Всегда смешивание заполнителей и битума осуществляется при более высокой температуре. Она составляет максимум 180 градусов при битуме 40/60. Это делается при высоких температурах, чтобы битум полностью покрыл заполнитель.
    Наблюдается химическая абсорбция битума на поверхности заполнителя. На границе раздела битум-агрегат обнаружена прочная связь, образующая слой толщиной 180 ампер. Слой состоит из кетонов, дикарбоновых ангидридов, карбоновых кислот, сульфоксида и компонентов, несущих азот.
    На рисунке-3 показано выравнивание молекул битума в направлении полярности субстрата. Агрегат в основном обладает отрицательной поверхностью.
    Свойства битума

    Изображение молекул битума, притягивающихся к отрицательно заряженным агрегатам

    3. Пропорции интерактивных смесей для битумных покрытий

  • Способ производства
  • Тип смеси
  • Внесение добавок
  • Тип наполнителя
  • Толщина пленки
  • Содержание связующего
  • Уплотнение и сортировка
  • Факторы сцепления
  • 4. Внешние воздействия на битумные покрытия

  • pH воды
  • Температурные эффекты
  • Дизайн и качество изготовления
  • Дренаж
  • Движение
  • Строительство
  • Наличие соли
  • Относительная влажность
  • Годовые осадки, свет, тепло и радиация
  • Читать далее:
    Почему битум используется в дорожном строительстве? Свойства и преимущества битума для дорожных покрытий
    Процессы в битумном дорожном строительстве
    Разрушения в битумных дорожных покрытиях
    Битумные материалы — типы, свойства и применение в строительстве
    Различные виды битума, их свойства и применение
    Градация битума — различные методы градации битума

    Читайте далее:
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Центрсельстрой