РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ АСФАЛЬТОПОЛИМЕРБЕТОНОВ
2.1 Выбор критерия оценки сдвигоустойчивости асфальтобетона
Сдвигоустойчивость асфальтобетона определяется уровнем формирования каркаса из
минеральных зерен и механическими свойствами пленки в разной степени
структурированных вяжущих, находящихся в межзерновом пространстве. Роль каркаса
заключается в обеспечении внутреннего трения в системе. Вяжущее, в зависимости
от величины его когезии, влияет на показатель сцепления. Именно такой подход и
лежит в основе описания сдвига в асфальтобетоне уравнением трения Кулона. В
процессе развития критериев прочности нежестких покрытий [5] Н.Н. Иванов
пересмотрел теорию сдвигоустойчивости асфальтобетона при повышенных
температурах и видоизменил уравнение Кулона, разделив сцепление на две
составляющие:
, (2.1)
где – прочность асфальтобетона при статическом сдвиге, МПа;
Р – нормальное давление, МПа;
– угол внутреннего трения;
– структурное сцепление, не восстанавливающееся вообще или восстанавливающееся
постепенно;
– немедленно восстанавливающееся сцепление.
Структурное сцепление С1, согласно [5], зависит от особенностей деформационных
процессов в вяжущем, содержащемся в асфальтобетоне как коагуляционной системе.
Кроме того, выделено немедленно восстанавливающееся сцепление С2,
обуславливаемое зацеплением, заклинкой частиц. При этом предполагалось, что эта
составляющая сцепления не зависит от скорости приложения усилия, содержания
вяжущего и температуры. С увеличением крупности и остроугольности частиц,
улучшением их упаковки и уплотнения сцепление в асфальтобетоне С2 должно
увеличиваться, но экспериментально значение С2 не было установлено. Внутреннее
трение в асфальтобетоне больше при наличии в нем одноразмерных частиц. Введение
битума в смесь уменьшает внутреннее трение, а увеличение крупности зерен
увеличивает . Работы Н.Н. Иванова и L.W. Nijboer’а [5, 8] имели целью
установить основные закономерности изменения сдвигоустойчивости асфальтобетона
и определить пути его направленного повышения. Такой подход хорошо соотносится
с получившей в 60ые годы Западной Европе и США практикой достаточно широкого
распространения многощебенистого асфальтобетона. Этот асфальтобетон должен был
обеспечивать за счет развитого минерального остова высокую сдвигоустойчивость и
достаточную шероховатость поверхности.
В работе [15] Ю.В. Соколов изложил данные, призванные доказать, что зацепление
в асфальтобетоне не имеет физического смысла. В результате проведенных
исследований, в [15] условие сдвигоустойчивости асфальтобетона представлено
как:
, (2.2)
где: г0 – коэффициент, зависящий от условий движения и условий сцепления колеса
с дорогой, и находится в пределах 0,25-0,75.
Это условие не может считаться объективным, поскольку по существу оно относится
к белому шоссе, а не к асфальтобетонному покрытию. В нем полностью
проигнорирована роль вяжущего и не учтена схема напряженного состояния работы
асфальтобетона в покрытии.
Используя теорию прочности Мора, В.М. Гоглидзе [46], В.А. Захаров [51], L.
Nijboer [115] и другие авторы предложили определять сдвигоустойчивость
асфальтобетона по зависимости:
(2.3)
где у1 и у3 – нормальные главные напряжения.
Однако использование этой зависимости, основанной на результатах испытаний
асфальтобетона при трехосном сжатии, для прогнозирования сдвигоустойчивости
асфальтобетона оказалось трудноосуществимым и неприемлемым из-за ее
неопределенности в отношении критерия сдвигоустойчивости.
Совершенствуя критериальный подход, Н.В. Горелышев [10, 116] предложил новые
предельные гранулометрические кривые, обеспечивающие, по его мнению,
максимальные значения внутреннего трения минерального остова асфальтобетона, и
предпринял попытки подтвердить их практическим опытом широкого применения
асфальтобетонов с повышенным содержанием щебеня.
Основное условие сдвигоустойчивости асфальтобетона, было представлено Н.В.
Горелышевым с помощью уравнения Кулона, в котором сцепление приобретало
специфическую природу [10]:
. (2.4)
Согласно Н.В. Горелышеву, сопротивление асфальтобетона сдвигу при любой
температуре и нагрузке обеспечивается за счет сдвигоустойчивости минерального
остова при полном исключении сцепления, обусловленного свойствами битума и
структурированием вяжущего на границе раздела. Исходя из этой посылки,
Н.В.Горелышев рекомендовал применять в многощебенистых асфальтобетонах битумы
пониженной вязкости для повышения их деформативности при низких температурах
[116, 117] .
Н.В. Горелышев полагал, что при включении в работу битума, т.е. когда
(2.5)
возникают условия для развития пластической деформации [116, 117]. Поэтому он,
исходя из уравнения (2.4), предлагал исключить возможность работы битума при
сдвиге.
Принимая за основу теорию о влиянии минерального каркаса на сдвигоустойчивость
асфальтобетона, Н.В. Горелышев разработал требования к гранулометрическим
составам минеральной части асфальтобетонных смесей, которые сводились к
ограничению количества битума и минерального порошка, так как при большом
содержании этих компонентов, по его мнению, асфальтовяжущим слишком сильно
раздвигаются зерна щебня и нарушается каркасность минеральной части. В работах
[116, 117] рассмотрены асфальтобетоны с пониженным содержанием вяжущего.
Асфальтобетоны таких составов, по мнению Н.В.Горелышева, более сдвигоустойчивы,
- Київ+380960830922