Обоснование метода определения температуры трещиностойкости полимерасфальтобетона

Л.М. Гохман, к.т.н., А.Р. Давыдова, к.т.н., Т.В. Прокофьева,

инженер, К.И. Давыдова, инженер, СоюздорНИИ

Одну из основных проблем дорожного строительства в настоящее время создают температурные трещины. Борьба с этими трещинами признана в мировой практике одной из актуальных проблем, решение которой будет способствовать повышению долговечности дорожных одежд.

Радикальным средством борьбы с температурными трещинами может служить применение асфальтобетона с повышенной трещиностойкостью при отрицательных температурах, для чего применяется полимерно-битумное вяжущее (ПБВ) вместо битума.

ПБВ на основе СБС по ГОСТ Р 52056-2003 отличается от битумов по ГОСТ 22245-90, в первую очередь, более высокой трещиностойкостью, т.е. переходом в хрупкое состояние при более низких температурах. Это преимущество не может не проявляться в более высокой трещиностойкости покрытий, устроенных из полимерасфальтобетонных смесей. В настоящее время полимерасфальтобетоны с применением ПБВ на основе СБС используются при строительстве покрытий в небольших, явно недостаточных объемах. Состав ПБВ и качество его компонентов позволяют регулировать свойства ПБВ, в частности трещиностойкость, в широком диапазоне, варьируя соотношением компонентов.

Эта возможность, как правило, не учитывается на практике скорее всего потому, что не существует наглядного, пригодного для использования в заводских лабораториях метода, позволяющего выявить значительные преимущества полимерасфальтобетона по сравнению с асфальтобетоном, в частности по трещиностойкости. Наиболее наглядным показателем трещиностойкости может служить значение температуры, при которой можно предположить отсутствие трещин на покрытии, а показателем хрупкости - температура, при которой они явно образуются.

Повышение трещиностойкости покрытий, особенно в России, где 96% территории характеризуется температурой наиболее холодных суток - ниже минус 25° С, такой метод весьма необходим. Применяемые нефтяные дорожные битумы не могут обеспечить требуемую трещиностойкость покрытий на территории России, т.к. они практически в любом регионе всегда хрупкие при отрицательных температурах воздуха. В то же время отсутствие такого метода фактически не позволяет объективно оценить трещиностойкость покрытия, а следовательно, не позволяет в проектном решении обоснованно назначить требуемую температуру трещиностойкости полимерасфальтобетона.

Разработанный метод позволяет определить трещиностойкость покрытий мостов, автомобильных дорог и аэродромов при отрицательных температурах, сопоставить трещиностойкость и оценить преимущества полимерасфальтобетона по сравнению с асфальтобетоном, а в будущем и нормировать трещиностойкость полимерасфальтобетона. Предлагаемый метод достаточно прост и доступен для заводских лабораторий.

Практический интерес представляет возможность оценить трещиностойкость полимерасфальтобетона, поэтому в качестве образца для испытаний готовили стандартным способом тонкую пластину из определенной (тонкодисперсной) части полимерасфальтобетонной смеси - асфальтовяжущего. Поверхность минерального порошка в составе асфальтобетонных или полимерасфальтобетонных смесей составляет по отношению к поверхности всей минеральной части более 90%, соответственно наибольшая часть вяжущего, битума или ПБВ, распределяется по этой поверхности, поэтому именно качество асфальтовяжущего, его трещиностойкость и определяют собственно трещиностойкость асфальтобетона или полимерасфальтобетона.

Для указанной цели были изготовлены и проанализированы гранулометрические составы готовых полимерасфальтобетонных и, для сравнения, асфальтобетонных смесей типов А, Б, Д на основе битумов марок БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300 и ПБВ марок ПБВ 60, ПБВ 90, ПБВ 130 и ПБВ 200. Пример полученных результатов представлен в таблице 1 для полимерасфальтобетонной смеси типа А на ПБВ 60 и на рисунках 1, 2, 3, 4 для асфальтобетонной смеси типа А на битуме марки БНД 60/90 и полимерасфальтобетонной смеси типа А на ПБВ 60. Для других типов смесей на разных марках вяжущих получены аналогичные результаты.

Таблица 1. Гранулометрический состав полимерасфальтобетонной смеси типа А на ПБВ 60 и ее минеральной части

Примечание: Содержание асфальтовяжущего определялось по формуле:

доля асфальтовяжущего определялась по формуле:

Рис. 1. - Тип А на БНД 60/90

1 -○- минеральная часть, 2 -●- смесь

Рис. 2. Тип А на ПБВ 60

1 -○- минеральная часть, 2 -●- смесь

Рис. 3. Содержание асфальтовяжущего во фракциях смесей типа А на

1 -●- БНД 60/90, 2 -○- ПБВ 90

Рис. 4. Доля асфальтовяжущего от его общего содержания во фракциях смесей типа А на

1 -●- БНД 60/90, 2 -○- ПБВ 60

В ходе эксперимента оказалось, что наибольшее содержание асфальтовяжущего в асфальтобетонных и полимерасфальтобетонных смесях одновременно находится во фракциях смесей мельче 2,5 мм, т.е. прошедших через сито размером 2,5 мм. Для уменьшения разброса показателей желательно было использовать узкие фракции смесей - 2,5÷1,25 или 1,25÷0,63. Фракцию 1,25÷0,63 использовать, по нашему мнению, предпочтительней, так как она содержит больше вяжущего, более однородна и относится к собственно асфальтовяжущему, так как содержит те фракции, которые входят в состав минерального порошка в соответствии с ГОСТ Р 52129-2003.

Так как метод определения трещиностойкости предназначен в основном для заводских лабораторий, то образец - плиточка для испытаний размером 50×25×4 мм - должен изготавливаться в заводских условиях на имеющемся в лаборатории оборудовании.

Толщина образца 4 мм была выбрана экспериментально, как минимально возможная, обеспечивающая равномерное распределение смеси при формовании и равную толщину образца по длине и ширине после прессования. Для этого первоначально в стандартной форме формуется цилиндрический образец размером: d=70 мм и h=4 мм, из которого после охлаждения вырезают горячим ножом по шаблону квадрат размером 50×50 мм и делят его на две равные части размером 50×25 мм. При этом соотношение между диаметром отпечатка покрытия под колесом автомобиля - 37 см и толщиной покрытия (≈ 5 см) так же, как и в нашем образце между его длиной и толщиной составляет более 7.

Поскольку температурные трещины образуются на покрытии от растягивающих напряжений, возникающих в слое асфальтобетона при прогибе покрытия под колесом автомобиля, были сделаны расчеты величин прогиба (L) и относительного удлинения (ﻉ) покрытия под колесом расчетного автомобиля при требуемом модуле упругости дорожной одежды (230 МПа по таблице 33 с. 32 ВСН 46-83) и в битумной пленке на приборе Фрааса. Под колесом автомобиля прогиб (L) дорожного покрытия толщиной 5 см составил 0,69 мм, а относительное удлинение (ﻉ) - 0,202%. На приборе Фрааса прогиб пластинки со слоем битума толщиной 0,5 мм составил 7,15 мм, а относительное удлинение пленки битума составило 1,83%.

Как видно из этих результатов, величина прогиба пленки битума и ее относительного удлинения при испытании на приборе Фрааса больше этих же параметров на покрытии приблизительно в 10 и в 9 раз соответственно. Но при этом надо отметить, что и толщина пленки битума в асфальтобетоне (3÷8 мкм) в 100 раз меньше, чем пленка битума на пластинке прибора Фрааса. Следует отметить, что скорость понижения температуры воздуха в реальных условиях может составлять только 0,83° С/час, а скорость изменения температуры на приборе Фрааса составляет 60° С/час. Можно предположить, что ужесточение рассматриваемых параметров испытания в методе Фрааса компенсируется большей толщиной пленки битума, большим прогибом и скоростью охлаждения с той целью, чтобы приблизить Т_хр по Фраасу (Т^ф_хр) к реальной температуре образования трещин на покрытии.

Для выбора параметров шаблона, на котором должен изгибаться образец-плитка, предположили, что определяющим является величина фактического прогиба покрытия на дороге - 0,69 мм. При этом полагали, что плиточка должна образовать трещину при переходе вяжущего - битума или ПБВ в упруго-хрупкое реологическое состояние, несмотря на незначительную величину прогиба при постепенном снижении температуры испытания. Для разработки такого шаблона задавались различными радиусами кривизны с тем, чтобы прогиб образца размером 50×25×4 мм составлял величину, близкую к 0,69 мм.

Как видно из таблицы 2, наиболее близким к заданному является шаблон с радиусом кривизны равным 50 см, который обеспечивает прогиб образца-плиточки 0,62 мм, а относительное удлинение при этом составит 0,8%. Как видно из полученных данных, величина относительного удлинения образца в 4 раза превышает реальную (0,202%). Полагаем, что это положение позволяет компенсировать многократное воздействие нагрузки, имеющее место на покрытии.

Таблица 2. Зависимость прогиба и относительного удлинения образца полимерасфальтобетона от радиуса кривизны шаблона

Тем не менее величина относительного удлинения образца-плитки в 2,3 раза меньше, чем в пленке битума, испытываемой по методу Фрааса (1,83%).

Совершенно очевидно, что если и удастся когда-нибудь смоделировать все реальные условия, приводящие к образованию трещин на покрытии, то такой прибор и метод вряд ли будет достаточно прост и приемлем для заводских лабораторий. Поэтому за критерий обоснованности предлагаемой методики приняли наличие тесной корреляции между значением температуры хрупкости вяжущих по методу Фрааса и по предлагаемому методу.

Решили, что если экспериментально удастся подтвердить наличие достаточной корреляции между температурой хрупкости вяжущего по Фраасу и по предлагаемому нами методу при одноразовом изгибе на указанном шаблоне, можно будет считать этот метод приемлемым для сопоставления асфальтобетонов и полимерасфальтобетонов по хрупкости и по трещиностойкости.

В данном методе нами предлагается за температуру хрупкости (Т_хр) полимерасфальтобетона при изгибе плиточек размером 50×25×4 мм, приготовленных из фракции 1,25÷0,63 полимерасфальтобетонной смеси при постепенном (периодическом) понижении температуры со скоростью 20° С/час, принимать температуру, при которой на одной из шести испытываемых плиточек (образцов) образуется трещина. А за температуру трещиностойкости (T_тp) принимается самая низкая отрицательная температура, при которой все шесть плиточек выдержали испытание на изгиб.

Для подтверждения наличия достаточной корреляции между температурой хрупкости вяжущего по Фраасу и по предлагаемому нами методу были взяты битумы марок БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300 и полимерно-битумные вяжущие марок ПБВ 60, ПБВ 90, ПБВ 130 и ПБВ 200 и из них приготовлены образцы-плиточки.

Для оценки общей картины корреляции между Т_хр и Т^ф_хр вяжущих воспользуемся данными, представленными в таблице 3 и на рисунке 5.

Таблица 3. Температура хрупкости вяжущих по Фраасу и по предлагаемому методу

Примечание:

1. Битумы и ПБВ готовились на основе битума марки БНД 60/90 (инд. 1948).

2. Абсолютное отклонение (ΔТ^ф_хр) - это разность между экспериментальным и расчетным значением Т^ф_хр, °С

3. Относительное отклонение -

Рис. 5. Взаимосвязь между температурами хрупкости вяжущих по Фраасу (Т^ф_хр.) и предлагаемому методу (Т_хр).

Как видно, наблюдается весьма высокая корреляция между этими параметрами, а взаимосвязь между температурой хрупкости ПБВ и битумов по Фраасу (Т^ф_хр) и температурой хрупкости образцов (Т_хр) из этих вяжуших описывается следующей линейной зависимостью:

Т_хр = 1,1224 Т^ф_хр + 0,8584 R₂ = 0,915,                                                                    (1)

где R₂ - величина достоверности аппроксимации.

При этом коэффициент парной корреляции составляет 0,96.

Расчеты температуры хрупкости по Фраасу по формуле 1 с использованием экспериментально полученных результатов температуры хрупкости образцов из вяжущих по предлагаемому методу приведены также в таблице 3.

Как видно из представленных данных абсолютное отклонение между двумя показателями Т_{хр. эксперимент.} и Т^ф_хр._{расчет.} не превышает 3° С, что соответствует сходимости двух результатов определения Т^ф_хр по ГОСТ 11507.

Полученные данные позволяют заключить, что предлагаемый метод имеет право на существование как минимум для сопоставления качества, а именно трещиностойкости двух различных материалов. Можно полагать, что такой метод заметно проще, чем регламентированный ГОСТ 11507, а посему может быть использован в качестве экспресс-метода оценки температуры хрупкости органических вяжущих материалов и мастик.

При оценке температуры хрупкости полимерасфальтобетона или асфальтобетона на основе испытания фракции асфальтовяжущего имеет место испытание очень тонких слоев вяжущего (5÷10 мкм) по сравнению с толщинами слоев вяжущего на приборе Фрааса.

В связи с этим оценили, насколько тесно коррелируются показатели температуры хрупкости вяжущих (Т^ф_хр) и температуры хрупкости образцов полимер- или асфальтобетона (Т_хр). Для этого были приготовлены 24 смеси: полимерасфальтобетонные типов А, Б, Д на основе ПБВ марок ПБВ 60, ПБВ 90, ПБВ 130 и ПБВ 200 и асфальтобетонные типов А, Б, Д на основе битумов марок БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300. Для всех вяжущих был определен комплекс стандартных показателей, представленный в таблице 4.

Таблица 4. Стандартные показатели свойств вяжущих

Примечание: Битумы и ПБВ приготовлены на основе битума марки БНД 60/90 (инд. 1928)

 

После отсева из предварительно охлажденных полимерасфальтобетонных и асфальтобетонных смесей фракции 1,25÷0,63 в соответствии с ГОСТ 12801-98 (пп. 5, 6) готовились 3 образца-диска диаметром 71,4 мм и высотой 4 мм при температуре 160° С и давлении 40 МПа. Готовые образцы-диски выдерживались на воздухе 15 часов. Затем из каждого цилиндрического диска разогретым ножом вырезался квадрат 50×50 мм, который этим же ножом делился на 2 равные части 50×25 мм. Образцы-плитки размером 50×25×4 мм до испытания выдерживались при комнатной температуре 1 час.

Приготовленные образцы испытывались последовательно для сопоставления трещиностойкости асфальтобетона и полимерасфальтобетона. Например, вначале определялась температура хрупкости асфальтобетона типа А на основе битума марки БНД 60/90, а затем полимерасфальтобетона типа А на основе полимерно-битумного вяжущего марки ПБВ 60 и т.д.

Испытания образцов проводились следующим образом. Образцы в количестве 6 штук помещались в морозильную камеру и выдерживались при температуре 0° С ± 0,1° С в течение 30 мин. По истечении этого времени образцы по очереди извлекались из морозильной камеры и прикладывались концом к отметке на шаблоне. Свободную часть образца изгибали в течение 2 с по шаблону до полного соприкосновения образца с ним. При отсутствии трещин или изломов образцы полимерасфальтобетона выпрямляли на плоской поверхности и вновь помешали в морозильную камеру, температуру в которой снижали на 5° С, выдерживали в течение 30 мин и вновь проводили испытание на пластине.

Результаты определения Т_хр образцов-плиточек из полимерасфальтобетонных и асфальтобетонных смесей приведены в таблице 5. Анализ результатов испытаний показывает, что значения Т^ф_хр вяжущих очень близки к Т_хр плиток из асфальтовяжущего на их основе.

Таблица 5. Расчеты Т^ф_хр в зависимости от заданного значения Т_тр и Т_хр полимерасфальтобетона (асфальтобетона)

№ п/п	Марка вяжущего в смеси	тип смеси	температура хрупкости образцов (экспер.) Т0хр, °С	температура трещино­стойкости образцов, °С, Ттр	температура хрупкости вяжущего по фраасу, °С		абсолют­ное откло­нение, °с,	относи­тельное откло­нение, %	среднее откло­нение, %	общее среднее откло­нение, %
					экспери­мент	расчетная
1	БНД 60/90	А	-20	-15	-17	-17,33	0,33	1,94	6,97	8,2
2		Б	-20	-15	-17	-17,33	0,33	1,94
3		Д	-20	-15	-17	-17,33	0,33	1,94
4	БНД 90/130	А	-25	-20	-24	-22,97	1,03	4,29
5		Б	-20	-15	-24	-17,33	6,67	27,79
6		Д	-25	-20	-24	-22,97	1,03	4,29
7	БНД 130/200	А	-25	-20	-22	-22,97	0,97	4,40
8		Б	-25	-20	-22	22,97	0,97	4,40
9		Д	-25	-20	-22	22,97	0,97	4,40
10	БНД 200/300	А	-30	-35	-32	-28,61	3,39	10,6
11		Б	-30	-25	-32	28,61	3,39	10,6
12		Д	-35	-30	-32	34,26	2,26	7,06	9,48
13	ПБВ 60	А	-25	-20	-22	-22,97	0,97	4,40
14		Б	-25	-20	-22	-22,97	0,97	4,48
15		Д	-25	-20	-22	-22,97	0,97	4,48
16	ПБВ 90	А	-30	-25	-25	-28,61	3,61	14,4
17		Б	-20	-15	-25	-17,33	7,67	30,68
18		Д	-30	-25	-25	-28,61	3,61	14,44
19	ПБВ 130	А	-35	-30	-32	-34,26	2,26	7,06
20		Б	-35	-30	-32	-34,26	2,26	7,06
21		Д	-35	-30	-32	-34,26	2,26	7,06
22	ПБВ 200	А	-40	-35	-38	-39,90	1,98	5,0
23		Б	-35	-30	-38	-34,26	3,74	9,84
24		Д	-40	-35	-38	-39,90	1,90	5,0
Среднее			28,12	23,54	26,5		2,24

Примечание: Абсолютное отклонение (ΔТ^ф_хр) - это разность между экспериментальным и расчетным значением Т^ф_хр, °С.

Относительное отклонение -

В связи с тем, что именно органические вяжущие определяют трещиностойкость материала покрытия, т.к. при снижении температуры они переходят из вязко-пластичного в упруго-хрупкое состояние, то очевидно, что при наличии тесной корреляции между температурами хрупкости вяжущего (Т^ф_хр) и материала на его основе (Т_хр) можно регулировать трещиностойкость (Т_тр) асфальтобетона и полимерасфальтобетона, применяя вяжущие с необходимой температурой хрупкости (Т^ф_хр), а также рассчитывать требуемую Т^ф_хр вяжущего по заданной из условий эксплуатации Т_тр.

Зависимость температуры хрупкости образцов из полимер- и асфальтобетонных смесей от температуры хрупкости вяжущих описывается следующим линейным уравнением.

Т_хр = 0,886 Т^ф_хр - 4,6448                                                                                           (2)

Величина достоверности аппроксимации между этими параметрами составляет 0,8313, а коэффициент парной корреляции - 0,91.

Такой результат позволяет на основе определения Т_хр рассчитывать Т^ф_хр вяжущего, которое применялось для изготовления данной смеси, отобрав ее на данном АБЗ или непосредственно на трассе, отобрав пробу из асфальтоукладчика.

При этом среднее абсолютное отклонение расчетной температуры хрупкости по Фраасу от экспериментально полученных результатов составляет 2,24° С (таблица 5), что соответствует сходимости двух результатов определения Т^ф_хр по ГОСТ 11507.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что с увеличением абсолютного значения температуры хрупкости вяжущих практически прямо пропорционально увеличивается абсолютное значение температуры хрупкости образцов из смесей. Важно отметить, что при одинаковой температуре хрупкости вяжущих (БНД и ПБВ) температура хрупкости полимерасфальтобетона ниже (лучше), чем для асфальтобетона, по-видимому, в связи с меньшей диффузией легких углеводородов в поры минерального материала.

Полученные данные позволяют предположить наличие тесной взаимосвязи между температурой хрупкости вяжущих по Фраасу (Т^ф_хр) и температурой трещиностойкости асфальтобетонных и полимерасфальтобетонных смесей (Т_тр).

На основе данных таблицы 5 по Т^ф_хр и Т_тр получена линейная зависимость температуры трещиностойкости (Т_тр) образцов из смесей от температуры хрупкости вяжущих (Т^ф_хр), входящих в их состав.

Т_тр = 0,886 Т^ф_хр + 0,3552                                                                                          (3)

Поскольку величина достоверности достаточно высока - равна 0,8313, то появилась возможность рассчитать температуру хрупкости вяжущего (Т^ф_хр) по Фраасу, позволяющую обеспечивать требуемую температуру трещиностойкости полимерасфальтобетона или другого материала для устройства покрытия, а также определить отклонение расчетного значения Т^ф_хр от ее фактического значения. Результаты расчетов по уравнению (3) представлены в таблице 5 (столбцы 6, 7, 8, 9, 10), и они совпадают с расчетами по уравнению (2). Как видно из приведенных данных для обеспечения требуемой Т_тр, значение Т^ф_хр должно быть ниже в среднем на 3° С.

Исходим из того, что Т_тр полимерасфальтобетона для устройства верхнего слоя покрытия должна быть не выше температуры наружного воздуха наиболее холодных суток (см. СНиП 23.01.99) района его эксплуатации.

Для того чтобы выяснить возможность определения Т_хр из кернов (вырубок) готового покрытия, были приготовлены образцы-плитки из испытанных ранее образцов полимерасфальтобетона и асфальтобетона из смесей типов А, Б, В, Г, Д на основе битума марки БНД 60/90 и полимерно-битумных вяжущих марок ПБВ 60 и ПБВ 90.

Результаты испытаний приведены в таблице 6.

Таблица 6. Температура хрупкости и трещиностойкости испытанных ранее образцов

По полученным данным для образцов и для сравнения в таблице 5 для смесей были построены две зависимости температуры хрупкости образцов от температуры хрупкости вяжущего, входящего в состав смеси (рисунок 6).

Рис. 6. Зависимость температуры хрупкости (Т_хр.) образцов из смесей (1) и испытанных образцов-«семерок» (2) от температуры хрупкости вяжущих по Фраасу (Т_хр.).

Из рисунка следует, что температура хрупкости образцов-плиточек из недавно приготовленной смеси заметно лучше, чем из образцов-«семерок». Можно предположить, что в том случае, если Т_хр определяют из образцов, взятых из готового покрытия, то на результат испытания оказывает отрицательное влияние необходимость повторного разогрева смесей, что приводит к ухудшению этого показателя на (7-10)° С. Таким образом, вопрос испытаний образцов из материала (керна-вырубки) покрытия требует дальнейших исследований с целью уточнения величины отклонения показателя Т_хр от аналогичного показателя для исходной смеси.

Для ответа на вопросы: зависит ли Т_хр от типа смеси, а следовательно и толщины пленки вяжущего на частицах смеси и от относительного удлинения образца-плиточки из этой смеси, провели следующие специальные исследования.

Так как ГОСТ 9128-97 регламентирует содержание минерального порошка (ГОСТ Р 52129-2003), в частности, пределы его фракции менее 0,071 мм и пределы содержания битума, то это позволяет оценить минимальную и максимальную концентрации минерального порошка в асфальтовяжущем (см. табл. 7).

Таблица 7. Концентрация минерального порошка асфальтовяжущих в асфальтобетонах разных типов по ГОСТ 9128-97

Исходя из этого, были приготовлены образцы-плиточки из асфальтовяжущего на битуме марки БНД 60/90 и ПБВ 130 с содержанием минерального порошка 0, 60, 70, 80, 82 и 85% для определения температуры хрупкости на шаблонах с диаметрами 56, 80, 100, 140, 200 и 240 см.

Результаты испытаний представлены в таблице 8 и на рисунках 7, 8

Таблица 8. Определение температуры хрупкости образцов асфальтовяжущего и полимерасфальтовяжущего при различном относительном удлинении

Примечание: Т^ф_хр (БНД 60/90) =-16° С

Т^ф_хр (ПБВ 130) = -28° С

Рис. 7. Зависимость Т_хр. от ε образцов асфальтовяжущего на БНД 60/90 с 1 -●- 0% м.п., 2 -▲- 60% м.п., 3 -■- 70% м.п. и на ПБВ 130 с, 4 -○- 0% м.п., 5 -∆- 60% м.п., 6 -□-70% м.п. (м.п. - минеральный порошок)

Рис. 8. Зависимость Т_хр. от содержания минерального порошка (м.п.) образцов

1 -●- асфальтовяжущего на БНД 60/90 и 2 -х- полимерасфальтовяжущего на ПБВ 130

Из рисунка 7 и таблицы 8 видно, что температура хрупкости практически не зависит от относительного удлинения ни образцов на основе ПБВ и характеризуется более низким значением при минимальном относительном удлинении 0,3%, что, может быть, по-видимому, обусловлено ориентационным эффектом. Для плиточек на основе битума наблюдается заметное улучшение показателя Т_хр с увеличением относительного удлинения, что пока объяснить трудно без специальных исследований. Введение 60% порошка в битум заметно улучшает Т_хр по сравнению с чистым битумом, что, по-видимому, связано с извлечением хрупких смол и асфальтенов из битума за счет адсорбции их поверхностью порошка. Причем это наблюдается особенно резко при малых ﻉ, близких к реальным. Увеличение содержания порошка до 70% значительно ухудшает Т_хр, что можно объяснить, по-видимому, уменьшением содержания углеводородов в битумных прослойках за счет фильтрации их в поры порошка. Эти данные носят предварительный характер, но свидетельствуют о положительном влиянии порошка на Т_хр асфальтобетона при его содержании до 60% в асфальтовяжущем.

Увеличение содержания минерального порошка в ПБВ и собственное его наличие в полимерасфальтовяжушем практически не влияет на значение Т_хр, что свидетельствует о затруднении или невозможности десорбции компонентов из ПБВ и их фильтрации в поры минерального порошка.

Т_хр полимерасфальтовяжушего не зависит от содержания минерального порошка (см. рис. 8 и табл. 8) до определенного предела - 82%, а асфальтовяжушего до - 80%. Далее Т_хр резко ухудшается и при содержании порошка 85%, имеет положительное значение как в случае битума, так и ПБВ. Очевидно, что при содержании минерального порошка более 80% для битума и 82% для ПБВ резко уменьшается число коагуляционных контактов в этой системе, что недопустимо как для асфальтобетона, так и для полимерасфальтобетона.

Проведенные нами расчеты показали, что толщина пленки вяжущего при 60%, 70%, 80% и 82% порошка по массе составляет соответственно 2,75 мкм, 1,86 мкм, 1,18 мкм и 1,06 мкм, а при 85% порошка толщина пленки составляет 0,9 мкм. При этом плотность простейшей упаковки сферических частиц 0,487 достигается при 48% порошка, наиболее вероятной 0,613 при 60,5%, а специальной плотнейшей 0,7405 при 73,2%. При этом объем частиц порошка с сольватной оболочкой равной 0,27 мкм при 80% порошка по массе составляет 0,809, а при 82% - 0,83.

Эти особенности необходимо учитывать при разработке требований к гранулометрическому составу полимерасфальтобетонных смесей.

Хотелось бы также отметить еще ряд преимущественных особенностей полимерасфальтобетона по сравнению с асфальтобетоном.

Анализ кривых зависимости температуры хрупкости образцов из полимер- и асфальтобетонных смесей типов А, Б и Д от глубины проникания иглы вяжущих при 25° С (рис. 9) показывает, что при равных значениях пенетрации ПБВ и битумов при 25° С температура хрупкости полимерасфальтобетонных смесей типов А, Б и Д значительно ниже (лучше), чем для асфальтобетонных.

Рис. 9. Зависимость Т_хр. образцов асфальтобетонных смесей (1 -○- тип А, 2 -∆- тип Б, 3 -◊- тип Д) и полимерасфальтобетонных смесей (4 • тип А, 5 -▲- тип Б, 6 -♦- тип Д) от глубины проникания иглы вяжущих при 25 С

И эта разница между Т_хр полимер- и асфальтобетонных смесей тем ярче, чем выше пенетрация вяжущего. Применение ПБВ позволяет в отличие от битумов добиваться требуемой температуры хрупкости полимерасфальтобетонных покрытий.

На рисунке 10 приводится зависимость Т_хр образцов полимер- и асфальтобетонных смесей типов А, Б, Д от температуры размягчения вяжущего.

Рис. 10. Зависимость Т_хр. образцов асфальтобетонных смесей (1 -○- тип А, 2 -∆- тип Б, 3 -◊- тип Д) и полимерасфальтобетонных смесей (4 -●- тип А, 5 -▲- тип Б, 6 -♦- тип Д) от температуры размягчения вяжущих.

На рисунке видно, что зависимости для асфальтобетонных и полимерасфальтобетонных смесей носят качественно разный характер. Для смесей на битуме с увеличением температуры размягчения температура хрупкости ухудшается и стремится к плюсовому значению. В случае со смесями на ПБВ с увеличением температуры размягчения температура хрупкости практически пропорционально понижается (т.е. улучшается), что обусловлено разной структурой этих вяжуших. Очевидно, что варьируя содержанием компонентов в составе ПБВ, можно добиваться улучшения одновременно двух очень важных эксплуатационных показателей Т_разм. и Т^ф_хр вяжущих и соответственно как трещиностойкости, так одновременно и сдвигоустойчивости дорожных покрытий.

Таким образом предлагается метод определения температуры трещиностойкости материалов, применяемых для устройства покрытий. При этом величина относительного удлинения в образце-плитке в 4 раза превышает относительное удлинение в реальном покрытии, что позволяет компенсировать многократность воздействия нагрузки. Установлены высокие коэффициенты корреляции между температурой хрупкости ПБВ и битумов по Фраасу (Т^ф_хр) и Т_тр асфальтобетонов и полимерасфальтобетонов, что в свою очередь позволяет подтвердить преимущества полимерасфальтобетона перед асфальтобетоном. Этот метод даст возможность подобрать составы материалов для покрытий с требуемой для любой климатической зоны и условий движения трещиностойкостью.

В дальнейшем, по мере накопления данных, этот показатель (Т_тр) может быть регламентирован в комплексе технических требований к полимерасфальтобетону и асфальтобетону.

В заключение хотелось бы отметить, что предлагаемый метод прост и одновременно нагляден для применения в заводских лабораториях при оценке трещиностойкости материалов на основе битумов и ПБВ, а также устроенных с их использованием покрытий.

На основании проведенных исследований подготовлен ОДМ 218.2.001-2007 «Метод определения трещиностойкости полимерасфальтобетона при отрицательных температурах», утвержденный Росавтодором Минтранса России за № 31-Р от 01.02.2007 г.

(Журнал «Автомобильные дороги» № 6 2007 г.)