2379

–меньшие толщины слоёв;

–меньшие размеры швов, меньшие габаритные размеры плит (длина, ширина);

–соединение с нижележащим асфальтовым несущим слоем. Эти модификации в системе бетонного покрытия ведут к изме-

нениям в характеристиках несущей способности. Для первоначального понимания коротко опишем принцип действия Whitetopping.

Из-за меньших толщин бетонных слоёв принципиально повышаются напряжения, возникающие от транспортных нагрузок. Также возрастают действующие на бетон перепады температуры.

Но в то же время вследствие меньших габаритных размеров плит сокращаются напряжения от транспортных нагрузок, так как несущая способность системы Whitetopping распределяется между несущей системой работающей упруго плиты и действием штампа на основание. Из-за меньших размеров швов сокращаются их перемещения и благодаря этому вбетоневозникаютнезначительныеизгибающиенапряжения.

Из-за соединения между цементобетоном и асфальтовым несущим слоем возникает комбинированная система, в которой бетон и асфальт вместе переносят транспортную нагрузку. Сплошной асфальтовый несущий слой представляет собой квази-непрерывную систему, переносящую нагрузку. В обычных системах цементобетонных покрытий асфальтовый несущий слой заменяют дюбели (анкеры).

Слой цементобетона защищает асфальтобетон от экстремальных температур летом и зимой и действует как распределяющий нагрузку слой. Таким образом, их воздействия доходят до асфальта не больше, чем деформации сдвига. Асфальтобетон же, в свою очередь, наоборот, оказывается устойчивым к разрушению несущим слоем и упругим основанием для слоя цементобетона.

При комбинации обоих стройматериалов должны учитываться разные свойства. Для несущей способности создающееся различие между цементобетоном и асфальтобетоном заключается в температурных характеристиках. Прочность цементобетона не зависит от температуры, но он реагирует на изменения температуры при изменениях деформаций. Для асфальтобетона всё наоборот: изменения температуры не вызывают напряжений вследствие способности к релаксации, из-за этого снижается жесткость с увеличением температуры. В системе Whitetopping свойства цементобетона и асфальтобетона положительно дополняют друг друга. Летом, если несущая способность асфальтобетона снижается, швы бетона

341

закрыты и элементы бетонных покрытий имеют наивысшую несущую способность. Наоборот, несущаяспособностьасфальтабольшевсего, если зимойоткрытышвыбетона.

Как реконструкционный строительный метод Whitetopping обладает, кроме всего прочего, следующим преимуществом: имеющаяся несущая способность остающегося после фрезерования слоя асфальтобетона используется, так как остаточная субстанция (разрушенное асфальтобетонное покрытие) согласно новому строительному методу не демонтируется, а остаётся для дальнейшей эксплуатации.

Стандартные характеристики Whitetopping. Для проектов

Whitetopping в Колорадо (США) были рекомендованы следующие стандартные характеристики, которые основываются на практических опытах и результатах исследований [1]:

–толщина слоя бетона от 10 до 15 см (большинство проектов

Whitetopping – 15 см);

–расстояние между швами 1,8×1,8 м;

–прочность на сжатие 29000 кН/м² через 28 дней, прочность на изгиб 4500 кН/м² через 28 дней;

–содержание воздушных пор от 4 до 8 %, водоцементное отношение максимум 0,44;

–поверхность старого асфальтобетонного покрытия фрезеруют

ичистят;

–2 анкера на плиту, интервал 90 см;

–никаких дюбелей в поперечных ложных швах;

–швы заливают.

На основе результатов [4] рекомендуются к применению похожие характеристики Whitetopping с толщиной цементобетона 15 см и размерами плит 1,5×1,8 м.

Этот вариант выявляется как самый надежный и самый экономичный. При нагрузках от мощного движения рекомендуется использование дюбелей (анкеров), чтобы предотвращать образование ступеней между плитами.

Основные выводы. На наш взгляд идеи комбинирования в дорожных одеждах цементобетона и асфальтобетона в настоящее время являются одними из самых актуальных в конструировании долговечных конструкций. Причём в российском опыте имеются конструктив- но-технологические решения, которые ничуть не уступают покрытиям,

устроенным по методу Whitetopping [5, 6, 7].

342

Сущность нетрадиционной конструкции дорожнойодежды (рис. 3) заключается в том, что предлагаемый способ устройства фрагментированного дорожного основания включает укладку бетонного слоя с последующим фрагментированием свежеуложенного укатываемого бетонного слоя продавливанием, с помощью чего обеспечивается создание ослабляющих поперечное сечение вмятин (углублений) заданного рисунка [8], установление расчетных размеров, связей и формы будущих несущих элементов и обеспечение направленного трещинообразования в бетонном слое. В дальнейшем укладывают асфальтобетонный слой с увеличенной толщиной над вмятинами бетонного слоя, что также способствует эффективномуулучшениюсвойствконструкции.

Рис. 3. Конструкция нетрадиционной дорожной конструкции

Данный тип дорожной одежды позволяет эффективно воспринимать интенсивные и тяжёлые транспортные нагрузки и равномерно переносить их на нижележащие слои, что способствует значительному уменьшению накопления остаточных пластических деформаций, которые являются одной из причин образования колей наката.

Список литературы

1. Jochen A. Eid. Theoretische und experimentelle Unresuchungen dünner Betondecken auf Asphalt (Whitetopping). – Technische Universität München, Lehrstuhl für Verkehrswegebau, 2011/2012.

343

2.Mc Ghee, Kenneth H. Portland cement concrete resurfacing. – Washington D.C.: National Academy Press (Synthesis of highway practice, 204), 1994.

3.Cole Lawrence W., Mack James W., Packard Robert G. Whitetopping and Ultra-Thin Whitetopping – The U.S. Experience // Proceedings of the 8th International Symposium on Concrete Roads. – Lisbon, Portugal, 1998. – P. 203–217.

4.Burnham Thomas R. Whitetopping: Concrete Overlays of Asphalt Pavements. An Economic Solution to Pavement Rehabilitation Needs. Minnesota Department of Transportation. – Maplewood, Minnesota, 2009

5.Карпов Б.Н., Клековкина М.П., Петухов П.А. Современное конструктивно-технологическое решение автомобильных дорог с увеличенным сроком службы // Транспорт Российской Федерации. – 2013. –

№6(41). – С. 19–21.

6.Пат. 90079 Российская Федерация, МПКЕ01С9/00. Плитадорожного покрытия из полимерных материалов / Ермошин Н.А. (RU), Уколов С.А. (RU), Горбачев А.А. (RU); заявитель и патентообладатель Военная академиятылаитранспорта(RU). №2009123849; заявл. 22.06.2009.

7.Пат. 93816 Российская Федерация, МПК Е01С 5/00. Стыковое устройство плиты сборно-разборных дорожных покрытий / Ермошин Н.А. (RU), Уколов С.А. (RU), ГорбачевА.А. (RU); Новик А.Н. (RU), Зотова Л.Ю. (RU); заявитель и патентообладатель Военная академия тыла и транспорта им. генерала армии А.В. Хрулева (RU). № 2009142527; заявл. 17.11.2009; опубл. 10.05.2010, Бюл. №13. – 2 с.

8.Петухов, П. А. К вопросу устройства разрезов-трещин в несущих фрагментированных дорожных слоях // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы междунар.

науч.-практ. конф. – Пермь, 2014. – С. 168–173.

Сведения об авторах

Петухов Павел Александрович – аспирант кафедры «Авто-

мобильные дороги, мосты и тоннели», Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, е-mail: petukhov.pavel17@gmail.com.

Карпов Борис Николаевич – доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобильные дороги, мосты и тоннели», СанктПетербургский государственный архитектурно-строительный универ-

ситет, е-mail: kafedra-ad@yandex.ru.

344

УДК 625.7/8

В.Ф. Невингловский, С.Ю. Аксенов, А.С. Ризниченко, А.Н. Онищенко

МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИКЛИЧЕСКОЙ УСТАЛОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНА

Приведены методика и результаты определения циклической усталости асфальтобетона. Главная цель испытания на усталость дорожно-строительных материалов заключается в моделировании действия растягивающих горизонтальных нормальных напряжений, возникающих при изгибе монолитных слоев от воздействия колеса транспортных средств

Ключевые слова: асфальтобетон, усталость материала, предельные напряжения, изгиб монолитных слоев, трещиностойкость, горизонтальные напряжения

V.F. Nevinglovsky, S.Y. Aksуоnov,

О.S. Riznichenko, A.N. Onishchenko

METHODS AND RESULTS DEFINITIONS CYCLIC FATIGUE

OF ASPHALT CONCRETE

In this article presents the methods and results of determining the cyclic fatigue of asphalt concrete. The main objective of the fatigue test of road-building materials is to model the action of tensile horizontal normal stresses arising from bending monolithic layers from the effects of vehicle wheels

Keywords: asphalt concrete, fatigue material, threshold voltage, bending monolithic layers, crack resistance, horizontal stresses.

Асфальтобетонное покрытие подвергается действию постоянной циклической транспортной нагрузки, поэтому анализ влияния данного фактора особенного важен ещё на стадии проектирования долговечного покрытия с целью избегания его преждевременного разрушения. Кроме того, большая часть лабораторных испытаний асфальтобетона проводится с использованием постоянной нагрузки, например, при определении прочности при сжатии или изгибе, что не позволяет учитывать прочностные характеристики асфальтобетона при циклическом воздействии нагрузки. Важность испытания асфальтобетона на усталость с целью про- гнозированияеготрещиностойкостиотмеченаавторами[1–3].

345

Методикаопределенияциклическойусталостиасфальтобетона

Испытание на усталость1 заключается в моделировании действия растягивающих горизонтальных нормальных напряжений, возникающих при изгибе монолитных слоев от воздействия колеса транспортных средств. Испытание на усталость осуществляют в режиме контролируемых горизонтальных напряжений. Для испытания на усталость испытывают образцы согласно схеме прибора, показанной на рис. 1. Образец устанавливают на опоры (подвижную и неподвижную) и фиксируют количествоцикловвоздействиянагрузкидоегоразрушения.

Рис. 1. Прибор для испытания монолитных дорожно-строительных материалов на усталость: 1 – образец; 2 – устройство передачи нагрузки на образец; 3 – опоры (подвижная и неподвижная); 4 – рычаги передачи нагрузки; 5 – система циклической нагрузки; 6 – пульт управления с датчиками количества циклов приложения нагрузки к разрушению образцов

Образцы-призмы изготавливают путем вырезания из плит монолитных дорожно-строительных материалов, полученных в лабораторных условиях на секторном прессе, или вырубок, взятых на покрытии2.

1СОУ 45.2-00018112-058:2010. Монолітні дорожньо-будівельні матеріали. Метод випробування на втому.

2СОУ 45.02-00018112-020:2009 Асфальтобетон дорожній. Метод випробування на стійкість до накопичення залишкових деформацій; ДСТУ Б В.2.7-89-99 (ГОСТ 12801–98). Матеріали на основі органічних в’яжучих для

дорожнього і аеродромного будівництва. Методи випробувань.

346

Подготовленные образцы-призмы очищают и высушивают до постоянной массы. На одну из обрезанных граней по оси наклеивают полоску из алюминиевой фольги шириной 10 мм на всю длину образца. Время термостатирования определяется при условии, чтобы температура образца во всем его объеме имела температуру (0±0,5) °С. Термостатирование образцов отслеживается с помощью контрольного образца, внутри которого расположен датчик температуры. Испытания на усталость проводят при базовых условиях с последующим построением линии регрессии выносливости. Для этого последовательно проводят испытания образцов на четырех уровнях нагрузки, которые принимаются равными 0,1; 0,2; 0,4

и0,6 от разрушительной, т.е. 0,1 Rлаб , 0,2 Rлаб , 0,4 Rлаб , 0,6 Rлаб . Уста-

навливают образцы на опоры гранью, на которую наклеена фольга. Прикладывают к образцам устройства с передачей нагрузки. Перемещая опоры с помощью регулировочных винтов, устраняют зазоры и люфты между образцами, опорами, устройствами для передачи нагрузки на образец

ирычагамипередачизагрузки3.

При испытании в результате разрушения одного из образцов срабатывает датчик регистрации количества циклов приложения нагрузки до разрушения, который выключает систему нагрузки прибора.

Обработка результатов испытания

По результатам испытаний принимают показатель усталости (m) для испытуемого асфальтобетона по аналитической зависимости:

Результаты определения циклической усталости асфальтобетона

В соответствии с данной методикой получены экспериментальные результаты циклической усталости различных типов асфальтобетона. Для испытаний использовались асфальтобетоны типа Б-10, Б-20, Г, которые отвечали условиям4, и ЩМА-10, ЩМА-20, которые отвечали условиям5. Асфальтобетонные смеси изготавливали на битуме марки БНД 60/90, атакже на модифицированном битуме с полимерным катионным латексомButonal NX4190 сразнымегоколичеством(2,4–6 %) отмассыбитума.

Испытания проводились при температуре +20 оС и нагрузке (σ) на образец 0,6 МПа и времени действия нагрузки t = 0,05…0,1 с, при амплитуде прогиба образца ε 0,45 мм.

Результаты определения циклической усталости представлены

ниже.

Результаты определения количества циклов до разрушения исследуемых асфальтобетонов

4ДСТУ Б В.2.7-119:2011 Суміші асфальтобетонні і асфальтобетон дорожній та аеродромний. Технічні умови.

5ДСТУ Б В.2.7-127:2006. Будівельні матеріали. Суміші асфальтобетонні і асфальтобетон щебенево-мастикові. Технічні умови.

348

Полученные результаты показывают увеличение количества циклов нагрузки на образцы-балочки к их разрушению с введением полимера, а также с увеличением его количества. Так, с учетом того, что оптимальное количество полимера в БМП составляет 4 %, имеем следующее увеличение показателя циклической усталости: для асфальтобетона типа Г показатель циклической усталости увеличился

в10,9 раз при 4 % полимера в БМП; для асфальтобетона типа Б-10 –

в9,1 раза; для асфальтобетона типа Б-20 – в 4,6 раза; для ЩМА-10 –

в9,1 раза; для ЩМА-20 – в 8,8 раза.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что применение полимерного латекса Butonal NX4190 позволяет повысить свойства исследуемыхасфальтобетонов, втомчислеициклическуюусталость.

Заключение

В соответствии с описанной методикой возможно определить циклическую усталость асфальтобетона различных типов и видов. Данное определение показателя механической усталости асфальтобетона предназначено для оценки прочности конструкций дорожной одежды согласно6, в результате моделирования действия колеса расчетного автомобиля, который движется. Кроме того, испытание на циклическую усталость со-

6 ВБН В.2.3-218-186-2004. Споруди транспорту. Дорожній одяг нежор-

сткого типу / VBN V.2.3-218-186-2004. Sporudi transportu. Dorozhnіj odjag nezhorstkogo tipu

349

гласно стандарту7 необходимо выполнять для определения вероятной долговечностиконструкциидорожнойодежды.

Список литературы

1.Мозговой В.В. Оценка температурной трещиностойкости асфальтобетонных и дегтебетонных слоев в покрытиях автомобильных дорог: дис. … канд. техн. наук. – Киев. – 1986. – С. 330.

2.Сюньи Г.К., Мозговой В.В.. О расчете асфальтобетонных покрытий на трещиностойкость // VII Всесоюзное совещание дорожни-

ков: тез. докл. и сообщ. – М., 1981 – С. 10–11.

3.Онищенко А М. Підвищення довговічності асфальтобетонних

шарів за рахунок використання полімерних латексів: дис. … канд.

техн. наук. – Киев, 2008. – С. 157.

Сведения об авторах

Невингловский Вадим Федорович – соискатель кафедры «До-

рожно-строительные материалы и химия», Национальный транспорт-

ный университет, г. Киев, е-mail: nevinglovskiy@ukr.net.

Аксенов Сергей Юрьевич – соискатель кафедры «Дорожностроительные материалы и химия», Национальный транспортный уни-

верситет, г. Киев, е-mail: Kabysik@bigmir.net.

Ризниченко Александр Сергеевич – аспирант кафедры «До-

рожно-строительные материалы и химия, Национальный транспорт-

ный университет, г. Киев, е-mail: aleksr87@mail.ru.

Онищенко Артур Николаевич – кандидат технических наук, доцент кафедры «Дорожно-строительные материалы и химия», Национальныйтранспортныйуниверситет, г. Киев, е-mail: artur_onish@bigmir.net.

7 СОУ 45.2-00018112-058:2010. Монолітні дорожньо-будівельні матеріали. Метод випробування на втому.

350