Modificarea proprietăților bitumului în betonul asfaltic
Modificarea proprietăților bitumului în betonul asfaltic
În acoperirea din beton asfaltic, sub influența mișcării autovehiculelor și a mediului, structura se stabilizează ca rezultat al proceselor ireversibile în peliculele bituminoase și întărirea legăturilor la interfața dintre materialul mineral și liantul. Proprietățile structurale și mecanice ale betonului asfaltic cresc, rezistența sistemului crește, dar după un timp, apar deformații sub formă de fisuri pe acoperire. Aceasta înseamnă că stabilizarea structurii intră într-o nouă fază - distrugerea, care în cele din urmă completează ciclul de viață al betonului asfaltic. Procesele care apar la nivel molecular în bitum conduc la modificări macroscopice ale betonului asfaltic, care se manifestă prin creșterea fragilității, plasticitate redusă etc.
Bitumul din betonul asfaltic este afectat de căldură, radiația solară, oxigenul în aer, ozonul, apa, bacteriile și încărcăturile dinamice din mașini. Factori cum ar fi radiațiile termice și solare, efectele chimice și mecanice, cauzează în moleculele de bitum ruptura legăturilor chimice, formarea radicalilor liberi.
Stabilitatea bitumurilor la acțiunea căldurii și a oxigenului depinde de structura lor și, în primul rând, de prezența grupurilor ușor de oxidare și a legăturilor în macromolecule. Se știe că compușii nesaturați sunt mai expuși la oxigen decât la cei saturați.
Potrivit lui AS Kolbanovskaya, procesele care determină schimbări ireversibile în compoziția și proprietățile bitumurilor sunt:
- evaporarea componentelor volatile, care apar în stratul de suprafață al bitumului cu grosime nesemnificativă și în funcție de conținutul de componente volatile, de viscozitatea bitumului și de temperatura;
- oxi-polimerizarea componentelor de bitum, care apar în principal pe suprafața exterioară a liantului expus la lumină directă sau la raze ultraviolete;
- polioxicondensarea, care se produce sub influența oxigenului, este procesul principal care modifică compoziția și structura bitumului în timpul îmbătrânirii.
Ideile existente despre îmbătrânirea bitumului se bazează pe lucrări asupra mecanismului de oxidare a hidrocarburilor cu înaltă moleculară a uleiului. Conform teoriei lui NI Semenov, oxidarea substanțelor organice se realizează prin formarea intermediară de peroxizi, care intră ușor în compuși. PM Emanuel a arătat că oxidarea hidrocarburilor este un proces în lanț care urmează unui mecanism radical.
Teoria peroxidul poziție principală este că autooxidare oxigenului unește substanța oxidantă sub forma întregii molecule, în timp ce trece de la starea inactivă la activ, care se caracterizează prin una dintre ruptură de obligațiuni. Produsul primar al oxidării este peroxizii instabili, care se transformă în produse stabile, cu dezvoltarea ulterioară a procesului. Acumulate în sistem, acești peroxizi se descompun simultan. O astfel de descompunere duce la apariția unor radicali suplimentari, care este sursa dezvoltării de lanțuri noi.
Fig. 1. Ciclul de viață al betonului asfaltic
Îmbătrânirea bitumului în betonul asfaltic urmează același mecanism ca și bitumul liber, deși există anumite particularități datorate prezenței materialelor minerale. Astfel, IA Rybiev consideră că introducerea bitumului în pulberile minerale mărește rezistența la intemperii. AI Lysikhina observă că calcarul are un efect de întârziere asupra îmbătrânirii bitumurilor. În același timp, Bart consideră că, atunci când este adsorbit pe suprafața umpluturii de cuarț sau calcar mineral, componentele bitumului se oxidează mai repede.
BG Baked constată că adsorbiți straturi comparativ cu bitum liber au un avantaj important: moleculele de bitum din straturile adsorbite au o mobilitate mult mai mici decât bitumul libere, care reduce cu siguranță reactivitatea lor. Firește, diferite materiale de umplutură minerale din betonul asfaltic au o capacitate de adsorbție diferită. O măsură a capacității de adsorbție a suprafeței de umpluturi minerale BG ficat luat dielectric constant e, care este cauzată de natura polară a substanței, caracterizată prin polaritatea moleculelor sau elementelor structurale, și este o caracteristică importantă a suprafețelor de interacțiune. Măsurarea constantei dielectrice a umpluturi minerale au arătat că odată cu scăderea granulometrie constantei dielectrice, polaritatea și capacitatea de adsorbție a suprafeței crește de umplere, și într-o măsură mai mare în materialele minerale având un e mai mare. Cel mai polar avansat diabazul porphyrite, marmura mai puțin polar. În nisipul de cuarț feros, polaritatea era mult mai scăzută, iar nisipul de cuarț al lui Volsky sa dovedit a fi aproape nepolar.
Testele efectuate pe dispozitivul lui N.Evers au arătat că îmbătrânirea amestecurilor bituminoase cu materiale polare este mai puțin intensă decât în cazul celor nepolare.
Studiile efectuate de ficat BG a arătat că rezistența la compresiune la 50 ° C, probe de nepereformovannyh prelevate din stratul de bitum oxidat BND 90/130, după 5 ani de utilizare, a crescut cu aproximativ 4 ori, comparativ cu originalul, și pe bitum rezidual de brand BND 130/200 - în 2,7 ori. Rezistența la 0 ° C a probelor de beton asfaltic pe bitum oxidat de gradul ND 90/130 și cu 8% din probele de beton asfaltic pe bitum rezidual a crescut de 1,5 ori.
În Fig. 6.1 prezintă trei etape de schimbare a proprietăților betonului asfaltic în timpul funcționării stratului de acoperire (a treia perioadă). În prima etapă a celei de-a treia perioade, cu răcirea betonului asfaltic, există o creștere a avalanșei forței și
rezistența la apă. A doua etapă a acestei perioade se caracterizează printr-o creștere monotonă a rezistenței, legată de impactul a doi factori: creșterea vâscozității bitumului datorată schimbărilor ireversibile; durificarea obligațiuni la interfața dintre partea minerală - rezultată stabilizarea liantului completă a stratului pe bază de bitum și apariția tumorilor în zona de contact, în funcție de condițiile de mediu, precum și materiale minerale proprietăți ale acestor procese pot apărea simultan sau poate predominare unuia dintre ele.
A treia etapă durează durata de viață a acoperirii este determinată și modificarea ulterioară a proprietăților bitumului asfaltică betonului sub influența agenților atmosferici, precum și structura internă a miezului mineral. În acest stadiu, cel mai probabil, încep să apară în bitumul radicali activi, dar încă mici în comparație cu numărul de molecule pentru care acționează, mecanism de oxidare în lanț nu ar duce la distrugerea apreciabilă de acoperiri asfaltice. Distrugerile vor deveni vizibile la începutul celei de-a patra perioade (perioada de eșec), când coeziunea bitumului, care va atinge punctul maxim, va începe să scadă.
Analiza stării acoperirilor asfalt pe drumurile din zonele climatice rutiere II și III au arătat că 75-80% din cauza eșecului este fracturare acoperirii, după ce este Repair. În acest sens, principalul criteriu de cracare eșec este acceptată, eșecul de acoperire are loc în momentul în care distanța dintre fisuri transversale este de 1,5 m. De obicei, atunci când distanța dintre fisuri transversale deja formate fără fisuri longitudinale, iar acoperirea permisă repede. Presupunând că zona de influență a fisurii transversale a fost de 1,5 m, crăparea acoperirii poate fi caracterizată prin zona de cracare, care este determinată de lungimea fisurilor transversale în zona de 1000 m2, înmulțită cu 1,5 m și 1000 m 2 împărțită la acoperirea, exprimată ca fracție sau procentaj în m2 / 1000 m2. Cunoscând lățimea stratului de acoperire, este ușor de determinat distanța dintre fisurile transversale.
În conformitate cu cele de mai sus, îmbătrânirea acoperișului din beton asfaltic poate fi reprezentată ca un proces de creștere a temperaturii de fragilitate sub influența factorilor climatici climatici și a acțiunii de oboseală din încărcăturile de transport. Cunoscând schimbarea temperaturii de fragilitate a betonului asfaltic sub acțiunea acestor factori, este posibilă prezicerea cineticii cracării în timpul funcționării.