Оценка реальных условий эксплуатации и фактических температурных изменений при моделировании состава конструктивных слоев асфальтобетона

Все типы усовершенствованных дорожных покрытий работают в экстремальных условиях, с точки зрения воздействия нагрузок и температур. Степень этих влияний моделируется стандартизированными испытаниями, которые воспроизводят, как правило, только нагрузку при постоянной температуре. Основываясь на данных результатах, к материалам конструктивных слоев предъявляются требования, которые не полностью отражают ряд особенностей их работы в дорожном покрытии. Фактически не учитываются основные температурные воздействия и температурно-физические изменения, протекающие в асфальтобетоне, что может привести к недостаточной долговечности и надежности. Эти изменения включают в себя реакции материала на колебания температуры, что может вызвать внутриструктурные изменения и привести к повышенному трещинообразованию и ухудшению эксплуатационных характеристик. В нашей работе мы провели исследования по определению теплофизических параметров материала верхних конструктивных слоев дорожной одежды, таких как коэффициенты теплопроводности, теплоемкости, теплового расширения (сжатия). Отличительной особенностью наших экспериментов было отслеживание и определение теплофизических показателей в динамике процесса температурных изменений. В статье представлены результаты локальных экспериментальных исследований опытных образцов асфальтобетона по определению коэффициентов теплового линейного расширения, теплопроводности и теплоемкости при заданных перепадах температур. Учитывая важность этих характеристик, необходимо пересмотреть требования к материалам конструктивных слоев с целью обеспечения моделирования реальных условий эксплуатации и учета фактических температурных изменений. Основным результатом проведенных исследований можно считать выработанную методику дальнейшей работы, в которой планируется произвести учет градиента и скорости изменения температур, крупности каменного заполнителя, изменение реологических характеристик в зависимости от изменения температуры. 

1. Долговечные асфальтобетонные покрытия автомобильных дорог, мостов и улиц / В. А. Веренько [и др.]. Минск: Арт Дизайн, 2015. 296 с.

2. Ghafari, S. R-Curve Behavior and Crack Propagation Properties of Asphalt Concrete at Low Temperatures / S. Ghafari, F. M. Nejad // Journal of Civil Engineering and Management. 2015. Vol. 21, No 5. P. 559–570. https://doi.org/10.3846/13923730.2014.890653.

3. A Full-Scale Field Experiment to Study the Hydrothermal Behavior of the Multilayer Asphalt Concrete Pavement in Cold Regions / Di Wu [et. al.] // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 267. Art. 121855.https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121855.

4. Rith, M. Reflective Cracking from Thermal Loading in Asphalt–Concrete Composite Pavements / M. Rith, Y. K. Kim, S. W. Lee // Proceedings of the Institution of Civil Engineers. Transport. 2019. Vol. 175, No 3. P. 178–186. https://doi.org/10.1680/jtran.18.00189.

5. Investigation on Statistical Characteristics of Asphalt Concrete Dynamic Moduli with Random Aggregate Distribution Model / P. Cao [et al.] // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 148. P. 723–733. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.012.

6. Pirmohammad, S. Asphalt Concrete Resistance Against Fracture at Low Temperatures under Different Modes of Loading / S. Pirmohammad, M. R. Ayatollahi // Cold Regions Science and Technology. 2015. Vol. 110. P. 149–159. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2014.11.001.

7. Prediction of Concrete Coefficient of Thermal Expansion and other Properties using Machine Learning / V. Nilsen [et al.] // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 220. P. 587–595. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.05.006.

8. Three-Dimensional Microstructure Based Model for Evaluating the Coefficient of Thermal Expansion and Contraction of Asphalt Concrete / J. Chen [et al.] // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 284. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122764.

9. Cheng, J. Temperature-Dependent Viscoelastic Model for Asphalt Concrete using Discrete Rheological Representation / J. Cheng, X. Qian // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 93. P. 157–165. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.05.106.

10. Nonlinear Viscoelastic Analysis of Unaged and Aged Asphalt Binders / E. Masad [et al.] // Construction and Building Materials. 2008. Vol. 22, No 11. P. 2170–2179. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2007.08.012.

11. On the Thermal Characterization of Solids by Photoacoustic Calorimetry: Thermal Diffusivity and Linear Thermal Expansion Coefficient / A. Bedoya [et al.] // Thermochimica Acta. 2015. Vol. 614. P. 52–58. https://doi.org/10.1016/j.tca.2015.06.009.

12. Hou, T.-C. A new Approach for Determination of the Coefficient of Thermal Expansion of Asphalt Concrete / T.-C. Hou, S.-J. Huang, C. Hsu // Measurement. 2016. Vol. 85. P. 222–231. https://doi.org/10.1016/j.measure ment. 2016.02.035.

13. Effect of Aggregate Gradation and Asphalt Mix Volumetrics on the Thermal Properties of Asphalt Concrete / M. A. Khasawneh [et al.] // Case Studies in Construction Materials. 2023. Vol. 18. Art. e01725. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01725.

14. Thermodynamic Approaches in Assessing Quality, Efficiency and Environmental Friendliness of Asphalt Concrete / Z. Qing [et al.] // Наука и техника. 2022. Т. 21, № 6. С. 490–498. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-6-490-498.

15. ThermodynamicAspects of Pavement Engineering / B. M. Khroustalev [et al.] // Наука и техника. 2022. Т. 21, № 1. С. 28–35. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-1-28-35.

16. Specific Features of Heatand Mass Transfer Processes in Road Dressings / B. M. Khroustalev [et al.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 6. С. 517–526. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-517-526.

17. Heat Resistance and Heat-and-Mass Transfer in Road Pavements / B. M. Khroustalev [et al.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 6. С. 536–546. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-536-546.

18. Recycling of Materials for Pavement Dressing: Analytical Review / T. Liu [et al.] // Наука и техника. 2019. T. 18, № 2. С. 104–112. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-2-104-112.

19. Structure Formation and Properties of Concrete Based on Organic Hydraulic Binders / B. M. Khroustalev [et al.] //. Наука и техника. 2020. Т. 19, № 3. С. 181–194. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-3-181-194