Указания по применению, состав, структура и основные свойства дорожностроительных материалов

УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ, СОСТАВ, СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДОРОЖНОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Свойства дорожно-строительных материалов

Дорожно-строительные материалы в период эксплуатации в сооружении (дорожная одежда, мосты и др.) подвергаются воздействию внешних механических сил и физико-химических факторов окружающей среды. К внешним механическим воздействиям относят ударные и статические нагрузки транспортных средств, массу элементов конструкций, механическую работу воды, льда, ветра. К физико-химическим факторам относят колебания температуры воздуха, инсоляцию, атмосферные осадки, поверхностные и грунтовые воды и др.

В зависимости от того, в каком элементе дорожной конструкции работают материалы, они по-разному подвергаются воздействию внешних сил и физико-химических процессов окружающей среды. Внешние механические воздействия на материалы в дорожных конструкциях могут значительно усиливаться под влиянием факторов среды. Так, атмосферные воды, попадая в отдельные слои дорожной одежды, могут нарушать структурные связи в материале, растворять и вымывать некоторые вещества. Минерализованные воды постепенно разрушают такие материалы, как например, цементобетон. Колебания температуры периодически изменяют внутренние напряжения в материалах, а также изменяют их состояние, что приводит к ослаблению структурных связей, появлению микротрещин, сдвигов под воздействием транспортных средств. С течением времени под влиянием сложного комплекса механических, физических и химических факторов строительные материалы в дорожных конструкциях постепенно разрушаются. Интенсивность разрушения определяется особенностями внешних воздействий, конструкции дорожной одежды и свойствами материалов - объективными признаками, проявляющимися при производстве, применении и работе материалов в конструкциях. Пригодность материалов для конкретных условий определяют по их свойствам. Свойства материалов многообразны, что обусловлено главным образом их вещественным составом. Выделяют физические, механические, химические и другие свойства.

Физические свойства характеризуют физическое состояние материала (фазовое состояние, плотность, структуру), а также определяют его отношение к физическим процессам окружающей среды. При этом физические процессы в материале не изменяют строение его молекул. Обычно к таким свойствам относят плотность, объемную массу, теплопроводность, теплоемкость, звукопроницаемость, влажность, водопроницаемость, водопоглощение, усадку, огнеупорность, огнестойкость, светостойкость, электросопротивление.

Механические свойства - способность материала сопротивляться деформированию и разрушению под действием напряжений, возникающих в результате приложения внешних сил (прочность, упругость и вязкость, пластичность и хрупкость, релаксация, ползучесть, твердость материалов и др.).

Химические свойства материала определяют его способность вступать в химическое взаимодействие с веществами среды, в которой он находится, при этом появляются новые вещества. К химическим свойствам можно отнести растворимость и кристаллизацию, коррозионную стойкость, старение, атмосферостойкость, адгезию, горючесть, токсичность и др.

Свойства материалов не остаются стабильными, они изменяются под воздействием физических, химических, механических и физико-химических факторов, например: прочность свежеуложенного асфальтобетона при повышении температуры до 50 °С уменьшается примерно в 2 раза, а под влиянием инсоляции и воздуха в нем происходят постепенно и более глубокие изменения - он стареет; прочность некоторых песчаников и известняков в водонасыщенном состоянии снижается до 25-50%, а прочность древесины (сосны) при увлажнении до 20% снижается в 1,5 раза по сравнению с воздушно-сухим - состоянием и т.п.

Свойства материалов характеризуются количественными показателями, которые определяют в процессе лабораторных, полевых и производственных испытаний. Обычно это условные величины, поскольку они изменяются от методики испытания материалов. Получаемый показатель свойств материала с помощью прибора (машины) характеризует лишь свойство части, элемента (образца) материала и во многих случаях заметно отличается от истинного показателя. Не все показатели свойств строительных материалов можно оценить в системе принятых единиц измерения физических величин, в том числе и в Международной системе единиц (СИ), следовательно, не всегда можно определить их размерность. Методика определения показателей свойств материалов строго регламентируется.

Показатели свойств материалов являются важнейшими критериями их качества. Они нормированы в государственных, стандартах и других нормативно-технических документах.

Физические свойства. Важнейшими из физических свойств материала являются плотность и объемная масса.

Плотность - масса вещества материала в единице его объема. Плотность строительных материалов больше единицы.

Объемная масса - масса единицы объема материала в естественном состоянии (с порами и пустотами и т.д.). Объемная масса строительных материалов обычно меньше плотности (табл.1). Чем меньше пористость материала, тем ближе значения объемной массы и плотности. Поэтому по объемной массе можно судить о пористости материала. Показатель объемной массы материала необходим для подсчета его массы, массы строительных конструкций, определения пористости.

У рыхлых зернистых материалов различают насыпную массу - массу единицы объема материала в рыхлом состоянии. Насыпная масса характеризует, кроме пор в зернах материала, пустоты между зернами.

С объемной массой связаны физические, механические и другие свойства; чем больше объемная масса материала, тем меньше его пористость, лучше он проводит тепло, звук и т.д.

Пористость характеризует количество пор и микротрещин в единице объема материала

где:

- объемная масса;

- плотность материала.

Пористость в значительной мере обусловливает физические, механические и другие свойства материалов. Чем больше пористость, тем меньше прочность и теплопроводность, больше водо- и газопроницаемость. Опытный инженер по пористости ориентировочно может определить многие свойства материалов. Для рыхлых материалов аналогично пористости определяется пустотность - объем пустот между зернами (обычно в процентах).

Таблица 1