УДК 539.4:620.178.7:625.855.3

DOI 10.24411/1683-805X-2020-12003

 

Практика показывает, что современные условия эксплуатации скоростных транспортных магистралей требуют разработки и внедрения ориентированных на динамические воздействия стандартов для испытаний материалов дорожного покрытия. При этом материалы дорожного покрытия имеют сложную иерархическую структуру, которая проявляет самосогласованную на разных масштабных уровнях реакцию на нагрузку. Соответствующие параметры феноменологических моделей, применяемых для макроскопических объектов, принципиально зависят от процессов, происходящих на низовых масштабах и эта взаимосвязь определяет поведение и прочность материала как при статических, так и при динамических воздействиях. В данной статье представлены результаты динамических испытаний некоторых битумных вяжущих и асфальтобетона, а также их анализ на основе подхода критерия инкубационного времени. Испытания проводились на установке с разрезным стержнем Гопкинсона для материалов, выдержанных при комнатной или отрицательной (–10 °C) температуре. На основании экспериментальных данных показано, что структурно-временной подход, основанный на понятии инкубационного времени разрушения, может служить эффективным инструментом для анализа и прогнозирования динамических эффектов прочности материалов для дорожного покрытия. Отмечается, что поскольку инкубационное время разрушения характеризует длительность процессов, подготавливающих макроразрушение на различных масштабных уровнях, то управляя данным параметром за счет структурных особенностей материала, можно обеспечить нужную реакцию материала на динамическую нагрузку. Предлагаемые структурно-временные параметры могут быть внедрены в новые разрабатываемые стандарты, основанные на идее дифференцированного выбора материалов в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации транспортной магистрали.

Ключевые слова: битум, асфальтобетон, динамическое нагружение, динамическая прочность, скоростная зависимость прочности, критерий инкубационного времени

 

Dynamic strength analysis of bitumen binders for asphalt concrete mixtures in terms of the fracture incubation time criterion

The operating conditions of current highways require the development and implementation of new testing standards for pavement materials with regard to dynamic impact. Pavement materials have a complex hierarchical structure exhibiting a self-consistent response to load at different scale levels. The corresponding parameters of the phenomenological models used for macroscopic objects essentially depend on lower-scale processes, and this relationship determines the behavior and strength of the material under both static and dynamic loading. This paper reports dynamic test results for some bitumen binders and asphalt concrete, and provides their analysis on the basis of the incubation time criterion. The tests were conducted using a split Hopkinson pressure bar on materials previously exposed to room or negative (–10°C) temperature. Experimental data showed that the structural-temporal approach based on the concept of the incubation time of fracture can be a good tool for analyzing and predicting the dynamic strength effects of pavement materials. Since the fracture incubation time characterizes the duration of macrofracture preparation processes at different scale levels, control over this parameter through the structural features of the material can provide the desired material response to dynamic load. The proposed structural-temporal parameters can be incorporated into new standards developed with the idea of a differential choice of materials depending on the expected highway operating conditions.

 

Keywords: bitumen, asphalt concrete, dynamic loading, dynamic strength, velocity dependence of strength, incubation time criterion

 

И.В. Смирнов, Ю.В. Петров  Анализ динамической прочности битумных вяжущих для асфальтобетона в терминах критерия инкубационного времени разрушения // Физ. мезомех. - 2020. - Т. 23. - № 2. - С. 24-34