Николай Игоревич Шестаков — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры градостроительства
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
Scopus: 57205223447
Nikolay I. Shestakov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Urban Planning
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337
Scopus: 57205223447
Владимир Артурович Дзуцев — студент;
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
Vladimir A. Dzutsev — student
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337
Иван Романович Полев — студент
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
Ivan R. Polev — student
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337
Введение. Эксплуатационная долговечность асфальтобетонных покрытий в значительной степени определяется процессами деградации микроструктуры материала под воздействием воды и переменных температур. На ранних стадиях разрушения формируются микродефекты, которые впоследствии приводят к развитию трещинообразования и снижению эксплуатационных характеристик покрытия. Несмотря на большое количество исследований, посвященных долговечности асфальтобетонов, морфологические признаки начальной стадии эксплуатационной деградации изучены недостаточно. Цель исследования — выявление ранних морфологических признаков повреждения структуры асфальтобетона и количественная оценка изменения дефектного пространства материала на начальной стадии эксплуатационного разрушения.
Материалы и методы. Объектом исследования являются образцы щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-16. Микроскопическая съемка зон с выраженными микродефектами выполнена для образцов в исходном состоянии и после водонасыщения с последующим циклическим замораживанием и оттаиванием. Морфологический анализ дефектного пространства проводился по цифровым микрофотографиям с помощью методов автоматизированной обработки изображений. Для количественной характеристики структуры дефектов использован комплекс морфологических показателей, включающий долю дефектной области, а также параметры, характеризующие форму и протяженность границ дефектов.
Результаты. Проанализировано 40 характерных зон микроструктуры. Получены количественные оценки изменения дефектности после воздействия воды и переменных температурных циклов. Установлено, что уже после пяти циклов замораживания и оттаивания формируются устойчивые признаки первичной деградации структуры, проявляющиеся в увеличении интегральной дефектности и изменении порово-трещинной морфологии. Определено, что на ранней стадии деградации одновременно реализуются механизмы разветвления дефектной сети и объединения дефектных областей с их укрупнением.
Выводы. Полученные результаты подтверждают возможность диагностики ранних стадий эксплуатационного повреждения асфальтобетона на основе морфологического анализа микроструктуры. Показана необходимость совместного использования площадных и линейных морфологических показателей при количественной оценке дефектного пространства материала.
Introduction. The operational durability of asphalt concrete pavements is largely determined by degradation processes occurring in the microstructure of the material under the influence of moisture and alternating temperatures. At the early stages of deterioration, microdefects are formed, which subsequently lead to crack development and a decrease in the performance characteristics of the pavement. Despite numerous studies devoted to the durability of asphalt concrete, the morphological features of the initial stage of operational degradation remain insufficiently studied. The aim of this work is to identify early morphological indicators of damage in the asphalt concrete structure and to quantitatively assess changes in the defect space of the material at the initial stage of operational deterioration.
Materials and methods. The object of the study is stone mastic asphalt SMA-16 specimens. Microscopic imaging of areas with pronounced microdefects was performed for specimens in the initial condition and after water saturation followed by cyclic freezing and thawing. The morphology of the defect space was analyzed using digital microphotographs with automated image processing methods. A set of morphological parameters was used to quantitatively characterize the defect structure, including the fraction of the defective area and parameters describing the shape and extent of defect boundaries.
Results. A total of 40 representative microstructural zones were analyzed. Quantitative estimates of defect evolution after exposure to water and alternating temperature cycles were obtained. It was established that stable features of primary structural degradation appear after five freeze–thaw cycles, manifested by an increase in integral defectiveness and changes in pore-crack morphology. It is shown that at the early stage of degradation, mechanisms of defect network branching and merging of defect regions with their enlargement occur simultaneously.
Conclusions. The obtained results confirm the possibility of diagnosing the early stages of operational damage in asphalt concrete based on morphological analysis of its microstructure. The necessity of combined use of areal and linear morphological parameters for quantitative assessment of the defect space is demonstrated.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.