Морфология микродефектов в асфальтобетонах на ранней стадии эксплуатационной деградации

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.

1. Кирюхин Г.Н. К вопросу о теории структуры асфальтобетона // Дороги и мосты. 2019. № 1 (41). С. 247–261. EDN STEFLF.

2. Yu J., Feng Zh., Chen Ya., Yu H., Korolev E., Obukhova S. et al. Investigation of cracking resistance of cold asphalt mixture designed for ultra-thin asphalt layer // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 414. P. 134941. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.134941. EDN KEMLMO.

3. Шестаков Н.И., Чертес К.Л., Ткач Е.В. Сравнительный анализ биопозитивности проектных решений объектов дорожно-транспортного комплекса // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2022. № 3 (39). С. 106–120. DOI: 10.21869/2311-1518-2022-39-3-106-120. EDN VIHOAQ.

4. Обухова С.Ю., Будкина А.О., Королев Е.В. Особенности структурообразования модифицированного вяжущего в присутствии резиновой крошки. Часть 1. Совместимость резиновой крошки с углеводородными пластификаторами // Региональная архитектура и строительство. 2024. № 1 (58). С. 24–32. DOI: 10.54734/20722958_2024_1_24. EDN SOSNAR.

5. Королев И.В. Модель строения битумной пленки на минеральных зернах в асфальтобетоне // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1981. № 8. С. 63–67.

6. Ядыкина В.В. Управление процессами формирования и качеством строительных композитов с учетом состояния поверхности дисперсного сырья : монография. М. : Изд-во АСВ, 2009. 374 с. EDN SAPOYD.

7. Ядыкина В.В., Траутваин А.И. Влияние механоактивации минеральных порошков на взаимодействие с битумом и на структурообразование асфальтовяжущего // Ассоциация исследователей асфальтобетона : сб. ст. и докл. ежегодной науч. сессии. 2013. С. 26–32. EDN ZIXYOP.

8. Братчун В.И., Пшеничных О.А., Ромасюк Е.А., Пономаренко П.В., Васильева Т.А., Коваль Д.И. и др. О формировании структуры адсорбционно-сольватных слоев асфальтохризотилового вяжущего вещества на поверхности минеральных материалов дорожного асфальтобетона // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2022. № 1 (153). С. 114–121. EDN VWEBYO.

9. Иноземцев С.С., Королев Е.В. Оценка влияния степени гидратации цемента на свойства получаемого на его основе минерального наполнителя для асфальтобетонов // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2017. № 4–5 (56–57). С. 77–84. EDN ZHMYTR.

10. Высоцкая М.А., Русина С.Ю., Резников А., Хлевной И. Пористые дисперсные наполнители в бинарных композициях // Эффективные строительные композиты : науч.-практ. конф. к 85-летию заслуженного деятеля науки РФ, академика РААСН, доктора технических наук Баженова Юрия Михайловича. 2015. С. 95–99. EDN UDANSF.

11. Никольский В.Г., Дударева Т.В., Красоткина И.А., Зверева У.Г., Бекешев В.Г., Рочев В.Я. и др. Разработка и свойства новых наномодификаторов для дорожного покрытия // Химическая физика. 2014. Т. 33. № 7. С. 87. DOI: 10.7868/S0207401X14070073. EDN SGVXUL.

12. Левкович Т.И., Воробьев Е.Г., Терешина Ю.В. Особенности структуры и свойств модифицированных асфальтобетонов и битумов // Научный альманах. 2024. № 2–3 (112). С. 30–35. EDN IHQPCN.

13. Шестаков Н.И., Урханова Л.А., Буянтуев С.Л., Семенов А.П., Смирнягина Н.Н. Асфальтобетон с использованием углеродных наномодификаторов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. № 6. С. 21–24. EDN ULFTKT.

14. Самаров А.С. Асфальтобетоны плотной структуры с улучшенными свойствами // Вестник науки. 2024. Т. 4. № 7 (76). С. 284–289. EDN KVOVCG.

15. Ходан Е.П., Кравченко С.Е. Исследование влияния изменения физико-механических свойств на формирование структуры и доуплотнения свежеуложенного асфальтобетона // Дорожное строительство и его инженерное обеспечение : мат. Междунар. науч.-техн. конф. 2020. С. 84–89. EDN YMXDMV.

16. Губа В.В., Губа К.Р., Третьякова Л.Н. Изменение состава, структуры и текстуры асфальтобетона в процессе эксплуатации // Вести Автомобильно-дорожного института. 2023. № 3 (46). С. 17–24. EDN QLGXDH.

17. Zhevanov V., Bratchun V., Postoenko V. Increasing the fatigue life of asphalt concrete by complex modification of their structure // Proceeding of the Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture. 2023. No. 4 (162). Pp. 70–75. EDN DVNNDU.

18. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2023624277. База данных видов двухкомпонентных структур асфальтобетона по особенностям структурообразования / Потапова А.С. 2023.

19. Wang L., Yao Y., Li Ju., Tao Y., Liu K. Review of visualization technique and its application of road aggregates based on morphological features // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. Issue 20. P. 10571. DOI: 10.3390/app122010571. EDN JHBVDP.

20. Ломов С.В., Морковкин А.И. Исследование микроструктуры асфальтобетона с использованием рентгеновской компьютерной томографии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. № 7. С. 40–47. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-7-40-47. EDN PKRWUQ.

21. Shakiba M., Darabi M.K., Abu Al-Rub R.K., You T., Little D.N., Masad E.A. Three-dimensional microstructural modelling of coupled moisture–mechanical response of asphalt concrete // International Journal of Pavement Engineering. 2015. Vol. 16. Issue 5. Pp. 445–466. DOI: 10.1080/10298436.2015.1007239

22. Du C., Liu P., Sun Y., Chen J., Liu Q., Oeser M. Characterizing asphalt mixtures with random aggregate gradations based on the three-dimensional locally homogeneous model // Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering. 2022. Vol. 37. Issue 13. Pp. 1687–1702. DOI: 10.1111/mice.12796. EDN TLYITA.