Учет влияния содержания воздушных пустот на модуль упругости асфальтобетонов для расчета дорожных одежд

Введение. Показано, что воздушные пустоты по своей сути являются дефектами структуры асфальтобетона. Приведены сведения о математических моделях, учитывающих влияние содержания воздушных пустот как на модуль упругости асфальтобетона, так и на срок службы дорожной одежды, выраженный в суммарном числе расчетных нагрузок, которые могут быть реализованы до разрушения дорожной одежды. Поэтому учет содержания воздушных пустот при определении модуля упругости асфальтобетона, применяемого в расчете дорожной одежды, является актуальной задачей, имеющей практическую значимость.

Методы и материалы. Выполнен анализ методов учета эффекта накопления повреждений, применяемых к расчету асфальтобетонов и других материалов по сопротивлению усталостному разрушению. На основании этого анализа сделан вывод о возможности применения к определению модуля упругости асфальтобетона теории повреждаемости. Подчеркнута аналогия между повреждаемостью Ю.Н. Работного и содержанием воздушных пустот. При этом обоснована возможность применения к расчету модуля упругости асфальтобетона принципа деформационной эквивалентности поврежденной и сплошной среды. К расчету напряжения от растяжения при изгибе применена концепция Л.М. Качанова, состоящая в увеличении величины напряжения при возрастании количества повреждений.

Результаты. Приведены результаты расчета модулей упругости асфальтобетона на битуме марок БНД при различном содержании воздушных пустот, но в пределах, допускаемых ГОСТ Р 58406.2–2020. За счет этого дополнены данные ГОСТ Р 71404–2024 о значениях модулей упругости асфальтобетонов. Целесообразность дополнения авторами данных ГОСТ Р 71404–2024 объясняется тем, что температура асфальтобетонной смеси в различных частях кузова самосвала различна, что обуславливает неодинаковые условия уплотнения смеси по ее температуре. В этом случае испытания кернов, взятых из точек отбора, расположенных друг от друга на близком расстоянии, показывают практически одинаковое содержание битума, но разное содержание воздушных пустот. Поэтому при проектировании нежестких дорожных одежд нужно ориентироваться на модули упругости асфальтобетона, соответствующие максимальному допуску по содержанию воздушных пустот.

Заключение. Полученные результаты позволяют более детально производить расчет дорожной одежды.

1. Косенко Н.В., Горячев М.Г. Обоснование кратковременных расчетных модулей упругости асфальтобетонов для проектирования дорожных одежд улично-дорожной сети // Наука и техника в дорожной отрасли. 2025. № 2. С. 20–22.

2. Косенко Н.В., Горячев М.Г. Обоснование расчетных характеристик асфальтобетонов по ГОСТ Р 58406.2–2020 при проектировании дорожных одежд // Наука и техника в дорожной отрасли. 2022. № 2. С. 24–27.

3. Экспериментальные исследования модулей упругости асфальтобетонов для проектирования дорожных одежд / Н.В. Косенко, М.Г. Горячев, С.М. Дмитриев, С.В. Яркин // Транспортные сооружения. 2024. Т. 11, № 1. URL: https://t-s.today/PDF/04SATS124.pdf. (дата обращения: 29.10.2025). Https://doi.org/10.15862/04SATS124

4. Углова Е.В. Прогнозирование остаточного ресурса асфальтобетонных покрытий с учетом реальных условий эксплуатации // Вестник ВолгГАСУ. Серия Строительство и архитектура. 2010. № 17(36). С.43–47.

5. Uglova E.V., Tiraturjan A.N., Eganyan G.V. Calibration of the prediction model for fatigue damage accumulation in asphalt courses of flexible pavements for the conditions specific to the Russian Federation // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. Т. 698. Article No 077010. Https://doi.org/10.1088/1757-899X/698/7/077010

6. Углова Е.В., Тиратурян А.Н., Шило О.А. Прогнозирование накопления усталостных разрушений в асфальтобетонных слоях нежестких дорожных одежд // Научный журнал строительства и архитектуры. 2019. № 3 (55). С. 52–61. Https://doi.org/10.25987/VSTU.2019.55.3.006

7. Пегин П.А., Капский Д.В., Буртыль Ю.В. Разработка методики оценки продольной ровности при изменении прочности дорожных конструкций // Бюллетень результатов научных исследований. 2022. Вып. 4. С. 37–47. Https://doi.org/10.20295/2223-9987-2022-4-37-47

8. Буртыль Ю.В., Капский Д.В. Моделирование взаимосвязи ровности и прочности нежестких дорожных одежд на основании теоретическо-практических исследований // Вестник СибАДИ. 2022. Т.19, № 4 (86). С. 570–583. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-4-570-583

9. Iskakbayev A.I., Teltayev B.B., Rossi C.O. Deformation and strength of asphalt concrete under static and step loadings // In book: Transport Infrastructure and Systems. 2017. С. 3-8. Https://doi.org/10.1201/9781315281896-1

10. Elnashar G., Bhat R.B., Sedaghati R. Modeling pavement damage and predicting fatigue cracking of fexible pavements based on a combination of deterministic method with stochastic approach using Miner’s hypothesis. // Applied Sciences. 2019. Т. 1. Article No 229. Https://doi.org/10.1007/s42452-019-0238-5

11. Fahad M., Nagy R. Fatigue damage analysis of pavements under autonomous truck tire passes. // Pollack Periodica. 2022. Т. 17. № (3). С 59–64. Https://doi.org/10.1556/606.2022.00588

12. Olexa T., Mandula J. Comparison of complex modulus and elasticity modulus of bitumen bonded materials. // Pollack Periodica. 2016; Т. 11. №3. С. 131–140. Https://doi.org//10.1556/606.2016.11.3.12

13. Aleksandrova N.P., Chusov V.V., Stolbov Y.V. Criteria Of Strength And Plasticity Of Asphalt Concrete With The Account Of Effect Of Accumulation Of The Damage While Influence Of Re-Load. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Т. 463. 2. С. 022021.

14. Chusov V.V., Aleksandrova N.P., Semenova T.V. Accounting Of Damage Of Asphalt Concrete In The Criteria For Calculating The Pavement. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Т. 1079. № 5. С. 052016.

15. Александров А.С., Александрова Н.П., Семенова Т.В. Применение принципа эквивалентности энергетической эквивалентности сплошных и поврежденных тел к расчету асфальтобетонных покрытий по критериям прочности и пластичности // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 3 (711). С. 79–88.

16. Экспериментальное исследование накапливания повреждений в асфальтобетонных покрытиях / Александрова Н.П., Александров А.С., Семенова Т.В., Чусов В.В. // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2019. № 4. С. 114–127.

17. Hassan N.A. et al. Effects of air voids content on the performance of porous asphalt mixtures. // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Т 20. № 11. С. 11884–11887.

18. Igwe E.A. Effects of Air Voids Variation on Stiffness Property of HMA Concrete Modified with Rubber Latex. // International Journal of Emerging Trends in Engineering Research. 2015. Т. 3. № 9. С. 86–93.

19. Igwe E.A., Ottos C.G. Investigating the Effect of Air Voids Content in Fatigue Life of Hot Mix Asphalt Mixtures: Case Study of Rubberized Asphalt Con crete. // International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology. 2016. Т. 3. № 5. С. 56–64.

20. Salini R., Lenngren C., High air-void volume implications for asphalt concrete service-life and price penalty. // The Civil Engineering Journal. 2022. Т. 1, article No 5. С. 1–8.

21. Baimukhametov G., Gayfutdinov R., Khafizov E. Calculation of the influence of various compaction on the wear resistance of asphalt concrete using material loss calculation approach. // Magazine of Civil Engineering. 2024. Т. 17. № 1. Article no. 12505. Https://doi.org/10.34910/MCE.125.5

22. Ekwulo E.O., Eme D.B. Expected traffic, pavement thickness, fatigue and rutting strain relationship for low volume asphalt pavement // The International Journal Of Engineering And Science. 2013. Т. 2. № 8. С. 62–77.

23. Owais M. Analysing Witczak 1-37A, Witczak 1-40D and Modified Hirsch Models for asphalt dynamic modulus prediction using global sensitivity analysis. // International Journal of Pavement Engineering. 2023. Т. 24. № 1. Article No 2268808. Https://doi.org/10.1080/10298436.2023.2268808

24. Asadi B., Hajj R., Al-Qadi I.L. Asphalt concrete dynamic modulus prediction: Bayesian neural network approach. // International Journal of Pavement Engineering. 2023. Т. 24. No 2. Article № 2270569, Https://doi.org/10.1080/10298436.2023.2270569

25. Belhaj M., et al. Evaluating Factors Influencing Dynamic Modulus Prediction: GRA-MLR Compared with Sigmoidal Modelling for Asphalt Mixtures with Reclaimed Asphalt. // Infrastructures. 2025. №. 10. Article № 269. https://doi.org/10.3390/infrastructures10100269

26. Hanandeh S., et al. Prediction the Dynamic Modulus of Hot Asphalt Mix Using Genetic Algorithms and Neural Network Modeling. // Civil Engineering Journal. 2025. Т. 11(7): 2765–2781. Https://doi.org/10.28991/CEJ-2025-011-07-08

27. Симчук Е.Н., Жданов К.А., Дедковский И.А. Совершенствование подходов и методов оценки физических и эксплуатационных свойств дорожного асфальтобетона в России // Дороги и мосты. 2021. Вып. 45. № 1. С. 181–221.