книги из ГПНТБ / Волков, М. И. Методы испытания строительных материалов учеб. пособие

Показатели внутреннего трения и сцепления можно опреде­ лять различными методами: расчетом на основании известных значений сопротивления сжатию и растяжению, эксперименталь­ но — путем испытания асфальтобетона на сдвиг (одно-, двухпло­ скостной или кручение) при различном вертикальном давле­ нии, испытанием в условиях трехосного сжатия.

Для определения внутреннего трения и сцепления при трехос­ ном сжатии используют камеру (рис. 88), рабочей частью кото­ рой является цилиндр высотой 285 мм и диаметром 90 мм. Кон­ струкция цилиндра позволяет монтировать на нем манометр для измерения бокового давления и два крана для заполнения при­ бора водой. Резиновая мембрана соответствующих размеров на­ девается на цилиндр и крепится с помощью верхней и нижней крышек. Испытуемый образец асфальтобетона высотой 140 мм и диаметром 71,4 мм размещается внутри мембраны. Давление на образец передается посредством текстолитовых прокладок и ме­ таллических пуансонов. Последовательность испытания такова.

1.Собрать камеру, для чего надеть мембрану, предваритель­ но покрытую тальком, закрепить нижнюю крышку и ввести ниж­ ний пуансон.

2.Отсосать находящийся между мембраной и стенками ци­ линдра воздух, поместить в камеру асфальтобетонный образец, надеть и закрепить специальными болтами верхнюю крышку.

3.К верхнему и нижнему крану подвести резиновые шланги.

Шланг, крепящийся к верхнему крану, должен состоять из двух частей, соединенных между собой стеклянной трубкой — визи­ ром.

4. К шлангу нижнего крана подвести воду и удалить из про­ странства между мембраной и цилиндром воздух. Для этого на­ клонить камеру так, чтобы отводящий верхний кран находился в крайней верхней точке. Слегка покачивая камеру, следить за интенсивностью удаления пузырьков воздуха. Непрерывность струи воды в стеклянном визире свидетельствует об отсутствии воздуха в рабочей зоне камеры.

5. Перекрыть верхний кран камеры, поднять давление до

S0 кПа и быстро перекрыть нижний кран. Отсоединить шланги, поместить камеру в термостат, выполненный в виде бака, и вы­ держать камеру при необходимой температуре (20 или 50±1°С)

втечение 2—2,5 ч.

6.Установить камеру в створе с рабочими цилиндрами меха­ нического пресса. Между верхним вкладышем и верхним цилинд­ ром пресса установить динамометр для регистрации передавае­

мого образцу давления.

7. Нагрузить образец последовательно ступенями через

2 кН. После каждого нагружения образец выдержать при дан­ ной нагрузке в течение времени, необходимого для стабилизации скорости вертикальной деформации. Стабилизация считается до-

221

стигнутой, если скорость движения верхнего вкладыша, фикси­ руемая с помощью индикатора часового типа, меньше 0,005 мм!мин. После стабилизации по манометру (шкала до 16 кгс/см2)* івзять отсчет, соответствующий боковому давлению на

образен.

Произвести 14—16 натружений и взять соответствующее ко­ личество отсчетов по динамометру и манометру.

8. По результатам испытания .построить зависимость верти­ кального Оі напряжения от бокового давления 02- По конеч­ ному участку полученной кривой (рис. 89) определить величину отрезка Ь, отсекаемого на оси ординат (ось оі), и тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс (ось о2) а.

9. Определить значение угла внутреннего трения <р (в град) и величину сцепления С в Па по формулам:

Расхождение между результатами трех параллельных опре­ делений не должно превышать 10%.

Длительная прочность асфальтобетона. Характерной особен­ ностью асфальтобетона является его способность деформиро­ ваться и разрушаться под действием -постоянной нагрузки. Вре­ мя от начала загружения асфальтобетонного образца до момен­ та его разрушения определяет длительную прочность асфальто­ бетона.

Длительную прочность асфальтобетона устанавливают на об- разцах-балочках размером 4X4X16 см, изготовленных по стан­ дартной методике из мелкозернистых асфальтобетонных смесей

* 1 кгсісм2—0,1 МПа.

222

/

любого типа (табл. 57). Испытание проводят, разрушая балочку, шарнирно уложенную на две опоры, сосредоточенной нагрузкой, приложенной посредине (рис. 90).

ранную нагрузку, убрать стопорный болт и одновременно вклю­ чить секундомер,

3.В момент разрушения образца выключить секундомер и записать в журнал время, необходимое для разрушения образца.

4.Длительную прочность асфальтобетона определить как среднее арифметическое из трех параллельных измерений, если расхождение между ними не превышает 10%.

Показатели длительной прочности асфальтобетона являются исключительно чувствительными к различного рода дефектам и неоднородностям структуры асфальтобетона, вызванным откло­ нениями от заданной технологии, допущенными при его изготов­

лении. Степень неоднородности структуры может быть оценена коэффициентом вариации, который определяют следующим об­ разом.

1. Определить длительную прочность 5—10 асфальтобетон­ ных образцов.

2. Определить среднее квадратичное отклонение по формуле

среднеарифметическое из результатов определения длительной прочности всех образцов в сек; п — число образцов.

3. Определить коэффициент вариации в % по формуле

'= — юо.

а

Запись определения среднеквадратичного отклонения и ко­ эффициента вариации может быть произведена в форме табли­ цы (табл. 64).

223

=1135

§29. СВОЙСТВА ХОЛОДНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА

Характерным признаком холодных смесей является их спо­ собность оставаться в рыхлом состоянии в течение длительного времени при хранении их на складе в штабелях. Показателем, характеризующим это свойство, является слеживаемость. Физи­ ко-механические свойства холодного асфальтобетона должны со­ ответствовать требованиям, приведенным в табл. 55.

Для приготовления холодной асфальтобетонной смеси состав­ ляющие каменные материалы предварительно просушивают, а битум (или деготь) обезвоживают. Затем отвешенные каменные материалы в принятых соотношениях тщательно перемешивают. Температура нагрева минеральных материалов для приготовле­ ния холодных асфальтобетонных смесей должна быть 90—120°С, холодных дегтебетонных смесей—до 90°С. Битум нагревают до 80—90°С (деготь до 70—80°С). Вяжущий материал в количестве соответствующем принятому составу смесей, добавить к камен­ ным материалам и тщательно перемешать в лабораторной ме­ шалке до полного и равномерного объединения, признаком чего служат однообразный цвет смеси и отсутствие скомковавшихся частиц.

Средние пробы смеси, доставленные с завода, перед приготов­ лением образцов тщательно перемешать без дополнительного подогрева.

Приготовление образцов из холодных асфальтобетонных смесей производят аналогично изложенному на с. 211—212. Хо­ лодные асфальтобетонные смеси перед уплотнением образцов должны быть охлаждены до температуры 20±2°С и тщательно перемешаны. Уплотняют смеси под давлением 40 МПа.

Физические свойства холодного асфальтобетона (объемную массу, іводонасыщение, набухание) определяют аналогично' изло­ женному на с. 213—216. Отличие заключается в том, что в ваку-

224

умиприбаре при температуре 20±і2°С и после вакуумирования при нормальном давлении образцы выдерживают по 30 мин.

Определение прочности на сжатие образцов из холодного ас­ фальтобетона производят аналогично изложенному на с. 215— 218 с той разницей, что образцы, испытуемые в сухом состоянии, выдерживают при температуре 20±1°С только в воздушной ба­ не в течение 2 ч; образцы, испытуемые в прогретом состоянии, по истечении 20—42 ч после изготовления выдерживают при 90°С 2 ч, если использован жидкий битум класса СГ, и б ч, если использован жидкий битум класса МГ; прогретые образцы ис­ пытывают на следующий день после прогрева.

Слеживаемость определяют на образце, приготовленном в цилиндрической форме диаметром 71,4 мм (рис. 91). В центре нижнего вкладыша высотой 50 мм вставляют стальной стержень

ГГ

диаметром 3 мм и длиной 180 мм. В центре верхнего вкладыша высотой 80 мм просверлено отверстие диаметром 3,5 мм. Изго­ товляют образцы в следующем порядке.

Форму с вкладышами и смесь в термостате нагревают до 80±2°С. Затем устанавливают форму с нижним вкладышем на специальную подставку, обеспечивающую выход нижнего вкла­ дыша из формы на 25—30 мм.

Навеску асфальтобетонной смеси (440—460 г), нагретую до температуры 80±2°С, засыпают через воронку в форму, а затем вводят верхний вкладыш в форму так, чтобы стержень вошел в отверстие вкладыша. Убирают подставку, устанавливают на верхний вкладыш груз массой 20 кг (50 кПа) и выдерживают асфальтобетонную смесь под нагрузкой в течение 3 мин.

После снятия нагрузки поднимают форму, снимают верхний вкладыш с образца, а образец со стержня. Высота полученного полого образца должна быть равна 60±1 мм.

Показатель слеживаемости холодных асфальтобетонных сме­ сей определяют на приборе, схема которого показана на рис. 92. На основании прибора установлена подставка для образца и стойка, служащая для закрепления направляющих втулок. Во втулках свободно перемещается штанга е навинченным на нее конусным наконечником. По штанге свободно перемещается груз массой 500 г. Высота подъема груза по штанге ограничивается упорным кольцом и равна 20 см. В центре подставки имеется от­ верстие для предохранения конуса от затупления, а на штанге нанесена риска для фиксации момента соприкосновения острия конуса и подставки. Определение проводят следующим образом.

1. Предварительно выдержанный в течение 4—24 ч при тем­ пературе 15+2°С полый образец установить на подставку, а ост­ рие конуса осторожно ввести в отверстие образца.

2. Слегка поддерживая образец левой рукой, правой поднять груз до. упорного кольца и затем опустить его. Удары груза по конусу повторять до тех пор, пока образец полностью не разру­ шится или острие конуса не коснется подставки.

За показатель слеживаемости принять количество ударов, необходимое для полного разрушения образца конусом и опреде­ ляемое как среднеарифметическое из результатов трех парал­ лельных определений, если расхождение между ними не превы­ шает два удара.

§ 30. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ, ПРИГОТОВЛЕННОЙ НА ЗАВОДЕ, И ГОТОВОГО

АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ПОКРЫТИЯ

Качество асфальтобетонных смесей, приготовленных на заво­ де, контролируют, определяя следующие показатели: состав асфальтобетонной смеси, плотность смеси, объемную массу ас­ фальтобетона, остаточную пористость асфальтобетона, водонасыщение под вакуумом, набухание в водонасыщенном состоянии, предел прочности при сжатии в сухом состоянии при 20 и 50°С, предел прочности при сжатии при 20°С в водонасыщенном со­ стоянии, коэффициент водоустойчивости и слеживаемость (для холодных асфальтобетонных смесей). Все испытания, за исклюейнем определения состава асфальтобетонной смеси экстраги­ рованием, производят аналогично тем, которые выполняют при

226

оценке качества асфальтобетона на стадии проектирования со­ става.

Качество асфальтобетона, уложенного в покрытие, определя­ ют по результатам испытания вырубок или кернов, взятых из по­ крытия. Образцы из покрытия испытывают в две стадии: на пер­ вой стадии испытывают образцы с ненарушенной структурой, оп­ ределяя плотность асфальтобетонной смеси, объемную массу асфальтобетона, водонасыщение, набухание в водонасыщенном состоянии, состав асфальтобетонной смеси (экстрагированием);, на второй стадии испытывают переформованные образцы, приго­ товленные из взятой пробы по стандартной методике, и опреде­ ляют среднюю плотность асфальтобетона, водонасыщение, набу­ хание, предел прочности при сжатии при 20 и 50°С, предел проч­ ности при сжатии в водонасыщенном состоянии при 20°С, коэф­ фициент водоустойчивости после насыщения водой в вакууме.

Испытание образцов с ненарушенной структурой и перефор­ мованных образцов является обязательным, так как результаты этих испытаний позволяют сделать заключение об уплотненно­ сти асфальтобетонной смеси и эффективности принятого метода ее уплотнения.

При подготовке проб для испытания образцы вырубки (или керны) из асфальтобетонного покрытия необходимо тщательно очистить от загрязнений и составить описание внешних призна­ ков в такой последовательности: место отбора пробы, дата отбо­ ра пробы, способ и особые условия взятия пробы, назначение пробы (контроль качества асфальтобетона или контроль каче­ ства устройства покрытия), толщина верхнего слоя покрытия в см, однородность распределения составляющих материалов и степень сцепления с нижним слоем. Затем следует разделить вы­ рубки или керны по слоям. Керны испытать в целом виде, а от вырубки отделить три образца с ненарушенной структурой мас­ сой по 20Q—400 г каждый, форма которых должна быть близка к кубу или параллелепипеду с размером сторон 5—10 см.

Оставшуются часть вырубки или два-три керна разогреть на песчаной бане или в термостате, разрушить до несвязного со­ стояния и приготовить переформованные образцы.

По показателям объемной массы и водонасыщения образцов с ненарушенной структурой, взятых непосредственно из до­ рожного покрытия, определяют качество уплотнения. Эти харак­ теристики определяют аналогично определению этих же показа­ телей для образцов, приготовленных в стандартных условиях (с. 213—216). Плотность асфальтобетонной смеси определяют с помощью концентрата ОП-7 по методике, изложенной на с. 214.

Стандартные образцы из пробы, взятой из асфальтобетонного

после отделения трех образцов ненарушенной структуры смесь В’

термостате или на песчаной бане до температуры, соответству­ ющей типу данной смеси (согласно табл. 63).

2.Приготовить стандартные образцы по методике, соответ­ ствующей типу данной смеси (с. 209—213).

3.Испытать переформованные образцы по обычной методике (с. 213—219).

4.Оценить степень уплотнения покрытия из горячего или теплого асфальтобетона по коэффициенту уплотнения, который

должен составлять не менее 0,97.

Ум

Ку

Уоб

где Ку — коэффициент уплотнения; ум— объемная масса («переформо­ ванных образцов из вырубки или кернов в г/см3; уоб — объемная масса пе­ реформованных из вырубки или кернов образцов, приготовленных и уплот­ ненных но стандартной методике, в г/см3.

Коэффициент уплотнения покрытия из холодных асфальтобе­ тонных смесей определяют по формуле

где WM— водонасыщение керна или вырубки, взятых из покрытия, в % по объему; W0б — водонасыщение переформованных образцов в % по объему.

Результаты испытаний записать в таблицу по следующей форме.

Состав асфальтобетонной смеси или асфальтобетона, взято­ го из покрытия. Знание состава асфальтобетонной смеси являет­ ся необходимым условием контроля качества приготовления ас­

228

фальтобетонных смесей на заводе и устройства асфальтобетон­ ного покрытия дороги. Результаты этого испытания позволяют проверить соответствие состава приготовленного и уложенного в покрытие асфальтобетона расчетному составу асфальтобетонной смеси для данного дорожного покрытия. Кроме того, исследова­ ния свойств извлеченного из асфальтобетона (дегтебетона) орга­ нического вяжущего материала позволяют полнее изучить сте­ пень изменения его под влиянием атмосферных факторов, а так­ же времени и условий эксплуатации дорожной конструкции.

Определение состава асфальтобетонной смеси, которое на­ чинают с определения содержания вяжущего, можно произво­ дить несколькими способами.

Содержание вяжущего материала в смеси определяют на при­ боре Сокслета (рис. 93), который состоит из круглодонной кол­

бы 1, цилиндрическаго сосуда 2 с сифонной трубкой 3 и трубкой 4 для прохода паров растворителя в водяной лабораторный хо­

лодильник 5. Средняя часть цилиндра служит для размещения в ней патрона из фильтровальной бумаги, наполненнаго испытуе­ мой асфальтобетонной смесью. В колбу 1 заливают какой-либо растворитель [хлороформ, спиргохлораформ (20% спирта и 80% хлороформа), спиртобензол (20% спирта и 80% бензола), че­ тыреххлористый углерод, сероуглерод, трихлорэтилен и др.]. По­ рядок испытания следующий.

1. Изготовить из 'трех слоев фильтровальной бумаги патрон диаметром, соответствующим внутреннему диаметру цилиндри­

ческой части прибора. Высота патрона должна на 1—2 мм пре­ вышать уровень сифона. Положить в патрон небольшой кусок ваты и взвесить с точностью до 0,01 г.

2.Наполнить патрон асфальтобетонной (или дегтебетонной) смесью, не содержащей крупных частиц, закрыть патрон ватой и снова взвесить с той же точностью. При наличии в смеси частиц каменных материалов размером более 15 мм отобрать их из сме­ си и отдельно промыть растворителем в фарфоровой чашке.

3.Поместить патрон со смесью в цилиндрическую часть при­ бора, укрепить обратный холодильник, налить в колбу (на 2/з ее объема) органический растворитель, присоединить ее к нижней

части цилиндра и включить подачу охлаждающей холодильник воды.

4. Установить прибор на песчаной бане и начать разогрев круглодонной колбы с растворителем. При нагреве в холодиль­ нике конденсируются пары растворителя, конденсат непрерыв­ но стекает на смесь, помещенную в патрон, растворяя вяжущее. Когда уровень конденсирующегося растворителя достигнет верхнего уровня колена сифона, растворитель сливается в колбу. Затем процесс наполнения цилиндрической части прибора по­ вторяется.

22»

Рис. 94. Прибор А. И. Лысихиной для извлечения битума или дегтя из смеси

Рис. 95. Приборы для опреде­ ления состава асфальтобетон­ ной смеси ускоренным мето­ дом

5. Прекратить подогрев после полного извлечения вяжущего материала, о чем свидетельствует отсутствие заметной окраски сливающегося по сифону экстракта.

6. Осторожно слить вытяжку битума из колбы прибора в дру­ гую, предварительно взвешенную колбу и промывать осадок в первой колбе новым количеством растворителя до тех пор, пока он не посветлеет. Растворитель, полученный при промыве от­ дельно в фарфоровой чашке, прибавить к экстракту из патрона.

7. Содержимое колбы прибора (минеральные зерна, прошед­ шие сквозь патрон) перенести в предварительно взвешенную фарфоровую чашку и осторожно выпарить растворитель при температуре его кипения. Взвесить фарфоровую чашку и вычис­ лить количество мелкой минеральной части, прошедшей сквозь патрон. Полученную массу следует прибавить к массе патрона с минеральной частью.

23О