книги из ГПНТБ / Гезенцвей, Лев Борисович. Дорожный асфальтовый бетон

также на участках автомобильных дорог, улиц, проездов и т. п. в любых климатических условиях с интенсивным движением, автобусов и трол­ лейбусов (свыше 400 единиц в сутки в одном направлении), не считая других видов автомобилей.

Южные районы характеризуются преобладанием среднесуточной температуры летних месяцев — более 20° в течение 30 и более дней в году.

Уточняемые в течение длительного времени нормы являют­ ся отражением современного состояния асфальтобетонного про­ изводства и способствует совершенствованию технологии ас­ фальтового бетона. Необходимо отметить некоторые недостат­ ки приведенных требований.

К сожалению, ГОСТ на асфальтобетонные смеси, а также и действующие Технические правила устройства асфальтобе­ тонных покрытий не включают способов определения и норма­ тивов на такое важное свойство материала, как деформативность при положительных и отрицательных температурах. Зна­ ние деформативности покрытия необходимо для того, чтобы

характеризовать его способность противостоять сдвигающим усилиям при высоких температурах и действию низких темпера­ тур, влиянию деформации основания, происходящих при про­ мерзании и оттаивании.

Не нормируется так же и такое важное свойство, как удо­ бообрабатываемость смеси.

Создание усовершенствованных Технических правил—зада­ ча далеко не простая и потребует известных усилий от иссле­ дователей и производственников.

НОВЫЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Соблюдение требований, обоснованных многолетней прак­ тикой дорожного строительства, обеспечивает получение доб­

рокачественных покрытий. Однако есть еще немало таких при­ меров, когда по результатам испытаний асфальтовый бетон удовлетворяет требованиям Технических правил, а на покрытии

все же обнаруживаются различные деформации и срок его службы снижается. Случаи, когда одинаковые по показателям свойств, асфальтовые бетоны ведут себя по-разному в дорож­ ном покрытии, можно объяснить только несовершенством при­ нятых методов испытаний.

Недостаточно характерным для оценки свойств асфальто­

вого бетона является, например, определение предела прочно­ сти на сжатие в ныне принятой методике. Вместе с тем проч­ ность асфальтового бетона на сжатие является, по существу, единственным нормируемым показателем, характеризующим механические свойства этого материала. Известно, что времен­ ное сопротивление сжатию хорошо отражает свойства упругих, а также и хрупких материалов. Для этих целей этот вид испы­ тания давно применялся. Однако такое испытание для вязко­

119

пластичного материала, каким является асфальтовый бетон,

при положительных температурах, нельзя считать бесспорным.

Известно, что одинаковый показатель прочности можно полу­ чить у асфальтовых бетонов с различной пластичностью и со­ ставом. Поведение этих материалов в покрытии будет неодина­ ково.

Совершенно различными могут быть и реологические свой­ ства материалов, а показатель прочности — одинаковым или изменяться в небольших пределах.

Условность показателя прочности вытекает также из сле­ дующего.

1. Принятая скорость деформации, а точнее скорость сво­ бодного хода поршня гидравлического пресса — 3 мм/мин, яв­ ляется условной. При другой скорости будет и иной показа­ тель: с увеличением скорости увеличится сопротивление сжа­ тию, и наоборот.

Следовательно, получаемую величину, вообще, нельзя при­

от принятой скорости свободного хода поршня. Скорость пере­ мещения поршня во время испытания (т. е. скорость деформа­ ции) зависит от конструкции пресса, а также от особенностей

деформируемых образцов, а поэтому не является одинаковой для различных .асфальтобетонных смесей. Следовательно, труд­ но сопоставлять между собой получаемые показатели прочно­ сти.

3. При испытании асфальтобетонных образцов на сжатие возникают силы трения, препятствующие поперечному .расши­

рению образцов вблизи торцов. Это существенно влияет на по­ лучаемые результаты, в частности, приводит к явно завышен­

ным показателям прочности (при обычном способе расчета), а также и к ошибочному сопоставлению результатов, получаемых для образцов разной высоты. Проф. А. Р. Ржаницын получил приближенное решение задачи сжатия пластического цилиндра при наличии трения на торцах в следующем виде:

где: Р„р — предельная нагрузка; R—радиус цилиндрического образца; h — высота цилиндрического образца.

Таким образом, фактическая прочность на сжатие

Р

г пр

120

сравнительной оценки различных асфальтовых бетонов, можно,

по нашему мнению, лишь в том случае, если он получен при определенных и притом одинаковых скоростях деформации. Это можно достигнуть при испытаниях на механических прессах,

имеющих фиксированные скорости деформации, сохраняющи­ еся в течение всего периода испытаний и остающиеся постоян­ ными для различных образцов. Достаточный запас мощности механического пресса гарантирует соблюдение заданной ско­ рости деформации для различных асфальтовых бетонов.

Автором совместно с И. А. Антоновым проведено в СоюзДОРНИИ сопоставление показателей прочности на сжа­ тие полученных при испытании асфальтобетонных образцов на гидравлическом и механическом прессах. Использованный ме­ ханический пресс обеспечивал заданную скорость деформации. Но, к сожалению, на данном прессе скорости деформации бы­ ли значительно ниже принятых по стандарту. Как видно из приводимых в табл. 20 результатов некоторых испытаний,

трудно установить определенную зависимость между показа­ телями, полученными на механическом и гидравлическом прес­ сах. Можно полагать, что это является следствием больших колебаний фактической скорости деформаций на гидравличес­ ком прессе.

Таблица 20

Сопоставление показателей прочности асфальтобетонных образцов, испытанных на гидравлическом и механическом прессах

Прочность на сжатие в кг:см2 при испытаниях на механическом и гидравлическом прессах

121

Второй путь получения более объективных показателей ме­ ханической прочности заключается в испытании образцов под воздействием постоянных нагрузок. Для этой цели мо­

гут быть использованы рычажные прессы.

Проф. Н. Н. Иванов предложил по соотношению показате­ лей сопротивления сжатию при двух различных скоростях ха­ рактеризовать пластичность асфальтового бетона. По данным Н. Н. Иванова и М. Я. Телегина, прочность образцов при ско­

рости Змм/мин превышает прочность при скорости 0,5 мм/мин в 1,65—8 раз. Скорость 0,05 мм/мин близка к действительной скорости приложения нагрузки на дорожное покрытие. С уве­ личением пластичности асфальтового бетона соотношение меж­ ду показателями сопротивления сжатию при разных скоростях

увеличивается. С понижением пластичности соотношение умень­ шается. Зависимость между временным сопротивлением сжа­ тию и скоростью деформации, предложенная Н. Н. Ивановым,

выражается следующим уравнением:

где: R — временное сопротивление сжатию при скорости V;

Rn—то же, при скорости v0',

К—коэффициент, характеризующий пластичность асфаль­ тового бетона.

Если прологарифмировать приведенное уравнение, получим

lgF /<= —.

ig —

Vo

Следовательно, для определения коэффициента пластично­

сти нужно найти показатели сопротивления сжатию при двух

различных скоростях деформаций. Одна из таких скоростей мо­ жет быть принята обычной, т. е. 3 мм/мин, а другая должна быть значительно меньше.

По данным Н. Н. Иванова, коэффициент для устойчивого в дорожном покрытии асфальтового бетона должен быть не выше 0,17.

Автор исследовал некоторые виды асфальтового бетона по этой методике на гидравлическом прессе при скоростях дви­ жения поршня 3,0 и 0,06 мм/мин. Испытывались образцы из

асфальтобетонных покрытий, обнаруживающих устойчивость

против сдвигов и волн (экспериментальные смеси, уложенные

у перекрестков и на троллейбусных остановках). Коэффициент пластичности этих образцов колеблется,в пределах от 0,10 до 0,20. При этом следует заметить, что величина сопротивления сжатию при скорости деформации 0,06 мм/мин составляет при-

122

мерно половину величины сопротивления сжатию при скорости

деформации 3,0 мм!мин.

В соответствии с приведенными выше уравнениями (5) (рас­ смотрим, как ведет себя асфальтовый бетон при принятых на­ ми скоростях деформации: как упругий или как вязкий мате­

риал?

Для этого сопоставим по уравнению (5) скорость деформа­ ции со скоростью вязкого течения.

1. Скорость деформации 3 mmImuh-.

этих условиях деформирования асфальтовый бетон приближает­

±= 0,05 мм, мин = 8 • 10-5 см:сек;

dt

123

риал. Таким образом, при принятых скоростях мы, по сущест­ ву, сравниваем два различных материала. Необходимо отме­ тить, что в проведенных подсчетах мы оперировали скоростью холостого хода поршня гидравлического пресса. Фактические

вится очевидным, что пользоваться зависимостью между пока­ зателем прочности и скоростью деформирования, предложенной Н. Н. Ивановым, можно только при строго соблюдаемых ско­ ростях деформирования. Соотношение же между скоростями должно быть таким, чтобы при обеих скоростях асфальтовый бетон работал в однотипных условиях. По-видимому, соотно­

шение между скоростями не должно превышать 10.

Испытание асфальтового бетона на растяжение. Испытание

асфальтового бетона на растяжение не является новым видом

•испытания. Однако до сих пор не получило должного распро­

странения.

Проведенные исследования показали, ’что испытания на растяжение асфальтобетонных образцов позволяют более чет­ ко характеризовать особенности асфальтового бетона и, в част­ ности, его деформативную способность.

Испытание на растяжение может производиться на гидрав­

лическом или механическом прессе по методике, описанной вы­ ше. В данном случае также важно соблюдение определенной и притом постоянной скорости деформации, как и при сжатии. Поэтому применение механических машин, приспособленных для испытаний на растяжение, предпочтительней. В настоящее

124

время отечественной Промышленностью выпускается несколь­ ко типов таких -машин, к которым должны быть сделаны лишь соответствующие захваты для испытуемых образцов. Методику испытаний необходимо стандартизовать.

Для испытаний на растяжение можно использовать разрыв­ ную машину, сконструированную Н. В. Горелышевым (рис. 23).

В Ленинградском

научно - исследователь­ ском институте Акаде­ мии коммунального хо­

зяйства им. К. Д. Пам­

Z

бетона на сжа­ тие по диа­ метру.

филова сконструировано специальное приспособление, позво­ ляющее испытывать асфальтобетонные образцы на растя­

жение на обычном гидравлическом прессе. Это приспособление

состоит из двух коробчатых частей, которые, будучи вложены одна в другую, могут свободно перемещаться в продольном на­

правлении. В верхней коробке захватывается нижний конец об­ разца, а в нижней— верхний. Имеющиеся в коробках попереч­ ные перегородки снабжены фасонными вырезами для образцов. Асфальтобетонные образцы имеют вид пластинки сечением

125

3 X 3 см и длиной 13 см с расширением на концах для захвата при растяжении. Такие образцы изготовляются в специальной форме с уплотнением под нагрузкой 300 кг/см2.

Заслуживает внимания так называемый бразильский метод

испытания асфальтобетонных образцов на растяжение, описан­ ный Дюрье (Франция). Метод испытания крайне прост. Обык­ новенный стандартный образец асфальтового бетона, применяе­ мый для других испытаний, в частности для определения со­

противления сжатию, используется и для испытания на растя­ жение. Для этого образец устанавливается под пресс не на тор­

цовую плоскость (как это обычно делается при испытании на сжатие), а на боновую поверхность (рис. 24). При сдавливании установленного таким образом образца на его плоскости 1—1

развиваются растягивающие напряжения, в результате которых и происходит разрушение образца. Величина усилия, отнесен­ ная к площади сечения 1—1, даст искомый показатель сопро­

тивления растяжению.

Эта методика испытания отличается простотой, а также да­ ет возможность применить стандартные образцы и стандарт­ ный способ испытания на сжатие.

Параллельные испытания на сжатие и на растяжение оди­ наковых образцов при одинаковой скорости деформации поз­ воляют более объективно судить о свойствах испытуемой смеси.

В частности, по полученным, таким образом, показателям прочность на сжатие и растяжение могут быть определены по приведенным выше выражениям (18) и (19) величины внутрен­ него трения и сцепления асфальтового бетона (при определен­ ной температуре).

По данным Дюрье, этот метод испытания применяется в Цен­ тральной дорожной лаборатории Парижа и дает хорошую ха­

рактеристику свойств асфальтового бетона.

Определение устойчивости и текучести асфальтового бетона

по методу Маршалла. В последнее время в США и в ряде стран Западной Европы (Франция, Германия, Англия и др.) приме­ няется новый метод испытаний асфальтового бетона, предло­ женный Маршаллом (США).

Прибор для испытаний (рис. 25) состоит из механического пресса, специального приспособления, состоящего из двух по­ луцилиндров, между которыми располагается образец, подвер­ гаемый разрушению, и из приспособления для замера дефор­

маций. Образцы укладываются в форму на образующую, по­ добно тому, как это делают при бразильском методе испытания на разрыв. Образцы диаметром 101,6 мм и длиной 62,5 мм под­ вергаются разрушению при скорости деформации 51 мм/мин.

Температура образца во время испытаний принята в США 60°, а в некоторых странах 40 или 50°. Обращает на себя внимание большая скорость деформации. Одним из мотивов назначения

126

такой скорости является то, что при столь быстром испытании отпадает необходимость в термостатировании образцов во вре­

мя испытаний.

В результате испытания определяются максимальная на­ грузка (которая принимается за так называемую устойчивость,

по Маршаллу) и соответствующая ей деформация (так назы­ ваемая текучесть). Оба показателя являются условными. Од­ нако простота прибора, быстрота испытания и возможность

кицих это свойство. Поэтому определение удобообрабатываемости производилось визуально, по некоторым косвенным при­ знакам асфальтобетонной смеси, и естественно носило субъек­ тивный характер.

В настоящее время И. А. Рыбьевым разработан метод опре­ деления удобообрабатываемости. Он основан на характеристике сил 'Оцепления, действующих в асфальтовом бетоне, путем оцен­ ки усилия, затрачиваемого на удаление из него инородного тела.

Определение этого усилия производится на приборе, показан­

ном на рис. 26. Прибор состоит из сосуда 1, в который загру­ жается асфальтобетонная смесь, металлического конуса 2, со­ суда 3 для загрузки дроби и разгрузочного приспособления от прибора Михаэлиса, применяемого для испытания образцов цементного раствора на разрыв. Это загрузочное приспособле­ ние состоит из сосуда 4, в котором находится дробь, и затво­

мого на извлечение из уплотненной асфальтобетонной смеси на. ходящегося в ней конуса. Для этой цели открывают затвор по­ давателя дроби и загружают ею сосуд. Загрузка производится с равномерной скоростью — 200 г/сек. По достижении критиче­ ской нагрузки (т. е. когда конус полностью извлечен из ас­ фальтобетонной смеси) прекращается дальнейшее поступление дро!би. Вес сосуда с дробью даст искомое усилие. Очевидно, чем выше вязкость асфальтобетонной смеси, тем больше и затрачи­ ваемое усилие.

Наряду с усилием вязкость асфальтобетонной смеси можно характеризовать и временем, затрачиваемым на извлечение ко­

нуса. Удобообрабатываемость асфальтобетонной смеси опреде-

128