Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

30.10.2023

Размер:

28.12 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 419 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

но связаны со структурой материала и характеризуют ее, они

часто именуются структурно-механическими (П. А. Ребиндер).

ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Основным методом исследования структурно-механических

свойств по .современным воззрениям, развиваемым П. А. Ребиндером и Н. В. Михайловым, является анализ кривых течения Кривая течения (реологическая кривая) строится на основе эк спериментальных данных. Их .получают при испытании материа ла в условиях чистого однородного1 сдвига под действием по стоянного напряжения или при приложении заданного постоян

ного градиента скорости с установлением ■равновесного ему напряжения сдвига.

Кинетика развития деформации и характеризует структур но-механические свойства.

При постоянно действующем напряжении развитие дефор мации во .времени в упруго-вязко-пластичных материалах зави сит от величины напряжения. Здесь могут быть рассмотрены два случая:

1) когда действующее напряжение Р достаточно мало и

меньше предела упругости или предела текучести, т. е. Р<Р к.

В этом случае в деформируемом теле развиваются только обра тимые деформации, подразделяющиеся на два типа:

а) чистоупругая деформация е0, подчиняющаяся закону Гука, т. е. в этой области существует только линейное соотно шение между напряжением и деформациейЭта деформация возникает после приложения напряжения мгновенно, со скоро стью распространения звука -в данном материале, и с такой же быстротой спадает после снятия напряжения;

б) деформация упругого последствия ее (так называе мая эластическая деформация). Она медленно развивается пос

ле приложения напряжения и также медленно спадает после снятия напряжения. Эту деформацию иногда именуют дефор мацией замедленной упругости.

В рассматриваемом случае, когда Р < Рк после снятия на пряжения первоначальная геометрическая 'форма тела полно стью восстанавливается. Характер кривой «деформация—время»

при приложении и снятии нагрузки		показан на рис. 9, б;
2)	когда действующее напряжение Р превышает предел теку
чести	Рк, но меньше предельного	напряжения Рт, вызываю

щего разрушение материала, т. е. РтУ> Р~> Рк- В этом случае в деформируемом теле при достаточно дли

тельном времени (превышающем время, в течение которого раз

вивается эластическая деформация),	кроме рассмотренных	вы-
1 Деформации и напряженное состояние	являются однородными,	ес

ли они одинаковы во всех точках тела, которое также предполагается од нородным.

тле, дополнительно появляется третий тип деформации—дефор мация вязкого и пластического течения, являющаяся необра тимой еост.

После развития упругой и эластической деформаций в де формируемом образце наблюдается период стационарного тече-

,	„	■	de	\	.
ния материала (с постоянной скоростью		г = —-			.
Следовательно, необратимая (остаточная)			dt	)
Следовательно, необратимая (остаточная)			деформация 2,iCrtl
будет постоянно возрастать и для любого времени					Л	периода
стационарного течения составит
	socm ®^Г
Характер кривой	«деформация — время»		для	этого		случая
показан на рис. 9,	а.

Рис.	9. Развитие деформации во време-		Рис. 10. Зависимость градиен-
ни	при	приложении и снятии нагрузки:	та скорости сдвига от натгря-
■б— при		напряжениях, меньших предела текуче-	ЖенИЯ.
£ти;	а — при напряжениях, превышающих пре
		дел текучести.

Структурно-механические свойства можно наиболее полно охарактеризовать следующими, не зависимыми друг от друга константами материала:

■80

1.	Модули упругости:
а)	условномгновенный (начальный) модуль упругости
	Е, = Ео
где:	Р —действующее напряжение;
	е0 —мгновенноупругая	деформация, развивающаяся за
	время, необходимое для первого отсчета после на
	гружения образца	(1 сек.).

Условномгновенный модуль упругости характеризует проч ность упругих связей материала;

б) модуль эластичности

Е> — ,

где: ег—эластическая деформация,

~ s16*m so-

Здесь гт — деформация, включающая мгновенноупругую и эластическую деформации.

Модуль эластичности характеризует способность материала к так называемому упругому последействию;

в) равновесный модуль

Е - — . £т

Этот модуль заменяет условномгновенный и эластический

модули в тех случаях, когда невозможно четкое разграничение упругой и эластической деформаций.

2. Вязкости.

Поскольку для неньютоновской жидкости1 вязкость не имеет

точного значения, применительно к реальным жидкообразным и твердообразным телам введено несколько понятий вязкости:

а) наибольшая предельная вязкость т1т (ньютонов

ская)—для области практически неразрушенной структуры. Иными словами, эта вязкость характерна для периода дефор мирования при достаточно малых напряжениях сдвига;

б) наименьшая вязкость —для области предельно раз рушенной структуры (практически постоянная).

Для твердообразных материалов характерна большая раз ница между величинами т)0 и т;т . Для структурированных жидкостей, наоборот, эта разница относительно невелика;

1 В ньютоновской жидкости существует прямая пропорциональность между напряжением и скоростью вязкого течения. Благодаря этому при любых напряжениях сдвига вязкость такой жидкости остается постоянной. Несмотря на то что ньютоновская жидкость является математической аб стракцией, многие реальные жидкости, в том числе и интересующие нас структурированные системы, в определенном интервале напряжений по

своему	поведению приближаются к такой	жидкости.
6 Л.	Б. Гезепцвей	81

в) эффективная (структурная) вязкость т]. Ее значения изме няются с изменением величины напряжения (или градиента скорости деформации)

т] =--------. dz/dt

П. А. Ребиндору и Н: В. Михайлову 'принадлежит очень точ ное определение эффективной вязкости, которое мы и приведем дословно: «При любой скорости деформации в системе проис ходят одновременно два процесса: разрушение и восстановление структуры. Итоговой характеристикой, описывающей равновес ное состояние между этими процессами в установившемся по токе, является эффективная вязкость»;

г) пластическая вязкость (бингамовская)

* Р — PKt dt/dt

где Рк2—предел текучести (бингамовский).

Эффективная вязкость, как уже было сказано выше отража

ет всю сложность процесса течения и является весьма важным понятием для построения молекулярной теории течения структу рированных систем. Однако, в связи с тем что эффективная вязкость является переменной величиной, притом иногда резко изменяющейся, ее трудно использовать при решении практи ческих задач.

В отличие от эффективной пластическая вязкость является постоянной константой (для области выше предела текучести), которую возможно использовать при решении задач теории пла

стичности; д) вязкость упругого последействия

Т]2 = -----------.

£нач гост

Эта вязкость позволяет характеризовать скорость нараста ния эластической деформации.

3. Периоды релаксации напряжений.

На основе полученных значений вязкости и модулей упру гости и эластичности можно определить:

а) Максвелловский период релаксации

б) период упругого последействия

4. Предел текучести характеризует прочность структуры си стемы. В твердообразных телах предел текучести соответству

ет напряжению, при котором резко падает значение эффектив

ной вязкости (см. рис. 10).

Существует несколько определений предела текучести. Для иллюстрации на рис. 11 приведена часть реологической кривой «градиент скорости — напряжение» для твердообразного (пла стичного) материала.

По П. А. Ребиндеру и Н. В. Михайлову, предел текучести характеризуется точкой, в которой кривая переходит в прямо линейный участок (практически — прямолинейный участок).

Рис. 11. Обозначения предела текучести на реологической кривой.

По Бингаму, предел текучести Рщ, получается в пересе

чении продолжения прямолинейного участка с горизонтальной

осью.

В ряде случаев пределом текучести PKi считают точку пе ресечения реологической кривой с горизонтальной осью.

В частности этот предел текучести фигурирует при опреде лении так называемой наибольшей пластической вязкости по

Шведову.

Рассмотренные выше константы дают воз можность всесторонне и наиболее объективно харак теризовать свойства обширного круга строительных материалов,

в том числе и ас ф а л ьто в о г о бетона. Только по таким

независимым друг от друга инвариантным (не зависящим от прибора и способа испытания) характеристикам можно объек тивно оценивать и сравнивать между собой различные виды асфальтовых бетонов. Таким образом, эти константы могут служить и критериями при регулировании свойств асфальтово

го бетона различными способами.

Следует отметить, что не всегда необходимо определение-

всех указанных выше констант. В зависимости от предъявляе- 6* 83

мых требований может оказаться достаточным для характери стики асфальтового бетона одной или нескольких из них.

Весьма важным для оценки качества асфальтового бетона как дорожно-строительного материала является определе ние зависимости основных его констант—модуля упругости,

вязкости, предела текучести — от температуры (в интервале, диктуемом реальными условиями работы дорожных покрытий),

а также выявление изменений этих констант во	времени — в
связи с процессами старения.	асфальтового
В настоящее время для выявления свойств	асфальтового

-бетона пользуются, как правило, лишь условными характерис тиками, лишенными определенного физического смысла. Поэто му большинство таких характеристик плохо отражают особен ности материала. В связи с этим в последние годы начали оце нивать свойства асфальтовых бетонов и различных битумо-ми неральных композиций по их физическим константам.

В СССР имеются хорошо разработанные методы оценки структурно-механических свойств дисперсных систем, основан ных на достижениях физико-химической механики. Создан ряд приборов, позволяющих с высокой точностью измерять соот ветствующие показатели. В основном эти приборы основаны на изучении деформации однородного сдвига, происходящего в уз ком зазоре между коаксиально вращающимися цилиндрами

или между тангенциально смещающимися пластинками. Одна

ко эти приборы, к сожалению, не могут быть использованы для асфальтовых бетонов. Лишь небольшие образцы достаточно од нородного песчаного асфальтового бетона были исследованы

С. К. Носковым.

Для испытаний асфальтовых бетонов, отличающихся зна чительной неоднородностью структуры, необходимы достаточно большие образцы. Их наименьшие размеры должны значитель но превышать размеры наиболее крупных частиц щебня, входя щих в состав асфальтового бетона. Для испытаний таких об разцов необходимо создать специальные приборы.

Вместе с тем следует отметить, что современные достижения физики и радиоэлектроники позволяют определять некоторые из названных выше констант не только методами механических

испытаний, а также акустических измерений, о чем будет ска зано ниже.

НЕКОТОРЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АСФАЛЬТОВОГО БЕТОНА КАК УПРУГО-ВЯЗКОГО ТЕЛА

Рассморим некоторые динамические особенности асфальто

вого бетона как упруго-вязкого тела, позволяющие установить

поведение этого материала при различных условиях деформи рования. Это важно также для правильной оценки результатов испытаний асфальтового бетона.

•«4

Для упруго-вязких материалов, в том числе для асфальтово1

го бетона, справедливо утверждение, что скорость рассасыва

ния напряжений пропорциональна величине напряжения	(упру
го-пластическая деформация).
При чистоупругой деформации имеем
а = ES или а — GS,	(1)
где: а — напряжение;
Е — модуль упругости;
G — модуль сдвига;
S—относительная деформация.

Скорость -изменения напряжений в таком теле пропорцио-'

нальна скорости изменения деформации
	dS	e	da	д dS	(2)
~dt	~ dt	’	dt ~	dt '
При упруго-пластической деформации скорость изменения
напряжения будет меньше		Е	или	(при сдвиге) на ве
личину, пропорциональную самому напряжению
—	dt	или A. = G — -Да,			(3)
dt	dt		dt	dt

где A — коэффициент пропорциональности.

Введем в уравнение (3) коэффициент вязкости ц, который по определению равен отношению напряжения к скорости измене ния деформации в условиях постоянства напряжений (ламинар ное течение)

При o = const уравнения (3) дают
0 = Е(—1	-Да; 0=О(—)			— Да,
\ dt ] а	= const	\	/ О e const
откуда следует	Е —		G —
	Е —		G —
А — —— или		А — —— ,
т. е.	а	а
т. е.
А = — или		Д — — .		(4)
	1		Ti
Отсюда следует	физический	смысл	величины	А- Так как

между вязкостью, временем релаксации и модулем упругости

существует зависимость

7] = G-,

где т — время релаксации;

или по аналогии «эквивалентная вязкость»

7] = Ет,

то А = — и есть величина, обратная времени релаксации.

Подставляя в уравнения (3) значения А (4), получим

zZs	__ dS	р	a	de	_	q dS _ q е
dt	dt		т] ’	dt		dt	-q ’
t. e.	__ g / dS__ o_\ .			da	__ (jf dS__ —\
da	__ g / dS__ o_\ .			da	__ (jf dS__ —\			(5)
dt	\ dt	7]	/ ’	dt		\ dt	i] /	(5)
dt	\ dt	7]	/ ’	dt		\ dt	i] /
Из этих уравнений следует, что тело .ведет себя как упругое
при условии, что
			dt	т)
и только как вязкое при условии
			dt	т;

Таким образом, проявление упругих или вязких свойств оп

ределяется соотношением между скоростью деформации и ско-

.ростыо вязкого течения — •

Следовательно, зная скорость доформации, вязкоегз мате риала и напряжения, можно установить, как в этих условиях работает материал: как упругое или вязкое тело. Позже мы воспользуемся этим для выяснения условий работы асфальто вого бетона в зависимости от скорости деформации при испы тании на сжатие.

Решение линейного дифференциального уравнения 1то				по-
рядка при постоянной скорости деформации			dS	вид
рядка при постоянной скорости деформации			v = — имеет	вид
а = ПТ]		t		(6)
а = ПТ]	— е	т ,		(6)
где
x = 2L.
	G
Это решение показывает, что при скачкообразном измене
нии скорости течения от 0 до	v (т.	е. при внезапном приложе
нии нагрузки) напряжение в	упруго-вязком		теле изменяется
экспоненциально, нарастая от	0 до	величины	W\|.

Скорость изменения напряжения определяется временем ре лаксации т. Можно считать, что напряжение практически ус танавливается в течение времени, равного Зт.

На рис. 12, а представлена зависимость напряжения от вре

мени для различных значений т.

На рис. 12, б отмечена величина Аб, характеризующая от

клонение тела от идеально упругого.

Уравнение прямой (а), соответствующей идеально упруго му телу, имеет вид b=Gvt.

Рис. 12,	а. Зависимость напряжения от			времени
в упруго-вязком		теле	при внезапном	приложе
а—время	релаксации	нии	нагрузки:
		мало; б—время релаксации велико.

упруго-вязком (б) телах.
Вычитая из этого уравнения уравнение экспоненты					(6),	по
лучим выражение для Аб				,
Д3 = Qvt —			( 1	— е
Для небольшого времени наблюдения это выражение мож
но упростить, разлагая	экспоненциальный член <? '				в	ряд
Тэйлора и ограничиваясь третьим членом
0	А	,	t	, Р
0	Т	= I	----'----------	------------.

Тогда

	Да = Gvt — ij'U ( 0 + —------- —'j					= Gvt — nv — + i)V				>
		\		т	2т2 )			т	2т3
подставляя сюда значение					G = —,			получим
		Да = — vt---- — vtt\v,
т.	е.		г	■	т			2т3
т.	е.			Ла = 71г,2^‘						(7)
				Ла = 71г,2^‘						(7)
	Выражение	(7)	можно использовать для расчета погрешно
сти опыта.				прекращения				приложения	нагрузки
(в	В случае внезапного			прекращения				приложения	нагрузки
(в	момент времени		tn	на	рис. 12)		к деформируемому таким
	,	[dS	п\	напряжение			в	нем спадает	по	экспо-
способом телу		—	= U	напряжение			в	нем спадает	по	экспо-
		\ dt	. /
неыциальному закону					_	г
					_	г
				а = f\ve		т
в момент снятия нагрузки					а = i\V.
					а = i\V.
кое	При очень малом времени приложения нагрузки любое вяз
кое	тело может рассматриваться					как		упругое. И,	наоборот,

любое упруго-вязкое тело при большом времени наблюдения и


постоянной скорости приложения	нагрузки может				рассматри
ваться как вязкое тело.		что	при ультр'аакустичес-
Это подтверждает, между прочим,
	ком		способе		определения
	модуля упругости Е (мето
	дика определения					рассмат
	ривается ниже), когда ско
Рис. 13. Модель упруго-вязкого те-	рость		приложения			нагрузки
	чрезвычайно			велика,			ас-
ла Максвелла. фальтовый		бетон		может			упру
	рассматриваться как

гое тело. Поэтому определяемая таким образом величина Е и является объективным показателем упругих свойств асфальто вого бетона.

Рассмотренное выше тело соответствует модели упруго-вяз кого тела Максвелла (рис. 13). Эта модель состоит из пружи ны и последовательно соединенного с ней вязкого элемента, называемого амортизатором.

Предполагается, что пружина подчиняется закону Гука, а амортизатор представляет собой поршень, движущийся в жид кости, подчиняющейся закону вязкости Ньютона.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 419 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ