Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Асфальтобетон. Учебное пособие
.pdf
- пониженной температуре, когда прочность доста-
Рис. 4.1 2. Стандартные
образцы асфальтобетона
для определения фи-
зико-механических
свойств
точна, так как когезия вяжущего достигает больших значений, но снижается устойчивость к предотвращению образования трещин;
- некоторых средних температурах, когда наиболее
вероятно водонасыщение асфальтобетона и снижение
прилипания вяжущего к минеральным зёрнам.
Прочность асфальтобетона при сжатии принято оценивать по результатам испытания цилиндрических образцов (рис. 4.1.2) при 50, 20 и 0 ОС и скорости деформирования 3 мм/мин.
Показатель прочности при сжатии при 50 ОС кос-
венно характеризует сдвигоустойчивость асфальтобетона
при высоких температурах и
сопротивляемость материала
образованию пластических деформаций в дорожном покрытии. Показатель прочности при
0 ОС косвенно характеризует
трещиностойкость асфальтобетона.
Прочность асфальтобетона при осевом сжатии зависит от состава смеси, прочности щебня, вязкости битума,
условий изготовления и испы-
тания. Прочность асфальтобетона увеличивается по мере
заполнения битумом пор минерального остова до полного
наполнения при данном давлении и температуре. После
этого объём битума становится больше объёма пор остова,
битум раздвигает зёрна щебня и песка, пластичность асфальтобетона растёт, прочность уменьшается.
31
Нормативные требования ГОСТ 9128-2013 к проч-
Рис. 4.1.3. Пластические
деформации асфальтобе-
тона в покрытиях:
а – при торможении
автомобилей;
б – продольная колея
ностным характеристикам асфальтобетона представлены
в табл. 4.4.1.
Сдвигоустойчивость наряду с прочностью – важ-
нейшее свойство асфальтобетона. (Сдвиг – изменение
угла ү между элементарными волокнами, исходящими из
одной точки и образующими прямой угол до деформации).
Сдвигоустойчивость - свойство асфальтобетона (термопластичного материала за счёт органического
вяжущего) сопротивляться образованию необратимых
остаточных пластических деформаций под воздействием
многократных транспортных нагрузок в тёплый период
года (наплывы, колеи в покрытии).
Схема сдвига при торможении показана на рис. 4.1.3 а,
колея при многократных проходах на перегонах – на рис.
4.1.1 б и рис. 4.1.3 б.
Показателями сдвигоустойчивости асфальтобетона
являются коэффициент внутреннего трения и сцепление
при сдвиге при температуре 50 ОС.
Сущность метода определения этих характеристик
заключается в определении максимальных нагрузок и соответствующих предельных деформаций цилиндрических
образцов при двух напряжённо-деформированных состоя-
32
ниях: при одноосном сжатии (рис. 4.1. б) и при сжатии спе-
Рис. 4.1.4. Оборудование
для испытания по методу
Маршалла:
а) пресс Маршалла:
1 – силоизмеритель;
2 – ин6дикатор деформа-
ций; 3 – образец;
4 – полукольцевые захваты;
5 – подъёмная плита
пресса;
б) схема испытания образцов при одноосном сжатии;
в) - схема испытания образцов по схеме Маршалла
циальным обжимным устройством по схеме Маршалла
(рис. 4.1.2 а и в).
Для каждого образца, испытанного на одноосное
сжатие и на сжатие по схеме Маршалла, вычисляют работу А, Дж, затраченную на разрушение, по формуле
где Р - разрушающая нагрузка, кН;
l - предельная деформация, мм.
Коэффициент внутреннего трения асфальтобе-
тона tgφ вычисляют по формуле
где A
- средняя работа деформирования образцов ас-
m Ac
фальтобетона при испытании соответственно по схеме
Маршалла и при одноосном сжатии, Дж.
33
Сцепления при сдвиге Cπ, МПа, вычисляют по фор-
муле
где Rc - предел прочности при одноосном сжатии, МПа.
В таблице 4.4.1 представлены нормативные требо-
вания ГОСТ 9128-2013 к сдвигоустойчивости и сцеплению при сдвиге высокоплотных и плотных асфальтобетонов из горячих смесей.
Прочность при сдвиге асфальтобетона при повышен-
ных температурах может быть охарактеризована видоизменённым уравнением Кулона
τ = Р tgφ
где τ – прочность асфальтобетона при статическом сдвиге,
МПа; Р – нормальное напряжение при сдвиге, МПа; φ
внутреннего трения асфальтобетона с учётом смазывающего
действия битума; Сс – зацепление зерен при сдвиге асфальтобетона, МПа; Σб – сцепление в асфальтобетоне, содержащем
битум в количестве б, МПа.
+ Сс + Σб ,
аб
– угол
аб
Из уравнения видно, что прочность при сдвиге τ за-
висит от различных факторов: свойств асфальтобетона и
минерального остова, от сил сцепления, обусловливаемых
свойствами битума.
Требуемая прочность на сдвиг может быть достиг-
нута за счет:
- больших значений внутреннего трения и сцепления
минерального остова даже при относительно небольшом
сцеплении с битумом;
34
- высокой вязкости битума при минеральных матери-
Показатели
Многощебенистый
Малощебенистый
φаб =45
О
φаб = 32
О
Внутреннее
трение, φаб
61 %
55 %
Зацепление, Сс
30%
17 %
Сцепление, Σб
9 %
28 %
алах с невысокими значениями угла внутреннего трения
асфальтобетона и сцепления зерен минеральной части.
Но свойства минеральных материалов в асфальтобетоне в широком диапазоне эксплуатационных температур
практически не меняются, а свойства битума сильно зависят от температуры.
Асфальтобетон с высокими значениями внутреннего
трения и сцепления в минеральном остове будет более
надежно работать на сдвиг при высоких температурах и
обладать большей теплоустойчивостью.
Таблица 4.1.1. Характеристики сдвига многощебени-
стого и малощебенистого асфальтобетонов
ния, зацепления и сцепления для много-и малощебенистого асфальтобетонов. Многощебенистый асфальтобетон: щебня 65 %, минерального порошка 6 %; малощебенистый асфальтобетон: щебня 20 %, минерального порошка 12 %.
каркас воспринимает 91 % сдвигающей нагрузки и только
9 % приходится на долю асфальтовяжущего вещества.
на каркас и 28 % - на долю асфальтовяжущего вещества.
В таблице 4.1.1 представлены доли внутреннего тре-
В многощебенистом асфальтобетоне при Р=0,5 МПа
В малощебенистом асфальтобетоне 72 % приходится
35
При изменении скорости сдвига с 50 до 0,01 мм/мин проч-
Р
Рис. 4.1.5. Способы определения прочности асфальтобетона
при растяжении:
а) осевое растяжение; б) растяжение при изгибе;
в) растяжение при расколе: 1 – образец; 2 – плиты пресса
ность многощебенистого асфальтобетона уменьшается на
28 %, а малощебенистого – на 45 %.
Прочность асфальтобетона при растяжении
определяют непосредственным осевым растяжением специально приготовленных образцов (рис. 4.1.5 а), растяжением при изгибе балочек (рис. 4.1.5 б), растяжением при
расколе цилиндрических образцов (рис. 4.1.5 в).
а) б) в)
Осевое растяжение образца, форма и размеры
которого показаны на рис. 4.1.5 а, проводят на любой
разрывной машине мощностью не более 50 кН, имеющей
приспособление для захватов образца. В силу
определённой сложности изготовления образцов и
соответствующих к ним захватов это испытание
практичеси не проводится, чаще определяют прочность
на ратяжение при изгибе и при расколе (рис. 4.1.5 б и в).
Прочность асфальтобетона на растяжение при
изгибе определяют на образцах-балочках. Условия прове-
дения опыта: температура – 0 ОС или расчётная температура, скорость деформирования 10 мм/мин.
Сопротивление растяжению при изгибе и относительную деформацию рассчитывают по формулам
2
R
= 3Pl/2bh
изг
∙ 10
36
−2
, ε = 6∙f∙h / l2,
где 𝑃 – разрушающая нагрузка, Н; l – расстояние между опорами, см; 𝑏 – ширина образца, см; ℎ – высота образца, см; 10–2
– коэффициент пересчёта, МПа, f – прогиб,
С понижением температуры происходит приращение прочности асфальтобетона.
На рис. 4.1.6 представлена зависимость прочности
при изгибе асфальтобетона на битумах различной вязкости от температуры и марки битума.
Экстремальная точка на графике может быть названа
температурой хрупкости данного асфальтобетона.
Рис. 4.1.6. Зависимость прочности при изгибе асфальто-
бетона от температуры испытаний:
1 – битум БНД 60/90; 2 – БНД 130/200;
2 – БНД 200/300; 4 – условная температура хрупкости
асфальтобетона (точка перегиба кривой)
Изгиб балки позволяет определить модуль упругости
асфальтобетона.
В расчётах дорожных одежд нежёсткого типа применяют два прочностных показателя асфальтобетона: статический и динамический модули упругости.
Статический модуль упругости асфальтобетона
характеризует воздействие на него автомобиля на стоянке, остановке и перекрёстках (табл. 4.1.2).
37
Таблица 4.1.2. Расчетные значения модуля упругости
Вид асфаль-
тобетона
Тип
смеси
Расчетный модуль упругости Е при
статическом действии нагрузки,
МПа, при расчетной температуре,
О
С
+20
+30
+40
+50
Плотный
асфальтобе-
тон
А
480
420
360
300
Б
400
350
300
250
В
320
280
240
200
Г
300
270
220
200
Д
200
200
160
150
Материал
Марка
битума
БНД
Кратковременный модуль
упругости Е, МПа, при температуре
покрытия, °С
+10
+20
+30
+40
+50(60)
Плотный
асфальто-
бетон
40/60
4400
2600
1550
850
520
60/90
3200
1800
1100
650
460
90/130
2400
1200
670
550
420
130/200
1500
800
550
460
380
200/300
1200
600
500
420
360
асфальтобетона при расчете на длительную нагрузку
Кратковременный (динамический) модуль упру-
гости соответствует режиму воздействия подвижных
нагрузок на асфальтобетонное покрытие (табл. 4.1.3). Его
определяют при продолжительности действия нагрузки
0,1 с, что примерно соответствует воздействию на покрытие колеса автомобиля, идущего со скоростью 60 км/час.
Температура испытания балки должна быть 0 ОС.
Таблица 4.1.3. Нормативные значения кратковремен-
ного модуля упругости асфальтобетонов
38
Модуль упругости подсчитывается по формуле
fI
Pl
E
48
3
210
DH
P
R
ра ст
, МПа,
где Р – вертикальная нагрузка; l – расчётный пролёт;
f – упругий прогиб; I – момент инерции сечения ( bh3/12).
Стандартизирован метод определения динамического модуля упругости с использованием установки динамического нагружения (АМРТ). Для определения динамического модуля используют образцы из асфальтобетонной смеси, уплотненные при помощи вращательного
уплотнителя. Высота образца должна составлять (170 ± 1)
мм. Диаметр образца должен быть (150 ± 2.5) мм.
Для анализа эксплуатационных характеристик дорожного покрытия испытание должно быть проведено при
температурах минус 10 °С; 4,4 °С: 21,1 °С; 37,8 °С и 54 ОС
и нагрузочных частотах 0,1; 0.5; 1; 5; 10 и 25 Гц при каждой из перечисленных температур.
Прочность на растяжение при расколе определя-
ется сжатием по образующей цилиндрического образца
асфальтобетона диаметром D и высотой Н (рис. рис. 4.1.5
в, рис. 4.1.7). Прочность на растяжение при расколе по
этому методу
, МПа,
где α - коэффициент (для асфальтобетона как пластич-
ного тела α=1, для хрупких материалов α = 0,63); Р – разрушающая нагрузка, Н; D и Н – диаметр и высота образца, см; 10-2 – коэффициент пересчёта в МПа.
39
ляется трещиностойкость асфальтобетонов. Норматив-
Рис. 4.1.7. Испы-
тание на растяже-
ние при расколе:
ные требования ГОСТ 9128-2013 по трещиностойкости
представлены в табл. 4.4.1.
тельных температурах зависит от его деформативных
свойств, характеризующих устойчивость против об-
разования трещин. При понижении температуры объём
асфальтобетона сокращается, возникают растягивающие
напряжения, которые до известной степени могут компенсироваться его пластичностью. Для оценки способности
асфальтобетона деформироваться обычно используют
предельную относительную деформацию в момент разрушения. Если деформирование чисто упругое, то критическая относительная деформация не превышает 0,001.
сительное удлинение увеличивается.
носительной деформации асфальтобетонных образцов при
испытании на изгиб или растяжение. Покрытие будет
устойчивым против образования трещин, если асфальтобетон обладает относительным удлинением (при скорости
деформации, близкой к 5…10 мм/мин):
По пределу
прочности на
растяжение при
расколе при температуре 0 ОС и
скорости деформировния 50
мм/мин опреде-
Трещиностойкость асфальтобетона при отрица-
По мере повышения температуры критическое отно-
Деформативность асфальтобетона оценивают по от-
- при 0 ОС не менее 0,004...0,008,
- при -20 ОС — не менее 0,001…0,002.
Итак, причинами трещин в асфальтобетоне являются:
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]