Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методология и методы научных исследований. Практикум для студентов направления 08.04.01 «Строительство», программа подготовки «Теория и практика проек
.pdf
где Ку – коэффициент уплотнения асфальтобетонной смеси (отношение
1
устр
ф
К
1
устр
ф
К
54.0
устр
ф
К
1
устр
ф
К
),(01,0)8,12,34,44,717
30601202806703000(
2
402015100.5
5.225.163.0315.014.0071.0
г
см
xxxxx
xxxxxxS
M
объемных масс смеси после и до уплотнения): для щебенистых смесей Ку=1,4
…1,6; для песчаных Ку=1,2 …1,3.
К
– коэффициент шероховатости поверхности асфальтобетона, по которой
пов
идет разрушение.
Значение показателя степени n:
при
при
при
…… 0,66
…… 2,1
– расчет недействителен (не обеспечивается образование
сплошной структурированной пленки, склеивающей каменные материалы).
Соотношение
соответствует переходу ОВВ в
асфальтовяжущем из свободного состояния в структурированное (т.е.
формирование коагуляционной структуры за счет контактообразования по
адсорбционно – сольватным слоям).
При расчете δ
в формуле (4.4) используют значения S
ф
рассчитанное
M,
для всей минеральной части асфальтобетонной смеси.
5 Расчет S
по Золотарёву В.А. для минеральной части
уд
асфальтобетонной смеси (Sм, см2 /г):
(4.5)
где xd – содержание в МП зерен размером d (%);
х
– содержание зерен мельче 0,071мм;
0,071
61
х
*
ст р
*
ст р
R
Нормируемые
параметры
Марки битума БНД
40/60
60/90
90/130
130/200
200/300
*
ст р
, мкм
1,44/1,37
1,37/1,28
1,28/1,17
1,17/1,00
1,00/0,79
*
ст р
R
,
2
см
кгc
22,0/20,3
20,3/18,0
18,0/15,3
15,3/11,6
11,6/7,8
Содержание зерен
щебня в смеси, %
0
10
20
30
40
50
60
70
К
пов
1,20
1,21
1,28
1,50
1,80
1,92
1,98
1,56
г
см
2
– содержание зерен в МП размером 0,071-0,14 мм и т.д.;
0,14
Коэффициенты перед xi – значение удельной поверхности данной фракции
зерен ( )
Справочные данные
Таблица 4.1 ‒ Нормируемые значения толщины структурированного слоя
битума
и их прочности
при 25 °С [13]
Таблица 4.2 ‒ Значения коэффициентов шероховатости поверхности
разрушения в асфальтобетоне (К
пов
) [13]
62
Вариант
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
1,10
П
25,
0,1мм
40
80
90
100
120
140
160
180
200
250
Вариант
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
Количество битума, %
4,8
4,0
5,6
4,0
5,1
4,5
6,3
5,8
4,9
6,7
Количество щебня, %
60
40
30
50
35
55
25
38
52
23
Размер
зерен d, мм
Менее
0,071
0,071-
0,14
0,14-
0,315
0,315-
0,63
0,63-
1,25
1,25-
2,5
2,5-
5,0
5-
10
10-
15
15-
20
Содержание
зерен, xd, %
10,8
3,6
7,2
7,2
7,2
18
18
18,7
7,0
2,3
Задачи для текущего контроля и домашних заданий
Задача 1
Рассчитайте толщину структурированных слоев на поверхности МП (δ
стр
Задача 2
Рассчитайте предел прочности при сжатии структурированного слоя битума
(R
) для вариантов задачи №1.
стр
)
Задача 3
Асфальтобетон с 28% щебня и 6% битума БНД 60/90 (П25=75(0,1мм)
имеет прочность 49 МПа. Определите, насколько изменится предел
прочности асфальтобетона с изменением содержания щебня и битума
согласно нижеприведенным вариантам:
Гранулометрический состав минерального материала с долевым
содержанием щебня Дщ = 28%:
63
мкм
стрст р
37,1*
)(44,1}0023,0)6040(exp{37,1)( мкмП
хстр
Гранулометрический состав минерального материала с другим
долевым содержанием щебня (Дщ) рассчитывают следующим образом:
Для фракций щебня (d >5 мм):
Xd (Дщ)= Xd (Дщ=28%)·Дщ/28
Для остальных фракций (d <=5 мм):
Xd (Дщ)= Xd (Дщ=28%)·(100-Дщ)/(100-28)
РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ
Задача 1
Вариант 1.1:
Необходимо рассчитать толщину структурированных слоев битума с
П25=40 (0,1мм) на поверхности МП.
Согласно табл. 4.1 для битума с П25=40(0,1мм) нормируемое значение
толщины структурированного слоя δ
*
=1,44 мкм. Чтобы проверить эту
стр
(4.6)
(4.7)
величину расчетом, воспользуемся формулой (4.2) и зададимся
(для битума с Пи=60 (0,1мм). Подставляем эти значения
в формулу (4.2) и находим δ
при Пх=40 (0,1мм):
стр
Следовательно, с увеличением пенетрации (вязкости) битума толщина его
структурированных слоев на поверхности МП увеличивается.
Задача 2
Вариант 2.1:
Необходимо рассчитать предел прочности на сжатие структурированного
битума (R
Нормируемое значение R
) для варианта 1.1 задачи №1, т.е. П25=40 (0,1мм)
стр
*
=22 кгс/см2 (для битума с П25=40 (0,1мм))
стр
Чтобы проверить эту величину расчетом, воспользуемся формулой (4.3)
и зададимся:
64
Показатели
Исходный
асфальтобетон
Асфальтобетон с новой
рецептурой
Количество битума (Б),%
6,0
4,8
Количество щебня, %
28,0
60,0
Rp, МПа
49
Rp
= R
*
=20,3 кгс/см2 (для битума с Пи=60 (0,1мм))
стр
*
стр (Пи
)=20,3·exp{-(40-60)·0.004}=22.0 (кгс/см2)
R
стр
Подставляем R
То есть, с увеличением пенетрации (вязкости) битума прочность его
структурированных слоев возрастает.
Задача №3
Вариант 3.1:
Необходимо определить изменение прочности (Rp) асфальтобетона на
битуме БНД 60/90(П25=75) при изменении его рецептуры
Изменение прочности при переходе от асфальтобетона с малым
содержанием щебня к асфальтобетону с большим содержанием щебня
обусловлено двумя факторами: а) формированием минерального
каркаса, что приводит к росту прочности за счет роста значения
коэффициента шероховатости поверхности разрушения (К
, табл. 4.2) ;
пов
б) ростом толщины слоя объемного битума, что ведет к снижению
прочности. Поскольку в данной задаче предусмотрено снижение расхода
битума от Б(исх) = 6,0 % до Б(нов) = 4,8 %, действие фактора б) должно
компенсироваться этим приемом.
Выполним необходимые расчеты.
1. Найдем фактическую толщину поверхности минеральной
части.
Для этого сначала рассчитаем гранулометрический состав смеси
минеральных материалов с долевым содержанием щебня Дщ=60% по
65
Размер
зерен d, мм
Менее
0,071
0,071-
0,14
0,14-
0,315
0,315-
0,63
0,63-
1,25
1,25-
2,5
2,5-
5,0
5-10
10-
15
15-
20
Содержание
зерен, xd, %
6,0
2,0
4,0
4,0
4,0
10,0
10,0
40,0
15,0
5,0
)(1,2
04,13,220
8.4100
мкм
ф
*
ст р
*
ст р
R
2
см
кгc
*
ст р
*
ст р
R
*
ст р
R
г
см
2
).(4,1
5,1
1,2
мкм
K
у
ф
ф
стр
составу с Дщ=28% (приведен в условии задачи 3) и формулам (4.6) и
(4.7):
Подставляем значения xd в формулу (4.5):
SМ = (3000 ∙ 6 + 670 ∙2 + 280 ∙ 4 + 120 ∙ 4 + 60 ∙ 4 + 30 ∙ 10 +
+ 17 ∙ 10 + 7,4 ∙ 40 + 4,4 ∙ 15 + 3,2 ∙ 5) ∙ 0,01 = 220,3 ( )
Фактическая толщина битумной пленки с учетом плотности битума
Б=1,04 г/см3 равна (согласно формуле (4.1)):
а с учетом коэффициента уплотнения (примем Ку=1,5) согласно формуле
(4.4)
По данным табл. 4,1
= 1,32 мкм, а прочность
= 19,1
(получено экстраполяцией).
Значения
и
можно также получить расчетом.
Для определения при Пх=75(0,1мм) воспользуемся формулой
(4.2):
δ
(75)= δ
стр
(90)∙exp{- (75- 90)∙0,0023}= 1,28∙ехр(0,0345) = 1,28∙1,035=
стр
= 1, 32(мкм).
Для определения
при Пх=75(0,1мм) воспользуемся формулой (4.3)
66
*
ст р
R
1
стр
ф
2
66,0
p
/4,3698,1
40,1
32,1
1,19R смкгс
*
ф
(75)=18,0·exp{-(75-90)·0.004}= 18.0∙ехр (0,06) = 18∙1,062 =
19,1 (кгс/см2)
2. Определим предел прочности асфальтобетона с 60% щебня. Так
как
, принимаем показатель степени в формуле (4.4) n=0,66, а
Кпов=1,98 (табл. 4.2).
Тогда, подставив эти величины в формулу (4.4), найдем расчетное
значение предела прочности асфальтобетона:
По сравнению с асфальтобетоном, содержащим 28% щебня, предел
прочности на сжатие асфальтобетона с 60% щебня Rp понизился (с 49 до
36,4 кг/см2).
3. Результат расчета позволяет разобраться в причине этого снижения
прочности: толщина битумной пленки на поверхности минеральных
материалов (содержащих 60% щебня) δф = 1,4 мкм, что заметно больше
нормируемой толщины структурированного слоя
= 1,32 мкм. Т.е.
каркасность асфальтобетона (Кпов=1,98) не компенсировала понижение
сцепления в асфальтобетоне.
67
ЛИТЕРАТУРА
1. Вайнштейн, М. З. Основы научных исследований : учебное
пособие / М. З. Вайнштейн, В. М. Вайнштейн, О. В. Кононова. –
Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет,
2011. – 216 с. – Текст : непосредственный.
2. Физико-химическая механика дорожно-строительных
материалов : В 2 ч. Ч. 1. Теоретические аспекты физико-химической
механики : учебник / А. М. Гридчин, В. И. Братчун, В. А. Золотарев [и
др.] ; под редакцией А. М. Гридчина, В. И. Братчуна. — Макеевка ;
Харьков ; Белгород : Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2017. — 176 с. –
Текст : непосредственный.
3. Физико-химическая механика дорожно-строительных материалов
: В 2 ч. Ч. 2. Прикладные аспекты физико-химической механики
строительных материалов : учебник / А. М. Гридчин, В. И. Братчун,
В. А. Золотарев [и др.] ; под редакцией А. М. Гридчина,
В. И. Братчуна. — Макеевка ; Харьков ; Белгород : Изд-во БГТУ им.
В. Г. Шухова, 2018. — 245 с. – Текст : непосредственный.
4. Золотарев, В. А. Дорожные битумные вяжущие и
асфальтобетоны. В 2 ч. Ч. 1 : Дорожные битумные вяжущие : учебник /
В. А. Золотарев. – Харьков : ХНАДУ, 2014. – 180 с. – Текст :
непосредственный.
5. Виноградов, Г. В. Реология полимеров / Г. В. Виноградов, А. Я.
Малкин. – Москва : «Химия», 1977. – 440 с. – Текст :
непосредственный.
6. Малкин, А. Я. Реология: концепции, методы, приложения :
перевод с английского / А. Я. Малкин, А. И. Исаев. – Санкт-Петербург :
Профессия, 2007. – 560 с. – Текст : непосредственный.
7.Пактер, М. К. Практикум по дисциплине «Физико-химическая
механика строительных материалов». Часть 1. Лабораторные работы /
68
М.К. Пактер, В.И. Братчун, В.Л. Беспалов – Макеевка : ДонНАСА,
2015. – 98 с. – Текст : непосредственный.
8.Особенности реологического поведения состаренных битумов /
В. И. Братчун, М. К. Пактер, А. А. Стукалов [и др.]. – Текст
непосредственный // Вісник Донбаської національної академії
будівництва і архітектури. – Макіївка: ДонНАБА, 2013. – Вип. 1(99). –
С. 92-100.
9.Пактер, М. К. Практикум по дисциплине «Физико-химическая
механика строительных материалов». Часть 2. Вопросы и задачи / М. К.
Пактер, В. И. Братчун, В. Л. Беспалов. – Макеевка: ДонНАСА, 2015. –
68 с. – Текст : непосредственный.
10. Беспалов, В. Л. Теоретико-экспериментальные принципы
получения модифицированных дорожных асфальтобетонов повышенной
долговечности : 05.23.05 – строительные материалы и изделия :
автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук/ Беспалов В. Л.; ГОУ ВПО ДОННАСА. – Макеевка,
2019. – 48 с. – Текст : непосредственный.
11. О комплексной модификации микроструктуры асфальтобетона
дивинилстирольным термоэластопластом / В. И. Братчун, А. В.
Загородняя, В. Л. Беспалов, Е. А. Ромасюк. – Текст : непосредственный
// Вестник Донбасской национальной академии строительства и
архитектуры, 2020. – Вып. 2020 - 1(141). Современные строительные
материалы. – С. 5 -16.
12. Ван Кревелен, Д. В. Свойства и химическое строение полимеров
/ Д. В. Ван Кревелен – Москва : Химия, 1976. – 414 с. – Текст :
непосредственный.
13.Золотарев, В. А. Комплект задач по дорожным органическим
вяжущим и бетонам на их основе / Золотарев В. А. – Харьков : ХАДИ,
1991. – 84 с. – Текст : непосредственный.
69
Учебное издание
О.Н. Нарижная
«МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДЫ НАУЧНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ»
ПРАКТИКУМ
(для направления 08.04.01 «Строительство», программа
подготовки «Теория и практика проектирования и строительства
автомобильных дорог и аэродромов»)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]