Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Способы испытания асфальтобетонных образцов в целях определения параметров для расчета покрытий нежестких дорожных одежд .
1.1. Расчетные параметры асфальтобетонных слоев дорожной одежды 12
1.2. Развитие методов расчета нежестких дорожных одежд на прочность
1.3. Способы определения расчетных параметров асфальтобетонных слоев дорожной одежды 22
1.4. Выводы. Цель и задачи исследования 37
Глава II. Обоснование методики испытания асфальтобетонных образцов под воздействием многократных нагрузок .
2.1. Обоснование значений нагрузочных параметров для испытания асфальтобетонных образцов на изгиб под воздействием многократных нагрузок 40
2.2. Обоснование длительности действия нагрузки для испытания асфальтобетонных образцов на изгиб под воздействием многократных нагрузок 56
2.3. Теоретические предпосылки измерения модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе под воздействием многократных нагрузок 68
2.4. Прогнозирование изменения модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе под воздействием многократных нагрузок 81
2.5. Выводы по главе 84
Глава III. Экспериментальное определение расчетных параметров асфальтобетонов .
3.1. Обоснование выбора материалов и необходимого количества образцов для исследований и предварительные результаты эксперимента 86
3.2. Экспериментальное обоснование теоретического подхода к прогнозированию модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе . 96
3.3. Расчетные параметры различных асфальтобетонов, полученные на основе разработанной методики прогнозирования 120
3.4. Выв оды по глав е 123
Глава IV. Практические рекомендации по применению разработанной методики испытаний и полученных значений расчетных параметров асфальтобетона различного вида .
4.1. Применение уточненных расчетных параметров при проектировании нежестких дорожных одежд 124
4.2. Практическое применение разработанной методики определения расчетного модуля упругости при разработке проектов капитального ремонта 131
4.3. Рекомендации по применению результатов исследования при контроле качества строительства асфальтобетонных слоев 134
4.4. Расчет экономической эффективности применения исследованных видов асфальтобетона с уточненными расчетными параметрами 138
4.5. Выводы по главе 143
Общие выводы по работе 145
Список литературы
- Развитие методов расчета нежестких дорожных одежд на прочность
- Обоснование длительности действия нагрузки для испытания асфальтобетонных образцов на изгиб под воздействием многократных нагрузок
- Экспериментальное обоснование теоретического подхода к прогнозированию модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе
- Практическое применение разработанной методики определения расчетного модуля упругости при разработке проектов капитального ремонта
Введение к работе
Асфальтобетонные покрытия и верхние слои основания из асфальтобетона нашли широкое применение на дорогах России. Интенсивная автомобилизация выявила недостатки существующих асфальтобетонов. Применение в верхних слоях на автомобильных дорогах с высокоинтенсивным движением типовых асфальтобетонов на обычном битуме и с содержанием щебня до 50%, приводит к: развитию колееобразования, снижению уровня усталостной прочности, накоплению различного вида деформаций, высокому темпу разрушения и малому сроку службы покрытий. Под воздействием многократно повторяющихся нагрузок даже на ранней стадии эксплуатации верхних слоев покрытия из типовых асфальтобетонов наблюдается интенсивное накопление остаточных деформаций. Поэтому в последние годы осуществляется активная разработка более эффективных асфальтобетонов, таких как щебеночно-мастичные асфальтобетоны на нефтяном дорожном битуме или резинобитумном вяжущем; асфальтобетоны на полимербитумном вяжущем и ряд других. Предполагается, что с использованием перечисленных материалов при надлежащей технологии строительства удастся в значительной степени устранить недостатки существующих покрытий из асфальтобетона.
Основными расчетными показателями асфальтобетонных покрытий по действующей методике проектирования нежестких дорожных одежд являются модуль упругости и прочность на растяжение при изгибе при кратковременном действии нагрузки [79].
Вопросы развития методов расчета нежестких дорожных одежд и обоснования используемых для этого расчетных параметров асфальтобетонов отражены в работах Н.Н. Иванова [29,30,31,32,33,57], В.И. Барздо [4], А.К. Бируля [7,8], Т.Н. Калашниковой [47,106], A.M. Кривисского [65], М.Б. Корсунского [58,59,60,61,62], Б.С. Радовского [84,85,86], А.О. Салля [100,101, 102], И.М. Щербакова [86], Ю.М. Яковлева [108,109,110], Pell [115,116] и других авторов [5,14,20,21,22,28,35,55,68,74,111,112,113,114,117,118].
Вопросами определения свойств асфальтобетонов, позволяющих характеризовать поведение асфальтобетонных покрытий в процессе эксплуатации, занимались многие ученые нашей страны: A.M. Богуславский [9,10,11,12], О.Т. Батраков [5], Л.Б. Гезенцвей [16], Н.В. Горелышев [17,18,19], Б.А. Козловский [52,53], И.А. Рыбьев [98,99]; В.Н. Кононов [56], Б.С. Радовский [83,86], В.П. Матуа [72,73], А.В: Руденский [90,91,92,93,94,95,96], М.С. Мелик-Багдасаров [75,76,77], Т.Н. Калашникова [46,47,95,96] и др.
В результате анализа проведенных исследований многих отечественных и зарубежных ученых и практического опыта были обоснованы расчетные значения модулей упругости и прочностей на растяжение при изгибе некоторых асфальтобетонов, используемые в настоящее время в нормативных документах по расчету нежестких дорожных одежд.
Следует отметить, что приведенные в отраслевых дорожных нормах по проектированию нежестких дорожных одежд [80] расчетные показатели типовых асфальтобетонов были получены на установках устаревшей конструкции. Эти установки, такие в частности, как механический рычажный пресс конструкции НИИМосотроя, электромагнитный пульсатор Ленинградского филиала Союздорнии, маятниковый прибор Госдорнии и пульсатор конструкции доктора технических наук Б.С. Радовского, использовались более 20-40 лет назад для определения модуля упругости и усталостного сопротивления растяжению при изгибе. С помощью имеющегося оборудования было сложно обеспечить управление скоростью деформаций образцов или силами, действующими на образец и требуемую точность измерения параметров поведения образца. Отсутствие автоматизированного управления и ограниченный диапазон технических возможностей этой установки не соответствуют современному уровню развития испытательной техники. При изменившихся условиях движения автомобилей (возрастающих интенсивности движения, осевых нагрузках и скоростей движения автомобилей), расчетные значения модуля упругости эффективных асфальтобетонов и прочности на растяжение при изгибе при повторном нагружении, могут существенно отличаться от полученных 20-30 лет назад аналогичных значений.
В отраслевых дорожных нормах по проектированию нежестких дорожных одежд [79] отсутствуют расчетные параметры появившихся в последнее время видов асфальтобетона.
Для уточнения существующих и определения отсутстсвующих в нормативной документации расчетных параметров (модуля, упругости и прочности на растяжение при изгибе) асфальтобетона различных видов целесообразно использовать современную аппаратуру для испытаний асфальтобетонных образцов, для чего необходимо разработать методику испытания с учетом современных условий нагружения покрытий дорожных одежд.
Анализ оборудования, применяемого для подобных испытаний за рубежом [117], позволил выдеолить автоматизированное оборудование для испытания асфальтобетона на усталость, обладающее рядом конструктивных отличий от ранее применяемых установок. Основными особенностями данного оборудования является полная автоматизация процесса испытания асфальтобетонных образцов, что позволяет автоматически задавать параметры нагружения, поддерживать постоянную амплитуду нагружения и увеличить количество циклов нагружения образца. Также оборудование обеспечивает расчет и построение зависимостей от времени воздействия определяемых параметров, фиксирование результатов происходит непрерывно в процессе испытания.
В целях исследования расчетных характеристик различных асфальтобетонов возникла необходимость разработки для данного оборудования методики испытания асфальтобетонных образцов под воздействием многократных кратковременных нагрузок, позволяющей имитировать российские условия движения автомобилей по дороге.
АКТУАЛЬНОСТЬ темы диссертационной работы определяется необходимостью исследования расчетных, параметров асфальтобетонов, в том числе и ранее не изученных, и разработки методики испытания асфальтобетонных образцов под воздействием многократных циклических нагрузок и определения расчетных значений параметров асфальтобетона при заданном количестве циклов.
Низкие сроки службы традиционных видов асфальтобетона и значительные объемы применения новых видов асфальтобетонов подчеркивают актуальность решения задач по определению значений параметров для расчета нежестких дорожных одежд с учетом современных эксплуатационных, условий. Результаты исследования позволят повысить эффективность строительства асфальтобетонных покрытий и приведут к более экономичному использованию материальных ресурсов.
ЦЕЛЬЮ ИССЛЕДОВАНИЯ является разработка методики испытания и определения расчетных параметров различных асфальтобетонов под воздействием многократных кратковременных нагрузок.
ЗАДАЧАМИ ИССЛЕДОВАНИЯ являются:
• Обосновать эффективное применение оборудования для испытания асфальтобетонов под воздействием многократных кратковременных нагрузок для определения расчетных параметров (модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе) асфальтобетонных слоев дорожной одежды;
• Установить теоретически и экспериментально основные положения методики испытания. Разработать методику проведения испытаний асфальтобетонов под воздействием многократных кратковременных нагрузок и провести испытания и анализ полученных результатов;
• Разработать методику обработки результатов и назначения численных значений расчетных параметров, позволяющую прогнозировать изменение расчетных параметров в зависимости от заданного количества циклов нагружений;
• Предложить численные значения расчетных параметров асфальтобетонов различных видов;
• Разработать практические рекомендации по применению полученных значений расчетных параметров асфальтобетонов различных видов, и обосновать экономическую эффективность использования предлагаемых методики испытаний и результатов исследования.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования заключается в следующем: •/ Разработана методика испытания асфальтобетонных образцов под воздействием многократных кратковременных нагрузок, включающая в себя как обоснование рекомендуемого режима нагружения, так и методику обработки результатов и назначения расчетных параметров в зависимости от заданного числа циклов нагружений для-конструирования нежестких дорожных одежд; •S Разработана и теоретически обоснована методика обработки результатов испытания, позволяющая прогнозировать изменение расчетных параметров асфальтобетона в зависимости от числа приложенных нагрузок, что позволило получить необходимые значения с учетом обеспечения требуемого срока службы нежестких дорожных одежд;
S Установлена возможность и целесообразность определения усталостных, деформативных и прочностных характеристик асфальтобетонов для конкретных составов и необходимость внедрения практики их учета в процессе проектирования нежестких дорожных одежд автомобильных дорог.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ исследования заключается в определении расчетных значений (модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе) асфальтобетонов различных видов, не нашедших отражения в нормативной и методической литературе по расчету нежестких дорожных одежд на прочность. Результаты исследования позволяют внедрить в практику проектирования дорожных асфальтобетонных покрытий конкретные значения расчетных параметров асфальтобетонов, а также применять разработанную методику испытаний для контроля качества при строительстве и ремонте асфальтобетонных покрытий.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ осуществлена путем внедрения разработанной методики испытания асфальтобетонных образцов под воздействием многократных кратковременных нагрузок и назначения расчетных параметров асфальтобетонов для определения толщин слоев дорожной одежды.
Результаты исследований использованы ОАО «Дорожный научно-исследовательский институт СоюздорНИИ» при разработе новой редакции ОДМ «Проектирование нежестких дорожных одежд» (взамен ОДН 218.046-01). В проект нормативного документа включены полученные значения кратковременного модуля упругости асфальтобетона различных составов при расчете конструкции по допускаемому прогибу. Планируется, что предложенные значения найдут отражение в перерабатываемом нормативно-техническом документе по проектированию нежестких дорожных одежд.
Кроме того, результаты исследований были практически применены при разработке проектов на капитальный ремонт территориальных автомобильных дорог и улиц Московской области.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ осуществлялась докладами и обсуждениями ее основных положений на 63, 64 и 65 научно-методических и научно-исследовательских конференцияхМАДИв 2005, 2006 и 2007 гг.
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 5 статей:
• Сибирякова Ю.М. Установка для испытания образцов асфальтобетона многократно повторяющейся нагрузкой // Развитие методов и технологий строительства и эксплуатации автомобильных дорог. Сб. научных трудов - Москва: МАДИ, 2005, с. 127-134;
• Яковлев Ю.М., Сибирякова Ю:М. Определение модулей упругости различных асфальтобетонов при повторных кратковременных нагрузках // Строительство и эксплуатация дорог: научные исследования и их практическое применение. Сб. научных трудов - Москва: МАДИ, 2006, с. 60-66;
• Сибирякова Ю.М. Современное оборудование для испытания асфальтобетона // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2006 — №3. с. 42-43;
• Яковлев Ю.М., Сибирякова Ю.М. Экспериментальное определение модулей упругости различных асфальтобетонов под воздействием многократной нагрузки // Дороги России XXI века. - 2006 - №3. с. 44-45;
• Сибирякова Ю.М. Экспериментальное исследование некоторых асфальтобетонов под многократной нагрузкой // Транспортное строительство. - 2007 - №4. с. 50-54.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Представляемая к защите диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения.
В первой главе выполнен обзор ранее выполненных работ других авторов, касающихся определения расчетных параметров нежестких дорожных одежд, а также описание автоматизированной установки, позволяющей испытывать асфальтобетонные образцы на изгиб под воздействием многократных кратковременных нагрузок.
Вторая глава содержит основные положения разработки методики испытания асфальтобетонных образцов под воздействием многократных кратковременных нагрузок, включая обоснование режимов испытания и прогнозирование результатов для большого числа циклов нагружений.
В третьей главе изложено экспериментальное обоснование расчетных параметров асфальтобетона (модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе), и теоретического подхода к их прогнозированию.
В четвертой главе приведены практические рекомендации по применению разработанной методики и полученных значений расчетных параметров исследованных асфальтобетонов, а также расчет экономической эффективности применения полученных результатов.
Развитие методов расчета нежестких дорожных одежд на прочность
Воздействие повторных нагрузок от движущихся по дороге автотранспортных средств обуславливает накопление усталостных повреждений в конструктивных слоях. В монолитных слоях из асфальтобетона происходит накопление усталостных повреждений, которое приводит к постепенному развитиюімикротрещин, разрыву связей, нарушению сплошности, образованию макротрещин, что значительно снижает, изгибную жесткость [93] слоя, а, следовательно, его- способность распределять внешнюю нагрузку, и создает условия для переувлажнения слоев основания и грунта земляного полотна. Поэтому очень важно при расчете дорожной одежды учесть параметры, соответствующие реальным условиям движения автомобиля по дороге.
Отличительной особенностью дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями является значительное изменение их прочностных и деформативных характеристик в течение всего срока службы. Это вызывает необходимость при исследовании поведения покрытий учитывать большое число факторов, характеризующих особенности климатических условий района строительства, дорожной конструкции, условий и режима эксплуатации и др.
Асфальтобетонные слои в процессе эксплуатации сопротивляются комплексному воздействию механических нагрузок, изменению температуры и влажности, действию различных растворов солей, газов, совместному воздействию попеременного замораживания-оттаивания, растворов противогололедных солей и других эксплуатационных факторов в течение срока службы. Эксплуатационные воздействия, вызывающие снижение структурно-механических характеристик асфальтобетонов и способствующие разрушению слоев асфальтобетонных покрытий, можно условно разделить на три основные группы [64]: воздействие автотранспортных средств на асфальтобетонные слои; воздействие окружающей среды; воздействие факторов, связанных с эксплуатацией асфальтобетонных покрытий (например, применение противогололедных реагентов).
В целях максимально возможного учета всех действующих на асфальтобетонные дорожные одежды факторов, необходима разработка системы моделирования работы асфальтобетонных покрытий и изменения их расчетных параметров в разнообразных климатических и эксплуатационных условиях с учётом вариации характеристик покрытия в течение срока службы.
Деформативные и прочностные свойства слоев асфальтобетонных покрытий полностью определяются деформативными и прочностными свойствами асфальтобетона. Однако условия деформирования покрытий и условия обеспечения их прочности определяются комплексом воздействия климатических и эксплутационных факторов на дорожное покрытие, особенностями конструкции дорожной одежды в целом [92].
Асфальтобетон, как термопластичный материал, обладает сложным комплексом физико-механических свойств, в значительной степени зависящих от температуры и режимов воздействия нагрузок. В асфальтобетоне под воздействием нагрузок одновременно возникают упругие, вязкие, и пластические деформации [10,89]. При наличии в дорожных одеждах необратимых деформаций, расчет на прочность ведется с учетом реальных свойств материалов и поведения их в конструкции при многократном воздействии кратковременных нагрузок в современных условиях эксплуатации автомобильных дорог [80].
Предельное состояние дорожной-одежды определяется эксплуатационными требованиями к ней; критерием его является предельное напряженное состояние конструкции, которое характеризуется показателями, зависящими, от свойств материала каждого слоя одежды и. грунта земляного полотна, а также от размещения слоев и условий их работы в конструкции; расчетом учитываются не только параметры, характеризующие напряженно-деформированное состояние конструкции, но и предельные величины прочностных и деформационных характеристик материала каждого слоя и грунта, а также допустимый упругий прогиб поверхности покрытия.
Модуль упругости является одной из важнейших характеристик материала слоя покрытия, имеющих первостепенное значение при инженерных расчётах дорожной конструкции. Данные о значениях модулей упругости слоев асфальтобетонных покрытий необходимы как для расчёта всей дорожной конструкции в целом, так и для определения величин напряжений и деформаций, возникающих в самих слоях покрытий при различных условиях эксплуатации.
Применяемые в настоящее время методы расчёта дорожных конструкций исходят из положений теории упругости. Несмотря на то, что асфальтобетонное покрытие не может рассматриваться как истинно упругая среда в значительной части диапазона, эксплуатационных температур, применимость такого подхода обусловлена тем, что воздействие транспортных нагрузок на дорожное покрытие носит динамический характер.
Обоснование длительности действия нагрузки для испытания асфальтобетонных образцов на изгиб под воздействием многократных нагрузок
Кроме максимального. растягивающего напряжения при изгибе и максимальной относительной продольной деформации, для испытания необходимо определить временные параметры нагружения. Возможности аппарата позволяют задать их значения в следующих диапазонах: длительность действия нагрузки в диапазоне от 0,1 с до 2 с; совокупность длительности действия нагрузки и периода между нагружениями в диапазоне от 0,1 с до 10 с.
Многочисленные исследования [100,101,1021] показывают, что изменение продолжительности действия нагрузки влияет на величины напряжений и деформаций дорожных одежд вследствие наличия у них вязких свойств. Очевидно, что длительность нагружения при испытании асфальтобетонных образцов на усталость должна быть такой, чтобы создавать напряженно-деформированное состояние, близкое к возникающему под действием движения фактических транспортных средств.
Ряд проведенных исследований различных авторов [4,28,30,100] показывают, что длительность действия движущихся грузовых автомобилей в пределах чаши прогиба составляет 0,1 - 0,6 с.
Длительность непосредственного воздействия tH движущегося автомобиля на поверхность дорожной одежды в каждой данной точке зависит от скорости движения и длины чаши прогиба автомобиля по направлению движения. Следовательно, для определения tH в пределах длины чаши прогиба покрытия можно использовать следующую зависимость: t„ = 1д.пр. / vcp, (2.15) где: А. 1ДПр. - длина участка дороги, на котором вследствие проезда колеса автомобиля действует чаша прогиба покрытия (рис. 2.7);
В своих работах д.т.н. Ю.М. Яковлев [108] предлагает принять осредненную длину чаши прогиба, равную 3,5 м.
ГУП МО «Лабораторно-исследовательский Центр» в арсчетный (весенний) период проведены сравнительные измерения прогибов дорожной одежды неинерционным лазерным датчиком и установкой ДИНА-3 [26].
Экспериментальным путем была получена зависимость прогиба от расстояния приложения нагрузки (см. табл. 2.11).
Основываясь на этих результатах, с помощью рисунка 2.9, можно увидеть, что нулевое значение прогиба будет наблюдаться примерно на расстоянии 89 см (в среднем) от края штампа установки ДИНА-3. W = 2-89 + D„ штампа =178 4-33 =211 см = 2,11 м (2.16) Автор предлагает определить длину чаши прогиба как длину дуги окружности с помощью упрощенной геометрической зависимости: W = W = (o/2)-R, (2.17) где а - центральный угол окружности, образованный радиусами и ограниченный длиной дуги (в радианах); R - радиус окружности. Центральный угол окружности а выводится с помощью тригонометрической функции (рис. 2.9): cos(a/2) = (R-5)/R, (2.18) Отсюда получим a/2 = arccos ((R - 5)/R), (2.19) 5 - прогиб покрытия, как отмечалось ранее: для I кат. 5 = 0,00038 м; для II кат. 8 = 0,0006 м; для III кат. 5 = 0,0007 м; Для I категории автомобильной дороги а/2 = 0,236, 1д.пр. = 21,12 м; Для II категории автомобильной дороги а/2 = 0,372, 1д.пр. = 21,16 м;
Для III категории автомобильной дороги а/2 = 0,434, 1д.пр. = 21,2 м. Очевидно, что упрощенный геометрический расчет сильно отличается от теоретических и экспериментальных данных, приведенных выше. Следовательно, для определения длины чаши прогиба нужен более глубокий подход и математические исследования. Поэтому целесообразно принять во внимание исследования других авторов [4,7,29,30,31,33,67,102] и результаты полевых испытаний. Б. vcp - средняя скорость транспортного потока, которую можно определить по методике А.П. Васильева [89]: vCp = Vp-KpC3 - t-Ууф - af-N4, (2.20) где vp - расчетная скорость движения автомобиля, км/ч. Для I и II категорий автомобильных дорог vp принимается 120 км/ч, для III категории -100 км/ч (согласно СНиП 2.05.02-85); Крсэ - значение эксплуатационного коэффициента обеспеченности расчетной скорости на рассматриваемом участке дороги. Для I и II категорий автомобильных дорог Крсэ принимается равным 0,9, для III категории - 0,8 (согласно [80]); tH — гарантийный коэффициент доверительной вероятности при 85%-ной обеспеченности, принимается равным 1,04; vv i - среднее квадратичное отклонение скорости свободного транспортного потока, УУф = a0 + b- (vp-Kpc3)2, а0 и b - коэффициенты, необходимые для определения среднего квадратичного отклонения. Для I и II категорий автомобильных дорог а0 = 0, b = 0,00056; для III категории ао = 3,0, b = 0,0008; a - коэффициент влияния интенсивности движения; (3 - доля грузовых автомобилей и автобусов, движущихся по полосе.
Экспериментальное обоснование теоретического подхода к прогнозированию модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе
Экспериментально обосновать разработанный теоретический подход к прогнозированию модуля упругости и растягивающего напряжения возможно путем испытания образцов асфальтобетонов в более интенсивном режиме, что позволит испытать образец большим количествомциклов нагружений.
Более интенсивным режимом нагружения считаем уменьшение длительности цикла нагружения до 0,2 с, что даёт возможность увеличить количество циклов нагружения до 100000. Кроме того, задается- большая максимальная, относительная1 продольная деформация, что приведет к более быстрой потере прочностных свойств и, соответственно, к ускорению воздействия усталостных свойств на асфальтобетон.
Для проверки разработанной теории прогнозирования были» испытанье / следующие составы асфальтобетонов:
1. Асфальтобетон, типа Б марки II (щебень гранитный - 40%, песок — 50%, минеральный порошок - 10%, битум БНД 60/90 - 5,2 %);
2. Асфальтобетон типа Б марки II с применением серы (щебень гранитный -40%; песок — 48%; минеральный порошок - 12%; битум БНД 60/90 - 5,5% с применением серы 30% от массы вяжущего).
Образцы из асфальтобетонов приведенных составов испытывались на установке UTM 021 в климатической камере при 20С по следующей методике испытания (таблица 3.4): Таблица 3.4.
Значения установочных параметров нагружения для испытания асфальтобетонных образцов при интенсивном режиме нагружения Установочный параметр нагружения Рекомендуемое значение Максимальная относительная продольная деформация 150 -10 5 мм/мм Длительность действия нагрузки 0,1с Период «отдыха» между нагружениями 0,1с Длительность цикла нагружения 0,2с Количество циклов нагружения 100000 Коэффициент Пуассона 0,25
Используя результаты эксперимента в более интенсивном режиме испытания и с большим числом циклов нагружения, проверяем работоспособность ранее разработанных теоретических решений по прогнозу закономерности изменения, модуля упругости при различном числе циклов воздействия нагрузки.
Во-первых, необходимо проверить достоверность описания кривой испытания логарифмическим уравнением. Для этого, рассмотрев результаты испытаний более подробно, необходимо сравнить значения модулей упругости при определенном количестве циклов нагружения, получаемые в результате расчета по логарифмическому уравнению и значения модулей упругости при том же количестве циклов нагружения, полученные непосредственно с самой кривой испытания. Проверка соответствия теоретического модуля упругости экспериментальному приведена в таблице 3.5.
Асфальтобетон типа Б марки П; образец №1 20000) 4277 6461 6-282,95-Еп(х) 3650 3645: 0;39 0,97 40000? 3463 3392 2;08! 60000s 3349 3332 0,50 80000) . 3267 .3293? 0/79 100000: 3204 3274 2,16 АсфальтобетонітипаБ маркие 1образец.-№-2 20000і 3851 6283 7-315;85-En(x)v 3156 3179 0,73 . 0,99 40000 . 2937 2919/ 0,61 60000 2809 2790/ 0,68; 80000 27Г8 2704 о;52 юоооо; 2647 2677 1,13 Асфальтобетон типа Б марки II с применением серы, образец № 1 20000: 5960 7546,5-198,72- 5578 5600 0,39 0,99 40000 5441 5427 0,26 60000 5360 5345 0,28 80000 5303 5297 0,11 100000 5259 5263 0;08 Асфальтобетон типа Б марки II с применением серы, образецг№1 20000 5276 6776,1-191,36-Ln (х) 4881 4882 0,02 0,99 40000 4748. 4722 0,55 60000 4671 4655 0,34 80000 4616 4623 0,15 100000 4573 4601 0,61 Анализируя данные, полученные в. таблице 3:6, можно сделать вывод, что уравнение описывает, кривую с достаточной; степенью достоверности. Єтоль значительная достоверность аппроксимации между значениями модулей упругости!объясняется;тесной взаимосвязью между кривой изменения модуля упругости от числа циклов нагружения; полученной опытным; путем; и описывающей логарифмической-кривой.
На рисунке 3:2 ; для примера? приведена? кривая испытания образца из \ асфальтобетона; типа Б марки- II на изгибу отображающая? изменение; модуля упругости; в зависимости; от количества; циклов- нагружения; Такая? форма изображения- результатов; не позволяет производить анализ и; необходимые расчеты; поэтому; на; основании- полученных в; результате- испытаний протоколов, строятся усредненные.кривые результатов испытаний На, рисунках 3:3; 3:4 3 ;5} и 3:6« представлены; усредненные кривые, результатов испытаний; вышеприведенных, асфальтобетонных; образцов,, наглядно.показывающих процесс;изменения модуля упругости в зависимости.от-:; увеличения количества циклов;нагружения Во-вторых; необходимо? определить работоспособность получаемого логарифмического уравнения, для описания- кривой испытания? прда прогнозируемом количестве; циклов. Для этого логарифмическое уравнение описывает не всю кривую, а только; ту часть: кривой; которая соответствует первым 25000 циклов нагружений. Затем производится сопоставление теоретически и экспериментально полученных значений модулей упругости, (результаты приведены в таблице 3.6).
Практическое применение разработанной методики определения расчетного модуля упругости при разработке проектов капитального ремонта
Температура 10С рекомендуется потому, что для расчета дорожных одежд применяются расчетные значения асфальтобетонов, полученные именно при температуре 10С. Для того, чтобы параметры для контроля качества были сопоставимы с проектными расчетами дорожных одежд, необходимо выбрать данный температурный режим.
Контрольные испытания асфальтобетонных смесей проводят либо с целью определения целесообразности подобранного состава с возможностью1 корректировки состава асфальтобетонной смеси (пред началом массового производства), либо в качестве контрольной проверки готовых, асфальтобетонных смесей (периодический контроль качества на АБЗ).
Периодический контроль качества осуществляют не реже 1 раза в месяц а также при каждом изменении материалов, применяемых для применения смесей или изменения вида смеси.
Отбор проб в производственных смесительных установках начинают не ранее чем через 30 мин после начала выпуска готовой смеси. Для испытаний необходимо отобрать объединенную пробу, составленную из трех-четырех тщательно перемешанных между собой точечных проб. Масса объединенной пробы должна быть не менее 3 кг.
Разработанные методики формования асфальтобетонных образцов-балочек и их испытания на изгиб под воздействием повторных нагружении дадут возможность определить значения модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе при 10С по истечению 25000 циклов нагружения. Методика прогнозирования позволит определить расчетные значения вышеперечисленных параметров контроля и сравнить их с уже полученными в процессе исследования значениями для асфальтобетона различных составов. Анализ результатов испытания приведет либо к исправлению состава, либо к утверждению полученного состава смеси, а расчетные значения будут использованы при проектировании нежестких дорожных одежд.
Результаты исследования можно применять также в процессе контроля качества устройства асфальтобетонных слоев. Наряду со стандартными, такие параметры как модуль упругости и прочность на растяжение при изгибе дадут наиболее полное представление об усталостных и деформативных свойствах асфальтобетона и позволят с учетом фактической интенсивности определять реальный срок службы асфальтобетонных слоев покрытия.
Для отбора проб из конструктивных слоев дорожных одежд выбирают участок покрытия на расстоянии не менее 0,5 м от края покрытия или оси дороги. Отбор проб производят в виде прямоугольной вырубки бензорезом, представляющим собой режущий диск диаметром 14 или 18 см с алмазным напылением по краям. Размеры вырубки по ширине и длине должны быть в полтора - два раза больше размеров образца-балочки, необходимого для испытания: 15смх60см. Транспортировать вырубки для испытания асфальтобетона на изгиб под воздействием кратковременных нагрузок следует очень аккуратно, желательно поместить в изолирующий от удара материал (например, пенопласт). Затем в лаборатории из вырубки выпиливают образец -балочку размерами 40x6,35x5 см для непосредственно испытаний.
Значения модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе при 10С определяются в соответствии с разработанными методиками испытания и прогнозирования. Полученные результаты целесообразно сравнивать с исследованными значениями для асфальтобетона различных составов.
В случае если результаты испытания образцов-балочек, выпиленных с дороги, оказались неудовлетворительными (то есть менее установленных значений модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе на 15% и более), производят переформовку вырубок с целью контроля качества приготовления смеси. Из переформованной смеси в лабораторных условиях готовят образцы-балочки и испытывают и определяют расчетные параметры в соответствии с разработанными методиками. Полученные результаты сравнивают с установленными значениями для асфальтобетона различных составов.
Таким образом, автором предложен ступенчатый контроль качества с определением расчетных параметров асфальтобетона - модуля упругости при 10С и прочности на растяжение при изгибе при 10С, позволяющий своевременно обнаруживать несоответствие качества приготовления асфальтобетонных смесей или качества устройства асфальтобетонных слоев и прогнозировать способность материалов обеспечить расчетный срок службы покрытия.
