Если морозозащитный слой устраивают из монолитного материала (грунт, укрепленный неорганическими или комплексными вяжущими), жесткость которого снижает неравномерность зимнего поднятия покрытия, то толщину морозозащитного слоя принимают на 30—50% меньшей, чем расчетный слой из песка. Если же морозозащитный слой устраивают из материалов, существенно отличающихся от песка по теплофизическим свойствам (зологрунт, шлак, грунт, укрепленный органическими вяжущими и др.), то толщина h' такого слоя выражается через толщину hпес слоя песка (гравийно-песчаной смеси)
, (28)
|
где |
|
— |
поправочный коэффициент, равный 1,0 — для песка, 0,95 — для материалов при =до 1,2 Вт/м ?? К и 0,90 — для материалов при = 1,20,6 Вт/м.К); |
|
|
|
— |
коэффициенты теплопроводности соответственно материала морозозащитного слоя и песка. |
Для существующей дорожной конструкции возможное поднятие поверхности покрытия, т. е. деформация морозного пучения
, (29)
где lпуч.ср — расчетное морозное поднятие средних условий, определяемое по данным табл. 30 и графику (рис. 22) при известной толщине морозозащитного слоя.
Пример 1. Необходимо определить общую толщину дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием по условию морозоустойчивости при следующих исходных данных. Местность 3-го типа по условиям увлажнения, грунт — суглинок тяжелый пылеватый, толщина дорожной одежды по условию прочности — 0,6 м, расстояние от поверхности проектируемого покрытия до уровня грунтовых вод 1,0 м, глубина промерзания 1,5 м, коэффициент уплотнения грунта Купл =0,96, влажность грунта 0,8 Wт.
Согласно классификации грунтов по степени пучинистости (см. табл. 30), данный грунт в условиях 3-го типа местности относится к группе V. По графику ( см. рис. 22) установили, что z1cp = 1,0 м; по рис. 19 нашли Кугв =0,75; по табл. 31 — Кпл =1,2; по рис. 18 Кнагр =1,0; и по примечанию к формуле (27) Кв = 1,2; отсюда м.
Для уменьшения толщины z1 дорожной одежды, требуемой по условию обеспечения морозоустойчивости, можно предусмотреть следующие мероприятия:
а) очень пучинистый грунт верхней части земляного полотна заменить менее пучинистым, например, супесью легкой (IV группа по степени пучинистости) и уплотнить ее до Купл = 1,0. Тогда Кпл = 1,0 и м;
б) понизить уровень грунтовых вод, например, до H=2,5 м. В этом случае для суглинка тяжелого Кугв= 0,55 (см. рис. 19)
м.
Пример 2. В условиях, аналогичных приведенным в примере 1, требуется оценить деформацию морозного поднятия покрытия, если толщина дорожной одежды составляет 0,6 м.
По графику (рис. 22) для данного грунта (V группа по степени пучинистости) lпуч.ср =0,08 м. Значения коэффициентов такие же, как и в примере 1. Тогда искомая деформация морозного пучения составит:
м.
Полученное морозное пучение значительно превышает допустимое, равное 4 см. Следовательно можно ожидать разрушения покрытия.
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ И ГРУНТОВ
Испытание образцов из материалов, содержащих органическое вяжущее (асфальтобетон, дегтебетон, битумогрунты и др.). Прочность на растяжение при изгибе и модуль упругости при температуре от 0 до +20°С определяют по результатам испытаний кратковременно действующими нагрузками образцов-балочек размером 4х4х16 см, изготовленных из смесей, содержащих каменные зерна не крупнее 10 мм. Модуль упругости при повышенных температурах (30-60°С) определяют по результатам испытаний цилиндрических образцов диаметром 20 см и высотой 20 см ± 2 см. Характеристики среднезернистых и крупнозернистых асфальтобетонов и дегтебетонов назначают ориентировочно по результатам испытаний мелкозернистых асфальтобетонов с гранулометрией соответствующего типа (А, Б, В) и пористых мелкозернистых асфальтобетонов с плотностью такой же, как у среднезернистых и крупнозернистых асфальтобетонов.
При подготовке образцов-балочек смеси приготавливают в соответствии с указаниями ГОСТ «Асфальтобетоны дорожные аэродромные. Meтоды испытаний» и СН 25-74. Образцы-
Рис. 23. Пресс-форма для изготовления образцов-балочек.
балочки готовят в стальных формах прямоугольного сечения. В процессе уплотнения асфальтобетонных смесей обеспечивают двустороннее приложение нагрузки передачей давления на уплотненную смесь через два вкладыша, имеющих возможность свободного передвижения в форме навстречу друг другу.
Конструкция пресс-форм (рис. 23) должна предотвращать возможность перекоса вкладышей по отношению к форме. Готовые образцы-балочки должны посередине иметь плотность не ниже установленной стандартным методом . Образцы готовят следующим образом. Форму и вкладыши нагревают до температуры 90-100°С и протирают тканью, слегка смоченной соляровым маслом или керосином. На нижний вкладыш
насаживают форму на глубину 1 см, до упора на поддерживающие пружины или резиновые подкладки. Затем в форму закладывают стальную пластину толщиной 0,5-1,0 мм (поддон для образца). Размеры пластины — длина и ширина — должны соответствовать размеру вкладыша (грани образца). В форму помещают навеску смеси и уплотняют.
Для достижения необходимой плотности при минимальном разрушении минеральных зерен рекомендуется сначала уплотнять смеси на виброплощадке, а затем доуплотнять статической нагрузкой. При отсутствии специального оборудования первичное уплотнение производят следующим образом. В подготовленную форму засыпают половину требующейся навески смеси, нагретой до заданной температуры; распределяют смесь и предварительно нагретым стальным стержнем штыкуют ее равномерно по всей длине образца. Общее число ударов — 80 (стальной стержень может быть круглым диаметром 20 мм или иметь квадратное сечение со стороной 20 мм, длина стержня — 20 см). Затем насыпают в форму оставшуюся часть смеси, разравнивают и снова штыкуют таким же образом. В форму вставляют верхний вкладыш, затем устанавливают ее на пресс и выдерживают под статической нагрузкой в течение 3 мин. Уплотняющую нагрузку определяют опытным путем. Ориентировочно она находится в пределах 20 - 40 МПа для асфальтобетонных (дегтебетонных) смесей и 5 - 20 МПа - для битумогрунтов.
Готовый уплотненный образец выталкивают из формы специальным выжимным приспособлением, переносят его вместе со стальной пластиной-поддоном к месту хранения до испытания, затем стальной поддон отделяют от образца (в случае необходимости с помощью ножа). Изготовленные образцы до испытания выдерживают при комнатной температуре в течение 12 - 42 ч. Перед испытаниями проверяют плотность, пористость минерального остова и остаточную пористость образцов.
Из одной и той же смеси должно быть приготовлено шесть образцов, три из них для определения прочности на растяжение при изгибе, три — для установления модуля упругости. Желательно сначала испытать на прочность, с тем чтобы определить разрушающую нагрузку.
Испытательное устройство для испытания образцов на изгиб и определения модуля упругости должно обеспечивать возможность многократного приложения нагрузки длительностью действия 0,05 - 0,20 с, с паузами между нагружениями не менее, чем в 10 раз превышающими продолжительность действия нагрузки. Для проведения испытания рекомендуются маятниковый прибор Госдорнии и электромагнитный пульсатор Ленфилиала Союздорнии.
Прибор Госдорнии (рис. 24) представляет собой маятник в виде рычага 4, жестко укрепленный с помощью кронштейна 7 на каркасе из стальных стержней 15 и станины 13. К верхней площадке каркаса прикреплен механизм нагружения 8, а на средней площадке каркаса размещены подвижная 10 и неподвижная 14 опоры под образец-балочку 9.
Рычаг 4 с грузом приводится в верхнее исходное положение, фиксируемое указателем 11, и свободно отпускается. Его вращение относительно оси 3 под действием собственного веса обеспечивает перемещение сферической поверхности эксцентрика 2, связанного с резьбовым валиком 5, по поверхности головки механизма нагружения 8, включая его в работу. Это создает на образец 9 кратковременно приложенную нагрузку заданной длительности. Необходимая длительность нагружения (0,1 с) обеспечивается длиной контакта между эксцентриками и головкой механизма нагружения и задается выдвижением регулировочной гайки 2 вдоль резьбового валика 5 на 2 мм.
Принцип действия механизма нагружения следующий (рис.25). Сферическая часть эксцентрика 1, перемещаясь по поверхности головки 2 механизма нагружения, обеспечивает вертикальное перемещение самой головки втулки 4 внутри направляющей втулки 3. В свою очередь, втулка 4 через шайбу 6 сжимает пружину 8, опирающуюся на гайку 9, навинченную на толкатель 7. Свободно перемещаясь внутри втулки 4, толкатель под действием пружины передает усилие через регулировочный винт 11 и нагрузочный штамп 12 образцу 13 посередине пролета; штамп распределяет нагрузку по всей ширине образца. Нагрузка на образец зависит от жесткости пружины 8 и регулируется ее сжатием с помощью перемещения гайки 9 вдоль резьбовой части толкателя 7.
Рис. 24. Маятниковый прибор
Рис. 25. Механизм нагружения
Для определения размера нагрузки используют тарировочный график пружины — экспериментально установленную зависимость между нагрузкой и длиной сжатой пружины.
Для создания требуемой нагрузки сжимают пружину 8 с помощью гайки 9 на необходимое значение в зависимости от требуемой нагрузки и фиксируют контргайкой 10. Далее нагрузочный механизм устанавливают так чтобы нагрузочный штамп находился на середине пролета балочки. Затем поворачивают рычаг, устанавливая при этом стрелку указателя в нулевое положение (резьбовой валик должен принять строго вертикальное положение). С помощью регулировочного винта 11 поднимают через толкатель 7 и втулку 4 головку 2 до соприкосновения с регулировочной гайкой 1, предварительно установленной в верхнее положение. Поворотом рычага регулировочную гайку выводят из соприкосновения с головкой и выдвигают ее на 2 мм для обеспечения длительности действия нагрузки в 0,1 с. Затем маятниковое устройство устанавливают в исходное положение (15 - 10° по указателю положения) и фиксируют. Для загружения образца освобождают зафиксированное маятниковое устройство.
Электромагнитный пульсатор Ленфилиала Союздорнии (рис. 26) представляет собой цилиндрический корпус 3 электромагнита, который вместе с помещенной в нем проволочной катушкой четырьмя стойками жестко прикреплен затяжными гайками к станине 5. В осевое отверстие корпуса вставлен шток, сочлененный с якорем электромагнита. При пропуске по катушке магнита электрического тока возникает электромагнитная сила, притягивающая подвижной якорь 2 к жестко закрепленному на станине корпусу электромагнита. Через шток усилие от электромагнита передается на испытуемый образец 4. Это усилие зависит от зазора между якорем и корпусом магнита. Необходимый зазор между диском якоря и корпусом устанавливают с помощью каркаса из двух опорных колец 1.
Нижнее кольцо сочленено резьбой с корпусом электромагнита, якорь магнита двумя пружинами прижимает к верхнему опорному кольцу, которое, таким образом, служит упором, ограничивающим и фиксирующим вертикальное перемещение якоря в момент разгрузки. Размер воздушного зазора регулируют вращением каркаса опорных колец по резьбе вокруг корпуса магнита. Снизу на шток якоря навинчен на резьбе специальный наконечник для того,
чтобы ликвидировать имеющийся или образующийся в процессе проведения испытаний зазор между штоком якоря и образцом.
Установка питается переменным током общей сети, поэтому в электрическую схему введен стабилизатор напряжения и выпрямитель. Продолжительность действия нагрузок — 0,1 с, интервал между ними 1с обеспечивается электромеханическим прерывателем электрического тока.
Создаваемую электромагнитную нагрузку в зависимости от зазора между якорем и корпусом магнита тарируют и проверяют механическими динамометрами ДОСМ-3, ДОСМ-5. Для этого динамометр устанавливают на станине прибора до и после испытаний таким образом, чтобы усилие от штока якоря передавалось на него так же, как и на испытуемый образец.
Измерение нагрузок и деформаций аппаратурой с фиксацией сигналов невооруженным глазом (механические динамометры, индикаторы часового типа и др.) допускается при времени действия нагрузки не менее 0,1 с; при более кратковременных нагружениях используют аппаратуру с записью сигналов на осциллографах.
Перемещения при кратковременном нагружении можно фиксировать тоже индикатором часового типа, снабженным винтом на его втулке. Поворотом этого винта создают трение между стержнем и втулкой, обеспечивают остановку стрелки индикатора при удалении нагрузки в том положении, в котором эта стрелка находилась в момент возникновения наибольшего перемещения (первый отсчет по индикатору). Затем стержень индикатора подводят вручную до соприкосновения с нижней гранью балочки и снимают второй отсчет по индикатору. По разности отсчетов вычисляют обратимое перемещение.
Нагрузка должна вызвать напряжение, равное расчетному допускаемому, для ближайшего аналога испытуемому материалу. Она может быть также принята равной 0,2 - 0,3 от разрушающей нагрузки, установленной ранее испытанием образцов на прочность.
Перед испытанием образцы выдерживают в течение 2 ч при заданной температуре, которую поддерживают и в процессе испытаний.
Образцы боковой гранью укладывают на две опоры, удаленные друг от друга на расстояние 14 см. Одна из опор — подвижная, в виде шарнира, в частности, в виде шарнира-стойки. Часть опоры, соприкасающаяся с образцом, имеет цилиндрическую поверхность радиусом 5 мм.
Нагрузку прикладывают к середине образца через стальную накладку с нижней цилиндрической (радиусом 10 мм) или плоской (шириной порядка 8 мм) поверхностью. Для удобства центровки образца около опор целесообразно устанавливать опоры, фиксирующие положение образца относительно опор, а подушку, передающую нагрузку на образец, связать с опорной станиной с помощью рычага и стойки.
