Приложение 4

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ АСФАЛЬТОВОГО БЕТОНА ПРИ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ПОВТОРНЫХ НАГРУЗОК

ОБЛАСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ, АППАРАТУРА

Настоящая методическими указаниями определена методика проведения реологических испытаний асфальтового бетона при кратковременных воздействиях повторных нагрузок на изгиб и сжатие при температуре 0 °С и +50 °С с целью установления характеристик материала: модуля упругости, предела прочности на растяжение при изгибе и комплексного показателя вязкой деформации. Эти испытания проводятся на механическом рычажном прессе конструкции НИИМосстроя (рис. 1) как при исследовательских работах, так и при подборе составов смеси при проектировании, а также оценке качества материалов, поступающих с карьеров и строительных объектов.

В конструктивном отношении прибор является механическим рычажным прессом. Один рычаг пресса выполнен в виде кольца. По внутренней полке кольца перемещается ролик, насаженный на поводок, который приводится в круговое движение от электродвигателя. При условии, что плечи кольцевого рычага уравновешены относительно оси Z, поводок является балансиром, то есть вращающийся поводок заставляет кольцевой рычаг вращаться относительно оси Z и отклоняться от горизонтального положения в ту или иную сторону. Если проследить движение поводка в направлении, указанном стрелкой, то можно заметить, что в то время, когда ролик поводка находится в точках O1 и О2, то есть на оси Z, рычаг будет находиться в равновесии. При перемещении ролика в направлении от точки O1 к точке О равновесие рычага нарушается, и кольцевой рычаг поворачивается вокруг оси Z. По кинематической схеме пресса поворот кольцевого рычага вызывает наложение нагрузки на испытуемый образец. По мере удаления ролика поводка от точки O1 нагрузка на образец возрастает, так как увеличивается плечо рычага, и в точке О нагрузка достигает максимума. При дальнейшем движении поводка от точки О к точке О2 плечо рычага уменьшается, следовательно уменьшается и нагрузка, передаваемая на испытываемый образец. В точке О2 нагрузка полностью исчезает, и при переходе поводка через точку О2 кольцевой рычаг поворачивается вокруг оси Z в обратную сторону, занимая прежнее равновесное горизонтальное положение на протяжении времени, в течение которого поводок перемещается от точки О2 к точке O1. Таким образом, при одном полном обороте поводка по кольцевому рычагу испытываемый образец проходит следующие фазы напряженного состояния: нагрузка (при движении поводка от точки O1 к точке О), разгрузка (при движении поводка от точки О к точке О2) и отдых (при движении поводка от точки О2 к точке O1).

Полный оборот поводок совершает за 1,85 с (0,75 с - нагрузка, 0,75 с - разгрузка и 0,35 с - отдых). Назовем один полный оборот циклом «нагрузка-разгрузка». Очевидно, что при такой конструкции прибора испытываемый образец может быть подвергнут воздействиям длительной статической нагрузки (поводок останавливается в точке О на длительное время), одиночной циклической нагрузки (поводок совершает один оборот по кольцевому рычагу) и многократной циклической нагрузки (поводок совершает большое количество следующих друг за другом без перерыва оборотов по кольцевому рычагу).

Рис. 1. Кинематическая схема механического рычажного пресса:

I - вал; II - поводок; 1 - ролик; 2 - кольцевой рычаг пресса; 3 - груз, 50600 Н; 4 - шарикоподшипник радиальный; 5 - колесо коническое, Z = 30; 6 - колесо коническое, Z = 20, m = 5; 7 - электродвигатель N = 1 кВт, n = 15,8 об/с; 8 - редуктор; 9 - груз, 240 Н; 10 - призма; 11 - рамка; 12 - стол; 13 - штамп; 14, 18, 19 - рычаги; 15 - призма двухопорная; 16 - подушка; 17 - груз, 600 Н; 20 - шарикоподшипник упорный

Конструкция пресса позволяет изменять ступенями величину максимальной нагрузки (положение поводка в точке О), передаваемой на испытываемый образец, за счет изменения массы поводка. Масса поводка изменяется от 0,6 до 9,0 кН с интервалами между смежными нагрузками 0,2 кН. Поводок постоянной массы перемещается по кольцевому рычагу с постоянной скоростью. За каждый цикл усилие, передаваемое от него на образец, изменяется от нуля до какого-то максимального значения.

Нагружение поводка осуществляют съемными грузами, укрепляемыми на поводке кольцевого рычага.

Размер горизонтального опорного стола - 400??400 мм;

перемещение стола в вертикальном направлении - 10 мм;

ход винта со штампом - 6 мм при испытании образцов и 75 мм при установке образцов;

габариты пресса: длина - 1525 мм; ширина - 925 мм; высота - 1800 мм; масса пресса - 707 кг.

Пресс монтируют на бетонном основании или на металлическом постаменте.

В комплект пресса входит набор форм, приспособлений и креплений, позволяющих получать истинные значения измеряемых деформаций, исключая до минимума влияние побочных факторов на абсолютные значения расчетных величин (местное обмятие образцов на опорах, недостаточная жесткость опор и пр.).

Протекание во времени процесса деформации образца под нагрузкой и после снятия ее фиксируется фотозаписью измеряемых деформаций при помощи отраженного светового луча.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ

Изготовление образцов-цилиндров размером 71,4 мм производят в металлической форме в соответствии с рекомендациями ГОСТ 12801-77 «Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Методы испытаний».

Изготовление образцов-балочек размером 300??100??40 мм производят в металлических разъемных формах со свободно перемещающимися вкладышами. Смесь уплотняют вибропрессованием на стандартной вибрационной площадке при удельной нагрузке 0,03 МПа в течение 180 с. Ориентировочное количество смеси на один образец-балочку 2,6-2,9 кг при плотности образца 2200 - 2400 кг/м3.

Приготовление образцов-балочек производят следующим образом: форму нагревают и устанавливают на стол вибрационной площадки точно по центру, после чего внутреннюю поверхность формы и вкладыши перед заполнением смесью тщательно протирают тканью, слегка смоченной маслом. Форму загружают смесью, имеющей температуру 130-150 °С, затем смесь равномерно распределяют в форме и «штыкуют» ножом. После этого вставляют вкладыш и производят вибрирование формы со смесью. По окончании вибрирования образец вынимают из формы и хранят на ровной поверхности стола. В случае, если на образцах будут обнаружены дефекты в виде обломков кромок и непараллельности верхней и нижней плоскости, образцы бракуются.

ИСПЫТАНИЕ АСФАЛЬТОВОГО БЕТОНА

Параметры реологических свойств асфальтового бетона при температуре 0 °С определяются методом изгиба образцов-балочек размером 300??100??40 мм с расчетным пролетом 250 мм и при нагружении в центре пролета. Образец подвергается многократному циклическому воздействию нагрузки (возрастающей по периодам), доведенной до разрушающей (рис. 2).

Рис. 2. Характерная фотодиаграмма, полученная при испытании образца асфальтового бетона на изгиб при температуре 0 °С:

Р, P1, - нагрузки, возрастающие по периодам нагружения; f, f1 - упругий прогиб.

Подготовка образцов производится в следующей последовательности: три образца-балочки, приготовленные в соответствии с настоящим приложением, выдерживают при температуре 18-20 °С в течение полутора-двух суток, затем помещают в термостат пресса и выдерживают еще в течение 2-х часов при заданной температуре 0 °С. Обеспечение заданного температурного режима осуществляют с помощью смеси воды с мелко истолченным пищевым льдом с добавкой небольшого количества поваренной соли.

Образец после выдерживания при заданной температуре соединяют с кимографом и приступают к испытанию.

Количество циклов в одном периоде устанавливается, исходя из необходимости уменьшения влияния деформации упругого последействия на величину полной упругой деформации за один цикл. Длительность «отдыха» определяется временем, необходимым для исчезновения обратимых деформаций. Режим испытаний принят следующий: 100 циклов «нагрузка-разгрузка» и 120 с «отдыха». Вначале испытание проводят без установки грузов на поводок. На образец дается 100 циклов «нагрузка-разгрузка», после чего поводок останавливают в положении, обеспечивающем полное снятие нагрузки. В таком состоянии образец выдерживают 120 с. За тем на поводок устанавливают следующий груз, и испытание проводится в той же последовательности. Грузы увеличивают до полного разрушения образца. По разрушению образца определяют разрушающую нагрузку. Фотозапись деформаций проводят при стократном увеличении.

Расчет нормативных параметров асфальтового бетона производят в следующей последовательности:

вначале устанавливается на обратной ветви разгрузки фотодиаграммы при времени 1,1 с и нагрузках (Р), не превышающих 25-30 % от разрушающей нагрузки, величина упругого прогиба;

измеренная на фотодиаграмме величина упругого прогиба делится на коэффициент увеличения (масштаб М*). Зная величину упругой деформации, определяют величину модуля упругости по формуле:

,

где Е - динамический модуль упругости за один цикл «нагрузка-разгрузка», Па;

Р - вертикальная нагрузка на образец, приложенная к середине пролета, Н;

f - упругий прогиб образца-балочки за время 1,1 с, м;

к - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние поперечных сил,

;

I - момент инерции поперечного сечения образца-балочки

, м4;

е - пролет балочки, м.

Предел прочности на растяжение при изгибе определяют по формуле:

,

где R - предел прочности на растяжение при изгибе, Па;

Рр - разрушающая нагрузка, Н;

a - ширина сечения, м;

h - высота сечения, м.

Параметры реологических свойств асфальтового бетона при температуре +50 °С определяются испытанием на одноосное сжатие образцов-цилиндров диаметром и высотой 71,4 мм с доведением их до разрушения (рис. 3).

Подготовка образцов производится в следующей последовательности: три образца-балочки, приготовленные в соответствии с рекомендациями ГОСТ 12801-77, выдерживают при температуре 18-20 °С в течение полутора-двух суток, затем помещают в термостат пресса и выдерживают в течение 2-х часов при температуре +50 °С. Температурный режим обеспечивается водой, поступающей в термостат из микротермостата. Колебания температуры в процессе испытаний не должны превышать ±1 °С.

Образец после выдерживания при заданной температуре соединяют с кимографом и приступают к испытанию. Образец подвергается периодическому воздействию циклической нагрузки постоянной величины, соответствующей наибольшему удельному давлению на покрытие с последующей разгрузкой и длительным «отдыхом». Количество циклов «нагрузка-разгрузка» в одном периоде принимается таким, при котором основная часть эластической деформации (упругое последействие) завершена и при продолжении циклической нагрузки начинает преобладать вязкое течение материала. Режим испытаний принимается следующим: при постоянной нагрузке на образец 0,65 МПа дается 20 циклов «нагрузка-разгрузка» и «отдых» 150 с. При таком режиме испытание проводится до полного разрушения образца. Перед началом испытания дается трехкратное нагружение образца для его обмятия. В конце каждого цикла (при «отдыхе») производится подтяжка плиты пресса в целях уменьшения ударных воздействий нагрузки. Фотозапись деформаций производят при масштабе 30Х.

За нормативную величину комплексного показателя вязкой деформации принимается величина остаточной деформации за один цикл «нагрузка-разгрузка» со временем цикла 1,85 с, а также количество циклов «нагрузка-разгрузка», приходящихся на область вязкого течения материала.

Длительность вязкого течения материала определяется по фотодиаграмме испытаний (см. рис. 3) между началом течения и началом разрушения образца. Полная остаточная деформация устанавливается по разности отсчетов между концом (е2) и началом (е1) течения материала. Путем деления полной остаточной деформации на количество циклов «нагрузка-разгрузка» за период течения материала вычисляется остаточная деформация за один цикл (??0), мм.

Рис. 3. Характерная фотодиаграмма, полученная при испытании образца асфальтового бетона на сжатие при температуре +50 °С (l1, l2 - полные остаточные деформации, соответствующие началу и концу участка вязкого течения материала)

Приложение 5

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ГЛУБИНЫ ВДАВЛИВАНИЯ ШТАМПА

АППАРАТУРА

Металлическая форма для изготовления образцов-кубиков (рис. 4);

прибор для определения глубины вдавливания штампа (рис. 5);

сосуд для термостатирования образцов емкостью 3-5 л;

термометр химический стеклянный с ценой деления шкалы 1 °С по ГОСТ 215-57;

вибрационный стол с частотой 50 кол/с и амплитудой колебаний 0,35-0,4 мм.

Рис. 4. Металлическая форма для приготовления образцов из литого асфальта:

1 - поддон; 2 - форма; 3 - разъемная коробка; 4 - прижимной винт

Рис. 5. Схема прибора для определения глубины вдавливания штампа:

1 - грузы; 2 - индикатор часового механизма; 3 - опорный столик; 4 - шарик; 5 - круглый штамп; 6 - стол прибора; 7 - образец; 8 - форма; 9 - емкость для выдерживания образцов; 10 - шток; 11 - контрольная лампочка; 12 - рукоятка

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ

Вдавливание штампа определяют на образцах-кубиках размером 70,770,7??70,7 мм, остающихся после изготовления в формах. Для изготовления образцов используется разъемная металлическая форма. Перед заполнением смесью форму подогревают (до температуры 120-160 °С), смазывают смесью талька с глицерином.

Способ изготовления и уплотнения образцов выбирают в зависимости от типа литого асфальта. Образцы из литого асфальта типа I уплотняются штыкованием, типа II - штыкованием с последующим вибрированием с пригрузкой.

Методика изготовления образцов следующая: форму закрепляют прижимным винтом и заполняют литым асфальтом (навеска примерно 0,75-0,8 кг), разогретым до температуры 220 °С. Заполнение формы производят послойно в 2-3 слоя, штыкуя ножом или шпателем каждый слой (особенно тщательно по углам формы) так, чтобы в середине образовалось небольшое возвышение. После этого в форму вставляют нагретый верхний вкладыш и слегка прижимают им поверхность уложенной смеси. Затем верхний вкладыш вынимают, и форму со смесью ставят для охлаждения на ровную и горизонтальную площадку.