WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

- приложение к образцу изгибных перемещений разных знаков, изменяющихся по синусоиде;

- независимое регулирование амплитуды и частоты прикладываемой к образцу нагрузки;

- возможность проведения испытания в двух режимах – в режиме поддержания действия на образец постоянной нагрузки или постоянной деформации;

- контроль и регистрацию задаваемых и выходных параметров в процессе испытания;

- запись, обработку и хранение результатов испытаний.

Предложенная на основе полезного изобретения установка (пат. на изобретение № 2299417) для испытаний на усталостную долговечность ИУ-относится к классу механических испытательных установок и выполнена так, что испытуемый образец с шарнирно-закрепленными концами нагружается переменной силой, прикладываемой к середине образца (рис.1). При этом производится измерение величины прикладываемой нагрузки и максимального прогиба образца в средней части.

Рисунок 1 – Установка для испытаний асфальтобетона на усталостную долговечность ИУ-01: 1 – асфальтобетонный образец; 2 – зажимные рамки; 3 – шарниры; 4 – стол для размещения образца; 5 – основание установки; 6 – двигатель;

7 – блок питания Все измеряемые при испытании параметры вводятся в персональный компьютер с помощью аналогово - цифрового преобразователя и устройства сопряжения. С помощью прикладной программы по соответствующим алгоритмам производится обработка полученных данных.

Основные лабораторные испытания проводили на образцах из асфальтобетонной мелкозернистой плотной смеси типов «А», «Б», «В», «Г», щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА), а также на образцах из мелкозернистой плотной смеси, содержащих модифицирующие добавки Kraton D 1101, РТЭП, Кадэм-Вт (табл.1). Полимер Kraton D 1101 производства Нидерландской фирмы Kraton с содержанием полистирола 31% применяется для модифицирования дорожных битумов в порошкообразном виде. Резиновый модификатор РТЭП используется в виде гранул темного цвета неправильной сферовидной формы, диаметром около 4 - 5 мм. В его состав входит битумное вяжущее в сочетании с полимерным материалом, резиновой крошкой, а также антиоксидантами и поверхностно-активными веществами. Катионная адгезионная добавка – эмульгатор высокотемпературный Кадэм-Вт представляет собой пастообразную массу коричневого цвета и состоит из смеси химических соединений алкиламидополиаминов и алкилимидазолинполиаминов, получаемых из жирных кислот природного происхождения, и полиэтиленполиаминов.

Таблица 1 – Общие составы смесей Составы смесей, % Компоненты Тип Б+ Тип Б+ Тип Б+ смеси Тип А Тип Б Тип В Тип Г ЩМА Kraton РТЭП КадэмВт Щебень фр. 5-10 64 50 33 - 70 50 50 Отсев дробления 32 46 63 25 - 46 46 фр. 0-Дробленый - - - 70 17 - - песок Минеральный 4 4 4 5 13 4 4 порошок РТЭП, % от - 0,3 - - - - мин.части Kraton 1101, % 0,2 - - - - - от мин.части Кадэм-Вт, % от - - 0,- - - - мин.части Содержание битума, % по 5,4 5,0 5,1 6,0 6,3 4,65 4,8 4,массе, сверх 100% В третьей главе обосновываются параметры режимов лабораторного нагружения асфальтобетонных образцов на основании экспериментальных исследований эксплуатационных характеристик деформирования асфальтобетона в дорожном покрытии и на основании математического моделирования напряженно-деформированного состояния образца асфальтобетона при нагружении в установке.

Приводятся результаты экспериментальных исследований напряженно – деформированного состояния асфальтобетона в дорожных покрытиях в условиях действия интенсивных скоростных транспортных нагрузок с использованием современных приборов и оборудования, позволяющих отслеживать динамические характеристики деформирования асфальтобетона в покрытии.

Исследование эксплуатационных характеристик деформирования асфальтобетона в дорожном покрытии производилось на стационарных пунктах, устроенных на участках автомобильных дорог I, II и IV технических категорий, оборудованных специальной измерительной аппаратурой. В ходе экспериментов были произведены экспериментальные замеры характеристик деформирования покрытий дорожных конструкций при проезде грузового двухосного тарированного автомобиля с нагрузкой на заднюю ось 10 тонн с различными скоростями движения 40 км/ч и 80 км/ч. Результаты замеров на стационарных пунктах позволили выявить качественные особенности деформирования покрытий при различных условиях проезда. Прослеживается тенденция увеличения амплитуд колебаний при снижении капитальности дорожных одежд и толщины покрытия, а также снижения частот, соответствующих максимальным амплитудам колебаний, при уменьшении скорости проезда автомобиля (рис. 2). С повышением скоростей проезда расширяется частотный диапазон колебаний генерируемых в покрытии от 10 – 20 при скорости 40 км/ч (рис. 2 а, в) до 25 – 30 Гц при скорости 80 км/ч (рис. 2 б, г), что характерно для замеров, проведенных на всех участках наблюдения.

Исследования, выполненные на эксплуатируемых дорогах, показали, что частотный спектр деформирования связан как со скоростью движения, так и с характеристиками автомобиля. Наиболее выраженный динамический характер деформирования покрытия происходит при проезде многоосных грузовых транспортных средств. Так, при проезде грузового пятиосного автопоезда со скоростью 80 км/ч (рис. 2 д) взаимное влияние осей приводит к сложному напряженному состоянию, что выражается и в увеличении амплитуд колебаний точек покрытия, и в расширении «рабочих» частот покрытия (частот, на которых покрытие деформируется со значительными амплитудами) до 65 Гц.

Амплитудные характеристики деформирования асфальтобетонных дорожных покрытий при действии транспортной нагрузки были рассчитаны с использованием математических моделей напряженно-деформированного состояния дорожных конструкций. Полученные результаты сведены в диапазоны амплитуд растягивающих напряжений, возникающих в асфальтобетоне при эксплуатации для различных типов дорожных конструкций.

Учитывая зависимость характеристик деформирования асфальтобетона от толщины покрытия дорожной одежды, все конструкции, традиционно устраиваемые на дорогах различных категорий, были условно разделены на группы: «усиленной» прочности (толщина покрытия 18 – 25 см); «средней» прочности (толщина покрытия 12 – 18 см); «слабой» прочности (толщина покрытия 6 – 12 см), которым соответствуют частотные и амплитудные характеристики деформирования асфальтобетона, представленные в таблице 2, при установленных скоростных режимах движения транспортных средств.

Проезд грузового двухосного автомобиля а v=40 км/ч в v=40 км/ч 0,0,0,0,0,0,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Частота, Гц Частота, Гц б v=80 км/ч г v=80 км/ч 0,0,0,0,0,0,0,0,0,10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Частота, Гц Частота, Гц Проезд грузового пятиосного автопоезда д v=80 км/ч 0,0,0,0,50 100 Частота, Гц Рисунок 2 –Амплитудно-частотные характеристики деформирования асфальтобетонного покрытия дорожных конструкций от транспортной нагрузки на дорогах: I категории (а, б,) и IV категории (в, г, д) Амплитуда Амплитуда ускорения, м/с ускорения, м/с Амплитуда Амплитуда ускорения, м/с ускорения, м/с Амплитуда ускорения, м/с Таблица 2 – Характеристики деформирования асфальтобетона дорожных покрытий Расчетная Максимальные Частота скорость Категория Толщина растягивающие нагружения, движения, дороги покрытия, см напряжения при Гц км/ч изгибе, МПа 1 2 3 4 Проезд двухосного грузового автомобиля 120 – 140 I 18 – 25 20 – 35 0,30 – 0,100 – 120 II – III 12 – 18 15 – 20 0,41 – 0,80 – 100 IV 6 – 12 10 – 15 0,76 – 1,Проезд пятиосного автопоезда (сложные условия движения) 80 – 100 I – III – 15 – 65 0,30 – 1,Обоснование схемы нагружения асфальтобетонного образца в лабораторных условиях, а также подбор амплитуды нагрузки и условий закрепления, необходимых для создания требуемого напряженнодеформированного состояния асфальтобетона, осуществлялись методами математического моделирования с использованием конечно-элементной модели образца при нагружении в установке.

В качестве исходной модели, описывающей напряженнодеформированное состояние образца, принята модель изгибных колебаний балки постоянного поперечного сечения. Модель разработана для двух схем нагружения образца: трехточечного и консольного. По результатам численного эксперимента была выбрана трехточечная схема нагружения образца, которая моделирует реальные условия нагружения асфальтобетона в покрытии.

По задаваемым параметрам - частоте действия нагрузки и амплитуде растягивающих напряжений, при помощи модели производится расчет амплитуды нагрузки, требуемой для поддержания заданного напряжения при конкретных условиях закрепления образца в установке (рис. 3).

2,1,0,0 200 400 600 Нагрузка, Н Рисунок 3 – Зависимость напряжения от амплитуды нагрузки при различных частотах нагружения, р Напряжение, МПа ц ц ц ц ц Г Г Г Г Г ц Г ц Г В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований усталостной долговечности асфальтобетонных смесей различных составов с использованием разработанного оборудования. Получены зависимости усталостной долговечности асфальтобетона от амплитуды прикладываемой нагрузки, частоты нагружения, температуры. Приведены результаты исследований поверхности разрушения образцов при нагружении с различными частотами. Выявлены различия в проявлении механизма усталостного разрушения в рассматриваемом частотном диапазоне действия нагрузки.

Для разработки мероприятий по повышению усталостной долговечности асфальтобетона проведены экспериментальные исследования по установлению влияния амплитуды прикладываемой нагрузки и температуры на усталостную долговечность асфальтобетона. При испытании в диапазоне прикладываемых нагрузок от 0,35 МПа до 2,0 МПа усталостная долговечность асфальтобетона снижалась с повышением амплитуды нагрузки; зависимость усталостной долговечности асфальтобетона от амплитуды нагрузки имеет вид логарифмической кривой (рис. 4), что согласуется с данными исследований, ранее выполненными в этой области.

1,1,экспериментальные значения аппроксимирующая кривая 0,0,0,0,r = -0,1603Ln(N) + 2,0,0E+00 2,0E+05 4,0E+05 6,0E+05 8,0E+05 1,0E+06 1,2E+Усталостная долговечность, циклы до отказа Рисунок 4 – Влияние амплитуды прикладываемой нагрузки на усталостную долговечность асфальтобетона типа «Б» При исследовании усталостного разрушения в диапазоне температур от - 10 С до + 25 С усталостная долговечность асфальтобетонных образцов снижалась с повышением температуры (рис. 5). Температурный эффект менее заметен при увеличении амплитуды нагрузки и, наоборот, усиливается при малых амплитудах растягивающих напряжений. Тангенс угла наклона графиков к оси абсцисс, иначе называемый коэффициентом усталости (Куст), уменьшается при снижении температуры испытания, что связывают с проявлением релаксационных свойств асфальтобетонов.

МПа Растягивающие напряжения r, 3,2,о -10 С о 1,0,0 С 0,о 0,0,8 +10 С о 0,+20 С 0,0,о 0,5 +25 С 0,0,0,0,0,0,27 - Куст 0,2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 104 105 Усталостная долговечность, циклы до отказа Рисунок 5 – Влияние температуры на усталостную долговечность асфальтобетона типа «Б» Исследования усталостной долговечности асфальтобетонных смесей типов «А», «Б», «В, «Г» и ЩМА проводили следующим образом: производили оценку стандартных физико-механических показателей асфальтобетонов (табл. 3) и далее оценку усталостной долговечности.

Различие в физико-механических свойствах асфальтобетонов различных типов дает возможность предполагать различное их поведение при испытании на усталостную долговечность.

Таблица 3 – Физико-механические показатели асфальтобетонов ЩМА Показатели свойств Тип А Тип Б Тип В Тип Г Содержание битума, % по 5,4 5,0 5,1 6,0 6,массе, сверх 100% Остаточная пористость, % 4,4 4,2 4,2 4,0 3,Предел прочности при сжатии, МПа, при 1,15 1,35 1,68 1,10 0,температурах:

- при + 50 С - при + 20 С 3,70 4,71 5,25 3,30 2,- при 0 С 8,25 10,8 11,12 7,95 7,Предел прочности на растяжение при изгибе, 2,86 3,4 3,77 4,10 4,МПа (50 мм/мин), при +20 С Коэффициент внутреннего 0,90 0,85 0,75 - 0,трения Растягивающие напряжения, МПа Для асфальтобетона типа «А» характерна низкая по сравнению с другими составами усталостная долговечность (рис. 6), что объясняется наибольшей остаточной пористостью среди остальных типов асфальтобетонов (за исключением ЩМА). Каркасная структура типа «А», а также высокий коэффициент внутреннего трения более характерны для сдвигоустойчивого асфальтобетона, нежели для трещиностойкого.

Асфальтобетон типа «Б» показывает высокую усталостную долговечность, выраженную количеством циклов до отказа (в среднем на 75 % больше, по сравнению с типом «А») вследствие наиболее плотной упаковки минеральных частиц среди щебенистых асфальтобетонов и структурированного вяжущего, своевременно релаксирующего напряжения, возникающие от внешних воздействий.

Усталостная долговечность асфальтобетона типа «В» с незначительным содержанием щебня (до 40%) определяется свойствами вяжущего, его когезией и эластичностью. При удовлетворительном качестве вяжущего среди плотных смесей асфальтобетон типа «В» показывает самые высокие результаты по усталостной долговечности (в среднем на 25 % выше, чем для типа «Б»), и с понижением амплитуды прикладываемой нагрузки рост показателя усталостной долговечности по отношению к другим типам усиливается.

3,2,0,21 - Куст 50 Гц 1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5 0,0,0,0,10 Гц 0,тип "А" тип "Б" тип "В" тип "Г" 0,2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 106 2 3 4 5 6 104 Усталостная долговечность, циклы до отказа Рисунок 6 –Усталостная долговечность асфальтобетонов типов «А», «Б», «В», «Г» С учетом того, что остаточная пористость песчаного асфальтобетона типа «Г» меньше щебенистых асфальтобетонов, смесь более однородная и образец из такой смеси содержит меньше дефектов, этот асфальтобетон имеет показатели усталостной долговечности выше, чем у асфальтобетона типа «А», в среднем на 10 %.

С повышением частоты нагружения рост усталостной долговечности асфальтобетона состава «В» по отношению к «Б» увеличивается за счет большей его релаксационной способности; усталостная долговечность типа «А» по отношению к типу «Б» снижается.

Сравнивая результаты оценки усталостной долговечности многощебенистых смесей щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА) и Растягивающие напряжения, МПа типа «А» (рис. 7), можно отметить рост усталостной долговечности ЩМА по отношению к асфальтобетону типа «А» в среднем в 2,5 раза при частоте нагружения 10 Гц и в 4,5 раза при частоте 50 Гц, что объясняется большей его релаксационной способностью вследствие наличия более структурированного вяжущего.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»