WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

3,2,0,20 - Куст 50 Гц 1,0,0,8 0,0,7 0,0,0,0,0,0,0,10 Гц 0,ЩМА тип "А" 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 7 – Усталостная долговечность асфальтобетонов типов «А» и ЩМА По результатам испытаний получены характеристики усталостных свойств асфальтобетонов из мелкозернистых плотных смесей типов «А», «Б», «В, «Г» и ЩМА: коэффициенты усталости и усталостная долговечность, выраженная в количестве циклов до отказа (табл. 4), которые рекомендуются для использования в дальнейших исследованиях и расчете усталостной долговечности асфальтобетонных покрытий.

Таблица 4 – Результаты испытаний на усталостную долговечность Усталостная долговечность, циклы до Коэффициенты отказа х104, при частоте нагружения усталости Состав амплитуда амплитуда при частоте асфальтобетона напряжения напряжения нагружения 0,68 МПа 1,0 МПа 10 Гц 50 Гц 10 Гц 50 Гц 10 Гц 50 Гц Тип А 4,2 35,5 1,3 9,18 0,300 0,Тип Б 7,4 94,7 2,2 17,6 0,290 0,Тип В 9,5 126,5 2,5 24,5 0,270 0,Тип Г 4,6 64,5 1,3 13,4 0,260 0,ЩМА 11,2 168,7 3,2 30,6 0,270 0,Тип Б + Kraton 14,4 298,6 4,3 40,3 0,265 0,D Тип Б + РТЭП 11,7 152,3 3,3 31,7 0,270 0,Тип Б + Кадэм6,5 176,1 1,9 34,5 0,275 0,Вт Растягивающие напряжения, МПа Исследование влияния частоты нагружения на усталостную долговечность асфальтобетона в диапазоне частот 1 – 65 Гц позволило сделать вывод об увеличении количества циклов, выдержанных образцом до отказа (рис. 8) с повышением частоты прикладываемой нагрузки, что связано с проявлением упруговязких свойств асфальтобетона - увеличением вязкости и динамического модуля упругости образца с уменьшением времени воздействия на него.

3,2,1,0,0,50 Гц 0,0,20 Гц 0,0,0,0,0,3 10 Гц 0,0,0,29 - Куст 0,6 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 2 3 4 104 105 Усталостная долговечность, циклы до отказа Рисунок 8 – Влияние частоты прикладываемой нагрузки на усталостную долговечность асфальтобетона При повышении частоты приложения нагрузки меняется соотношение между скоростями нарастания внутренних напряжений и скоростью релаксации, а, следовательно, и механизм процесса разрушения. Исследования влияния частоты нагружения на механизм процесса усталостного трещинообразования асфальтобетона на основании анализа поверхности разрушения асфальтобетонных образцов показали: при частоте нагружения до 10 – 20 Гц проявляется когезионный механизм разрушения асфальтобетона; с повышением частоты нагружения все больше проявляется смешанный и адгезионный механизмы разрушения.

Поверхности разрушения образцов фотографировали при помощи цифрового фотоаппарата с увеличением до 10 раз. В соответствии с полученными результатами экспериментальных исследований при нагружении с частотами 10 – 20 Гц и ниже наблюдается тип разрушения, при котором трещина проходит по вяжущему веществу – когезионный тип, о чем свидетельствует анализ поверхности разрушения образцов, где в большинстве (85 %) случаев 80 % поверхности разрушения проходит по вяжущему материалу. При колебательном процессе с такой частотой время воздействия на материал таково, что микродеформации успевают перераспределяться в асфальтовом вяжущем, за счет чего происходит релаксация напряжений и накопление остаточных деформаций в вяжущем веществе. Постепенно накапливаясь, они образуют магистральную трещину, которая проходит по битумной составляющей асфальтобетона. Основной вклад в сопротивление Растягивающие напряжения, МПа материала усталостному разрушению, развивающемуся по такому механизму, принадлежит силам когезии в вяжущем веществе.

С повышением частоты приложения нагрузки до 50 – 65 Гц молекулы свободного битума теряют подвижность из-за недостатка времени для перераспределения деформации. При увеличении количества циклов приложения нагрузки ориентированный слой битума начинает подвергаться взаимному влиянию растягивающих напряжений со стороны упрочненных связей свободного битума и со стороны адгезионных связей с минеральным материалом. В таких условиях происходит постепенное смещение максимальных растягивающих напряжений в зону контакта вяжущего и минерального материала, что характерно для смешанного и адгезионного механизмов разрушения, когда образующаяся трещина проходит по ориентированному слою битума и границе раздела минеральной и битумной фаз. Развиваясь, трещина нередко рассекает минеральные зерна асфальтобетона, так анализ результатов испытаний показывает, что при нагружении с частотой 50 Гц практически 70 % поверхности разрушения (в % случаев) проходит по границе раздела фаз и по каменному материалу.

Повышение сопротивляемости материала такому механизму усталостного разрушения в первую очередь возможно за счет улучшения сцепления между минеральной частью асфальтобетона и битумом, а также за счет повышения релаксационной способности битумного вяжущего.

Одной из задач исследований являлась оценка влияния модифицирующих добавок на усталостную долговечность асфальтобетона. Следует отметить, что в настоящее время эффективность модифицирующих добавок оценивают на основании результатов статических испытаний асфальтобетона. Полученные при этом показатели не отражают существенного улучшения свойств модифицированного материала в отличие от усталостной долговечности. В процессе экспериментальных исследований установлено влияние модифицирующих добавок Kraton D 1101, РТЭП, Кадэм-Вт на усталостную долговечность при нагружении в частотном диапазоне 1 – 65 Гц (рис. 9).

298,50 176,118,94,14,4 11,7,4 6,0 Частота 50 Гц Частота 10 Гц Тип Б Тип Б + Kraton D 1101 Тип Б + РТЭП Тип Б + Кадэм-ВТ Рисунок 9 – Сравнительные диаграммы усталостной долговечности модифицированных асфальтобетонов при частотах нагружения 10 и 50 Гц Циклы до отказа хЦиклы до отказа х На основании анализа сравнительной эффективности модификаторов при нагружении асфальтобетона в рассматриваемом частотном диапазоне предложены рекомендации по использованию модифицированных асфальтобетонов с учетом их усталостной долговечности: для асфальтобетона с резиновым модификатором РТЭП наилучшие показатели усталостной долговечности (по сравнению с составом без добавок) проявились при частотах нагружения 10 – 20 Гц, характерных для асфальтобетонных покрытий дорог III – IV категорий с низкими скоростными режимами движения, либо для нижних слоев покрытий более высоких категорий; усталостная долговечность асфальтобетонов с адгезионной добавкой характеризуется наибольшим количеством циклов до отказа при нагружении с частотами 50 – 65 Гц (по сравнению с составом без добавок), наблюдаемыми в верхних слоях дорожных покрытий при проезде транспортных средств на дорогах I – II категорий с высокими скоростными режимами движения; асфальтобетоны, содержащие полимер типа СБС Kraton D 1101, проявляющие достаточно высокую эластичность и усталостную долговечность при нагружении во всем частотном диапазоне, могут быть рекомендованы как в верхние, так и в нижние слои дорожных асфальтобетонных покрытий.

Различие во влиянии модифицирующих добавок на усталостную долговечность объясняется особенностями взаимодействия добавок с компонентами асфальтобетона. При применении Kraton D 1101 молекулы полимера типа СБС, растворяясь в битуме, образуют пространственную эластичную решетку, способную совершать значительные деформации без разрушений при нагружении с частотами до 10 – 20 Гц, а также сохраняющую релаксационную способность при нагружении в частотном диапазоне до 50 – Гц. При объединении с битумом РТЭП частично растворяется в составляющих его легких фракциях, а не расплавившаяся часть добавки (резиновая составляющая) РТЭП остается в битуме в виде волокнистых, резиносодержащих фрагментов дисперсных частиц (содержание примерно 15 – 20 %). В этих условиях не полностью расплавившаяся составляющая добавки образует дисперсную фазу, обладающую армирующими свойствами. Наличие такого армирующего наполнителя объясняет повышение вязкости модифицированного РТЭП вяжущего, повышение модуля упругости асфальтобетона на его основе, а также его усталостной долговечности при нагружении с частотами до 10 – 20 Гц за счет наличия упрочненных когезионных связей в асфальтовом вяжущем. По мере увеличения частоты нагружения молекулы свободного битума теряют подвижность из-за недостатка времени для пластической деформации, релаксационные процессы замедляются. В таких условиях упругохрупкого характера разрушения асфальтобетон с добавкой Kraton D 1101, обладая большей релаксационной способностью вследствие наличия эластичной пространственной решетки, будет показывать более высокую усталостную долговечность, нежели асфальтобетон с резиновым модификатором РТЭП.

При нагружении с частотами 50 – 65 Гц растягивающие напряжения в зоне контакта минеральных частиц и битума достигают таких значений, что прочность адгезионных связей уменьшается. Трещина проходит по поверхности контакта минеральных зерен и битумной составляющей, как по энергетически выгодному пути разрушения. При таких условиях образования микротрещин для повышения усталостной долговечности эффективно использовать добавки, повышающие адгезионное сцепление.

В пятой главе представлена комплексная методика оценки усталостной долговечности асфальтобетона при параметрах нагружения адекватных эксплуатационным, на первом этапе которой производится выбор режимов нагружения асфальтобетона в зависимости от области его применения (толщины дорожного покрытия и скоростных режимов движения); второй этап включает проведение испытаний асфальтобетона на установке усталостного разрушения с определением усталостной долговечности асфальтобетона, выраженной критерием – количеством циклов до отказа образца при установленных на первом этапе режимах нагружения (рис. 10).

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНА 1 этап - ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ НАГРУЖЕНИЯ Определение частотных диапазонов (F) нагружения асфальтобетона на основе анализа напряженно-деформированного состояния дорожных покрытий при проезде транспортных средств Расчет амплитуд растягивающих r напряжений ( ) в асфальтобетонном покрытии с использованием методов математического моделирования Подбор амплитуды нагрузки (Р) на асфальтобетонный образец для создания расчетного напряжения по разработанной модели напряженно-деформированного состояния образца в установке 2 этап - ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ Оценка усталостной долговечности асфальтобетона на лабораторной установке при параметрах режимов нагружения (Р, F) адекватных условиям эксплуатации Рисунок 10 – Блок - схема методики оценки усталостной долговечности асфальтобетона Выбор параметров предлагается осуществлять исходя из расчетных характеристик деформирования асфальтобетона, либо на основании детального анализа, включающего выбор частотного диапазона на основании скоростных режимов движения, расчет растягивающих напряжений, возникающих в асфальтобетоне при проезде транспортных средств методами математического моделирования, подбор амплитуды нагрузки для создания требуемого напряженного состояния по математической модели напряженнодеформированного состояния образца при нагружении в установке.

В главе показана практическая применимость разработанной методики при оценке усталостной долговечности составов асфальтобетонов, содержащих модифицирующие добавки.

С учетом полученных результатов экспериментальных исследований предложены пути повышения усталостной долговечности асфальтобетона в покрытии. На стадии проектирования нежестких дорожных одежд – это конструирование дорожных одежд с учетом особенностей деформирования покрытий при воздействии движущихся циклических нагрузок. Одним из конструктивных решений является использование полимерных добавок в асфальтобетонном покрытии в зонах возникновения максимальных растягивающих напряжений – нижних слоях покрытий. На стадии подбора состава асфальтобетонных смесей предлагается выполнять проектирование составов, обладающих повышенной усталостной долговечностью на основании проведения испытаний асфальтобетона на усталостную долговечность, при соответствии параметров режимов лабораторных испытаний эксплуатационным условиям нагружения асфальтобетона в покрытии.

В пятой главе приведен расчет экономического эффекта, выраженного в увеличении срока службы покрытия, при использовании предложенных мероприятий.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Разработан метод оценки усталостной долговечности асфальтобетона, который позволяет производить испытания на усталость асфальтобетонов при обоснованном выборе параметров режимов нагружения, соответствующих конкретным условиям эксплуатации в дорожном покрытии.

2. Определены частотные (от 1 до 65 Гц) и амплитудные (от 0,3 до 1,3 МПа) параметры режимов нагружения асфальтобетона в лабораторных условиях, установленные на основании экспериментальных исследований характеристик деформирования дорожных асфальтобетонных покрытий, работающих в условиях воздействия интенсивного транспортного потока, в зависимости от скоростных режимов движения транспортных средств и толщины асфальтобетонного покрытия 3. Разработана методика выбора амплитуды нагрузки и схемы закрепления асфальтобетонного образца при проведении лабораторных испытаний на основе математической модели его напряженно деформированного состояния при нагружении в установке, имитирующей реальные условия нагружения асфальтобетона в процессе эксплуатации.

4. Разработана и реализована лабораторная установка для испытаний на усталостную долговечность ИУ-01, обеспечивающая нагружение циклической изгибающей, синусоидально прилагаемой нагрузкой в частотном диапазоне от 1 до 65 Гц.

5. Установлено существенное влияние эксплуатационных режимов нагружения, характерных для интенсивного транспортного потока, на снижение усталостной долговечности асфальтобетона.

6. Установлены особенности влияния модифицирующих добавок на процесс усталостного разрушения асфальтобетона в рассматриваемом диапазоне частот приложения нагрузки на основании исследования поверхностей разрушения асфальтобетонных образцов в процессе испытания.

Экспериментально подтверждено влияние частоты нагружения на механизм процесса разрушения: при частотах нагружения до 10 – 20 Гц установлен когезионный механизм разрушения образца; с повышением частоты нагружения все больше проявляется смешанный и адгезионный механизмы разрушения.

7. Предложены рекомендации по использованию модифицированных асфальтобетонов с учетом их усталостной долговечности:

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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