М.1 Випробування зразків з матеріалів, що містять органічне в'яжуче

Міцність на розтяг при згині і модуль пружності при температурі від 0 °С до 20 °С визначають за результатами випробувань короткочасно діючими навантаженнями зразків-балочок розміром 4 см х 4 см х 16 см, виготовлених із сумішей, що містять кам'яні зерна не крупніше 10 мм. Модуль пружності при підвищених температурах (30 – 60 °С) визначають за результатами випробувань циліндричних зразків діаметром 20 см і висотою (20 ± 2) см. Характеристики середньозернистих і крупнозернистих асфальтобетонів призначають орієнтовно за результатами випробувань дрібнозернистих асфальтобетонів із гранулометрією відповідного типу (А, Б, В) і пористих дрібнозернистих асфальтобетонів із щільністю такою самою, як у середньозернистих і крупнозернистих асфальтобетонів.

При підготовці зразків-балочок суміші приготовляють за вказівками ДСТУ Б В.2.7‑89‑99. Зразки-балочки готують у сталевих формах прямокутного перерізу. У процесі ущільнення асфальтобетонних сумішей забезпечують двостороннє прикладання навантаження передачею тиску на ущільнену суміш через два вкладиші, що мають можливість вільного пересування у формі назустріч один одному.

Конструкція прес-форми (рисунок М.1) повинна запобігати можливості перекошення вкладишів відносно форми.

Рисунок М.1 – Прес-форма для виготовлення зразків-балочок

Готові зразки-балочки повинні посередині мати щільність не нижче за встановлену стандартним методом. Зразки готують у такий спосіб. Форму та вкладиші нагрівають до температури 90 – 100 °С, протирають тканиною, злегка змоченою соляровим маслом чи гасом. На нижній вкладиш насаджують форму на глибину 1 см до упору на підтримуючі пружини чи гумові підкладки. Потім у форму закладають сталеву пластину товщиною 0,5 – 1,0 мм (піддон для зразка). Розміри пластини – довжина і ширина – повинні відповідати розміру вкладиша (грані зразка). У форму поміщають наважку суміші й ущільнюють.

Для досягнення необхідної щільності при мінімальному руйнуванні мінеральних зерен рекомендується спочатку ущільнювати суміші на віброплощадці, а потім доущільнювати статичним навантаженням. При відсутності спеціального устаткування первинне ущільнення роблять у такий спосіб. У підготовлену форму засипають половину потрібної наважки суміші нагрітої до заданої температури; розподіляють суміш і попередньо нагрітим сталевим стержнем штикують її рівномірно на всій довжині зразка. Загальне число ударів – 80 (сталевий стрижень може бути круглим діаметром 20 мм чи мати квадратний перетин зі стороною 20 мм, довжина стрижня – 20 см). Потім насипають у форму решту суміші, що залишилася, розрівнюють і знову штикують у такий самий спосіб. У форму вставляють верхній вкладиш, потім встановлюють її на прес і витримують під статичним навантаженням протягом 3 хв. Ущільнююче навантаження визначають дослідним шляхом. Орієнтовно воно знаходиться в межах 20-40 МПа для асфальтобетонних сумішей і 5 – 20 МПа – для бітумо-ґрунтів. Готовий ущільнений зразок виштовхують з форми спеціальним витискним пристосуванням, переносять його разом зі сталевою пластиною – піддоном до місця збереження до випробування, потім сталевий піддон відокремлюють від зразка (у разі потреби за допомогою ножа). Виготовлені зразки до випробування витримують при кімнатній температурі протягом 12 – 42 годин. Перед випробуваннями перевіряють щільність, пористість мінерального кістяка і залишкову пористість зразків.

З тієї самої суміші повинно бути виготовлено шість зразків; три з них для визначення міцності на розтяг при згині, три для встановлення модуля пружності. Бажано спочатку випробувати на міцність, для того щоб визначити руйнівне навантаження. Пристрій для випробування зразків на згин і визначення модуля пружності повинен забезпечувати можливість багаторазового прикладання навантаження тривалістю дії 0,05 – 0,20 с, з паузами між навантаженнями, що не менше, ніж у 10 разів, перевищують тривалість дії навантаження. Для проведення випробування рекомендуються маятниковий прилад ДержшляхНДІ і електромагнітний пульсатор Ленфіліалу СоюздорНДІ.

Прилад ДержшляхНДІ (рисунок М.2) являє собою маятник у вигляді важеля 4, жорстко закріпленого за допомогою кронштейна 7 на каркасі зі сталевих стрижнів 15 і станини 13. До верхньої площадки каркаса прикріплено механізм навантаження 8, а на середній площадці каркаса розміщено рухому 10 та нерухому 14 опори під зразок-балочку 9.

Важіль 4 з вантажем приводиться у верхнє вихідне положення, фіксується покажчиком 11, і вільно відпускається. Його обертання навколо осі 3 під дією власної ваги забезпечує переміщення сферичної поверхні ексцентрика 2, зв'язаного з різьбовим валиком 5, по поверхні голівки механізму навантаження 8, підключаючи його до роботи, створючи, таким чином, навантаження заданої тривалості на зразок 9. Необхідна тривалість навантаження (0,1 с) забезпечується довжиною контакту між ексцентриками та голівкою механізму навантаження і задається висуванням регулювальної гайки 2 уздовж різьбового валика 5 на 2 мм.

Рисунок М.2 – Маятниковий прилад	Рисунок М.3 – Механізм навантаження

Принцип дії механізму навантаження наступний (рисунок М.3). Сферична частина ексцентрика 1, переміщуючись по поверхні голівки 2 механізму навантаження, забезпечує вертикальне переміщення самої голівки втулки 4 усередині напрямної втулки 3. У свою чергу, втулка 4 через шайбу 6 стискає пружину 8, що спирається на гайку 9, нагвинчену на штовхач 7. Вільно переміщуючись усередині втулки 4, штовхач під дією пружини передає зусилля через регулювальний гвинт 11 і навантажувальний штамп 12 зразку 13 посередині прольоту; штамп розподіляє навантаження по ширині зразка. Навантаження на зразок залежить від жорсткості пружини 8 і регулюється її стисканням за допомогою переміщення гайки 9 уздовж різьбової частини штовхача 7. Для визначення розміру навантаження використовують тарувальний графік пружини –експериментально встановлену залежність між навантаженням і довжиною стиснутої пружини.

Для створення необхідного навантаження стискають пружину 8 за допомогою гайки 9 на необхідне значення в залежності від необхідного навантаження і фіксують контргайкою 10. Далі навантажувальний механізм установлюють так, щоб навантажувальний штамп знаходився посередині прольоту балочки. Потім повертають важіль, встановлюючи при цьому стрілку покажчика в нульове положення (різьбовий валик повинен прийняти вертикальне положення). За допомогою регулювального гвинта 11 піднімають через штовхач 7 і втулку 4 голівку 2 до зіткнення з регулювальною гайкою 1, попередньо встановленою у верхнє положення. Поворотом важеля регулювальну гайку виводять від дотику з голівкою і висувають її на 2 мм для забезпечення тривалості дії навантаження в 0,1 с. Потім маятниковий пристрій встановлюють у вихідне положення (15 – 10 ° за покажчиком положення) і фіксують. Для завантаження зразка звільняють зафіксований маятниковий пристрій.

Електромагнітний пульсатор Ленфіліалу СоюздорНДІ (рисунок М.4) являє собою циліндричний корпус 3 електромагніту, що разом з уміщеною в ньому дротовою котушкою чотирма стійками жорстко прикріплений затяжними гайками до станини 5. В осьовий отвір корпусу вставлений шток, зчленований з якорем електромагніту. При пропусканні через котушку магніту електричного струму виникає електромагнітна сила, що притягає рухомий якір 2 до жорстко закріпленого на станині корпусу електромагніту. Через шток зусилля від електромагніту передається на випробуваний зразок 4. Це зусилля залежить від зазору між якорем і корпусом магніту. Необхідний зазор між диском якоря і корпусом встановлюють за допомогою каркаса з двох опорних кілець 1. Нижнє кільце зчленоване різьбою з корпусом електромагніту, якір магніту двома пружинами притискається до верхнього опорного кільця, яке, таким чином, служить упором, що обмежує й фіксує вертикальне переміщення якоря в момент розвантаження. Розмір повітряного зазору регулюють обертанням каркаса опорних кілець на різьбі навколо корпусу і магніту. Знизу на шток якоря нагвинчений на різьбі спеціальний наконечник для того, щоб ліквідувати наявний зазор між штоком якоря і зразком, що утвориться в процесі проведення випробувань.

Рисунок М.4 – Прилад для випробування зразків-балочок на згин повторними короткочасними навантаженнями

Установка живиться змінним струмом загальної мережі, тому в електричну схему введені стабілізатор напруги й випрямлювач. Тривалість дії навантаження – 0,1 с, інтервал між ними 1 с забезпечується електромеханічним переривачем електричного струму.

Створюване електромагнітне навантаження в залежності від зазору між якорем і корпусом магніту тарують і перевіряють механічними динамометрами ДОСМ – З, ДОСМ – 5. Для цього динамометр встановлюють на станині приладу до і після випробувань таким чином, щоб зусилля від штоку якоря передавалося на нього так само, як і на випробуваний зразок.

Вимірювання навантажень і деформацій апаратурою з фіксацією сигналів неозброєним оком (механічні динамометри, індикатори годинникового типу та ін.) допускається при часі дії навантаження не менше за 0,1 с; при більш короткочасних навантаженнях використовують апаратуру з записом сигналів на осцилографах.

Переміщення при короткочасному навантаженні можна фіксувати теж індикатором годинникового типу, який має гвинт на втулці. Поворотом цього гвинта створюють тертя між стрижнем і втулкою, забезпечують зупинку стрілки індикатора при знятті навантаження в тому положенні, в якому ця стрілка знаходилася в момент виникнення найбільшого переміщення (перший відлік на індикаторі). Потім стрижень індикатора підводять вручну до зіткнення з нижньою гранню балочки і знімають другий відлік на індикаторі. За різницею відліків обчислюють зворотне переміщення.

Навантаження повинне викликати напруження, рівне розрахунковому допустимому для найближчого аналога випробовуваного матеріалу. Воно може бути також прийнято рівним 0,2 – 0,3 від руйнівного навантаження, встановленого раніше випробуванням зразків на міцність.

Перед випробуванням зразки витримують протягом 2 годин при заданій температурі, яку підтримують і в процесі випробування.

Зразки боковою гранню укладають на двох опорах, які знаходяться одна від одної на відстані 14 см. Одна з опор – рухлива, у вигляді шарніра, зокрема, у вигляді шарніра – стійки. Частина опори, що стикається зі зразком, має циліндричну поверхню радіусом 5 мм. Навантаження прикладають до середини зразка через сталеву накладку з нижньою циліндричною (радіусом 10 мм) чи плоскою (завширшки 8 мм) поверхнею. Для зручності центрування біля опор доцільно встановлювати опори, що фіксують положення зразка, а подушку, що передає навантаження на зразок, зв'язати з опорною станиною за допомогою важеля й стійки.

Вертикальний прогин зразка вимірюють за допомогою пристрою, що дозволяє з фіксованого індикатором вертикального переміщення виключати локальні деформації матеріалів на опорах (зминання). Пристрій являє собою начіпну рамку, що закріплюється в місцях передбачуваної нейтральної лінії згину (посередині висоти балочки) над опорами або на торцях зразка.

Підготовлений до випробування зразок навантажують, при цьому фіксують пружний прогин. Для визначення короткочасного модуля пружності використовують значення пружного прогину, що вимірюється після 10-30 циклів попередніх повторних ущільнюючих навантажень. Модуль пружності лабораторний:

, (М.1)

де K_l,K_t- поправки, що визначаються за формулами М.2 і М.З;

Р – вертикальне навантаження;

l – розрахунковий проліт балочки (0,14 м);

f – пружний прогин балочки;

J – момент інерції перетину зразка (J = bh³/12, a b, h – ширина і висота балочки).

Якщо начіпна рамка вимірювального пристрою закріплена на торцях зразка довжиною L, у розрахунки за формулою (М.1) уводиться поправка:

. (М.2)

При випробуванні з тривалістю навантаження t_n, що відрізняється від розрахункової t _p= 0,1 с, у розрахунки за формулою (Е.1) слід ввести поправку:

. (М.3)

Для визначення короткочасного модуля пружності випробовують, як вказувалося, не менше, ніж три зразки. За значення модуля пружності приймають середнє арифметичне. Розбіжності між даними паралельних випробувань не повинні перевищувати 15 %.

Якщо немає начіпної рамки вимірювального пристрою, то пружне зминання на опорах зразка, що деформується, і пружну піддатливість опор враховують слідуючим чином. Після випробування на згин (рисунок М.5) і вимірювання загального вертикального переміщення

Рисунок М.5 – Схеми для врахування зминання балочки на опорах при випробуванні її на згин:
а – для загального вертикального переміщення середини балочки; б –для вертикального переміщення від зминання балочки на опорах

f_випp низу зразка, обумовленого не тільки згином, але й пружним зминанням зразка в зонах контакту з опорами, податливістю опорних стійок і т. д., проводять додаткове випробування. На балочку на двох опорах вкладають досить тверду сталеву пластинку і навантажують її тією самою силою Р; при цьому асфальтобетонна балочка не згинається, а тільки зворотньо зміщується у вертикальному напрямку щодо опорної станини. Це додаткове переміщення f_дод теж фіксують індикатором. Розрахунковий пружний прогин f = f_випр – f_дод.

Спосіб підготування зразків до випробування на міцність по розтягу при згині і схема їх навантаження ті самі, що і при випробуванні з метою визначення модуля пружності. Зразки випробовують на механічному пресі УММ – 5 із швидкістю деформування 100 мм/хв при розрахунковій температурі асфальтобетону. Руйнівне навантаження Р_р вимірюють силовимірювальним пристроєм, що забезпечує точність відліку до 5 %, зокрема, механічним динамометром ДОСМ – 5 чи ДОСМ – 3, що закріплюється у верхньому захваті преса.

При згині одноразовим навантаженням лабораторна межа міцності на розтяг дорівнює:

. (М.4)

Випробовують не менше, ніж три зразки. За нормативне приймають середнє арифметичне значення показника.

Для визначення модуля пружності при підвищених температурах, тобто від 30 °С до 60 °С, суміш готують відповідно до вимог стандартних методик. Циліндричні зразки виготовляють у сталевій формі діаметром 20 см і висотою не менше за 28 см. Форма складається з окремих кілець, верхнє з яких служить для розміщення у формі всього заданого об'єму матеріалу в пухкому стані і знімається після пресування.

Суміш пошарово вкладають у форму, ретельно штикують і потім ущільнюють на 150-тонному гідравлічному пресі. Навантаження підбирають так, щоб щільність асфальтобетону, контрольована щодо товщини ущільненого шару, була стандартною, тобто ущільнююче навантаження при формуванні зразків орієнтовно повинно знаходитися в межах 5-15 МПа для ґрунтових сумішей, 15 – 25 МПа для піщаних і дрібнозернистих сумішей і до 40 МПа для середньозернистих і крупнозернистих сумішей. Зразки випробовують через 12 – 42 години після виготовлення й не раніше, ніж через 4 години після їхнього витримування в термокамері при заданій температурі. Випробовують у термокамері чи в лабораторному приміщенні, підтримуючи температуру зразка електрообігрівачами. Навантаження на зразок від важільного преса передають через сталевий штамп D = 4 см; деформації вимірюють індикаторами годинникового типу (рисунок М.6).

Жорсткість кріплення індикаторів перевіряють легким постукуванням металевим предметом по краях форми; стрілки індикаторів повинні ледве помітно тремтіти, але після припинення постукування повертатися у своє первинне положення. Постукувати по формі потрібно також і в процесі випробування перед зняттям з індикаторів робочих відліків.

1 – індикатори годинникового типу; 2 – штамп із заплечиками; 3 – форма із зразком.

Рисунок М.6 – Схема встановлення штампа та індикаторів при визначенні модуля пружності матеріалу на важільному пресі

Зразок випробовують двічі при навантаженні р = 0,5 МПа з тривалістю дії 5 і 300 с (5 хв); тривалість дії навантаження і відпочинку після розвантаження приймають однаковими. Показання індикаторів знімають наприкінці навантаження й наприкінці відпочинку, а потім за різницею відліків розраховують зворотне вертикальне переміщення (у сантиметрах) штампа f.

Модулі пружності (у мегапаскалях):

, (М.5)

де μ – коефіцієнт Пуассона;

D – діаметр штампа.

Маючи значеннями модуля пружності асфальтобетону, що отримані в результаті випробування моделей у лабораторії при тривалості дії навантаження 5 с (Е₅) і 300 с (Е₃₀₀), визначають модуль пружності Е_л цього матеріалу, що працює в умовах, близьких до натурних:

. (М.6)

Ця формула враховує відмінності в процесах формування матеріалу, в опорі його деформуванню, а також у режимах навантаження в лабораторії і натурних.

Поиск по сайту: