Спосіб неруйнуючого визначення морозостійкості асфальтобетону

Реферат: Спосіб визначення морозостійкості асфальтобетону включає виготовлення зразків методом ущільнення з витримкою на повітрі одну добу, визначення зниження механічних властивостей після впливу заморожування-відтавання. При цьому, зниження властивостей асфальтобетону фіксують неруйнуючим стандартним методом визначення модуля пружності в лінійній зоні до впливу заморожування-відтавання ( E ) та після впливу ( En ), знаходять коефіцієнт (ступінь зниження модуля пружності матеріалу), що характеризує морозостійкість, за формулою: E K з.n.  n . E UA 116328 U (12) UA 116328 U UA 116328 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів визначення морозостійкості асфальтобетону і може використовуватися при дослідженні властивостей дорожньо-будівельних матеріалів, у т.ч. експрес-методом. Асфальтобетон використовується в основному у верхніх шарах дорожніх покриттів нежорсткого типу. Разом з механічним навантаженням на цей матеріал додатково впливає навколишнє середовище, у т.ч. циклічне заморожування-відтавання. Тому до початку дорожньобудівельних робіт необхідно мати в розпорядженні дані щодо морозостійкості асфальтобетону, які важливі такою ж мірою, як і його міцність. Морозостійкість асфальтобетону - це здатність матеріалу чинити опір руйнуванню внаслідок поперемінного заморожування-відтавання в присутності води (або агресивного водного середовища). На морозостійкість асфальтобетону впливають кількість та форма пор, якість та розмір мінерального матеріалу, властивості бітуму та швидкість охолодження. Морозостійкість - це максимальна кількість циклів заморожування - відтавання зволожуваного матеріалу, коли фізико-механічні властивості його змінюються до меж, нормованих стандартом. Тобто одиниця вимірювання морозостійкості - кількість циклів. Морозостійкість асфальтобетону (цементобетону, щебеню та ін.) також характеризують величиною зниження міцності або втрати маси матеріалу внаслідок впливу циклічного заморожування - відтавання вологи, що знаходиться в порах матеріалу. Зниження міцності оцінюють коефіцієнтом морозостійкості Кмрз, який визначається як співвідношення міцності зразку після та до випробування на заморожування-відтавання або зміною його маси. Відповідно до відомого стандарту СОУ 42.1-37641918-110:2014 "Асфальтобетон дорожній. Метод визначення показника морозостійкості" [1] оцінювання показника морозостійкості асфальтобетону проводять за втратою міцності зразків після впливу на них визначеної кількості циклів заморожування та відтавання. За критерій показника морозостійкості асфальтобетону приймають коефіцієнт морозостійкості, який визначається як відношення границі міцності при розколі основних зразків до границі міцності при розколі контрольних зразків. При цьому міцність на розкол кореляційно пов'язана з міцністю на вигін. Метод визначення морозостійкості асфальтобетону при розколі є більш придатним для визначення морозостійкості асфальтобетону неруйнуючим способом, саме він за своєю технічною суттю і призначенням є найближчим до того, який заявляється, і вибраний як прототип. Визначення морозостійкості асфальтобетону при розколі проводять на основних зразках (зразки, що призначені для визначення границі міцності при розколі за температури 0 °C після заморожування-відтавання) і контрольних (зразки, що призначені для визначення границі міцності при розколі за температури 0 °C та не підлягають насиченню 5 % водним розчином хлористого натрію і впливу заморожування та відтавання). Основні зразки насичують 5 % водним розчином хлористого натрію концентрації 5 %, виймають з вакуумної установки та розміщують у морозильній камері з температурою мінус 25 °C. Тривалість заморожування становить 4 год. Тривалість відтавання у 5 % водному розчині хлористого натрію за температури 20 °C має становити 4 год. Загальна кількість циклів заморожування та відтавання повинна складати 25. Після 25 циклів заморожування та відтавання основні зразки виймають з морозильної камери та термостатують у 5 % водному розчині хлористого натрію за температури 20 °C протягом 4 год. Після цього зразки витримують у 5 % водному розчині хлористого натрію за температури 0 °C протягом 2 год. та визначають границю міцності при розколі основних зразків за температури 0 °C та швидкості прикладання навантаження (3,0±0,3) мм/хв. згідно з ДСТУ Б В.2.7-89 (ГОСТ 12801) [2]. Одночасно визначають границю міцності при розколі контрольних зразків за температури 0 °C згідно з [2]. Описаному методу властиві недоліки, по-перше, визначення границі міцності при розколі це руйнуючий метод, що потребує багато зразків матеріалу, особливо коли необхідно визначити морозостійкість при різній кількості заморожування-відтавання (25, 50, 100). По-друге, недоліки, пов'язані з тим, що напружено-деформований стан при розколі (непрямий розтяг) не відтворює механічну схему роботи асфальтобетонного шару на згин в конструкції дорожнього одягу. Тобто отримані результати випробувань не можуть забезпечити достовірність даних про морозостійкість асфальтобетону для прогнозування його поведінки в покритті. В реальних умовах роботи покриття з асфальтобетону важливим показником якості цього матеріалу є модуль пружності. Модуль пружності асфальтобетону визначається тільки на стадії проектування конструкції дорожнього одягу, коли встановлюють прогнозуючу несучу здатність дорожнього одягу. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу визначення морозостійкості асфальтобетону на підставі даних про пружні характеристики (модуль 1 UA 116328 U 5 10 пружності) асфальтобетону за рахунок підвищення достовірності експериментальних даних, що одержані в умовах максимально наближених до експлуатаційних за схемою навантаження, а також скорочення часу їх отримання неруйнуючим способом. При цьому слід вважати морозостійкістю ступінь чутливості матеріалу до заморожування-відтавання. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомому способі випробувань асфальтобетону на міцність при розколі, який включає поперемінне заморожування-відтавання та визначення ступеню чутливості матеріалу, згідно винахідницького задуму, морозостійкість встановлюють по зниженню модуля пружності асфальтобетону. Спочатку визначають модуль пружності зразків асфальтобетону (Е), далі проводять водонасичення зразків, які потім поперемінно заморожують-відтаюють. Після необхідної кількості (наприклад, 25, 50 або 100) циклів заморожування-відтавання знов визначають модуль пружності (Еn) та знаходять коефіцієнт ( K з.n. ), що характеризує стійкість, тобто ступінь чутливості матеріалу, до заморожування-відтавання: E K з.n.  n . E (1) 15 20 25 30 35 40 Спосіб реалізують випробуваннями, що проводять у наступному порядку. Асфальтобетонну балку, що виготовлена методом ущільнення і витримана на повітрі одну добу, випробують на:пружність за методом відповідно до ВБН В.2.3-218-186-2004 [3], СОУ 45.2-00018112059:2010 [4] або NF EN 12697-26 [5]. При цьому значення модуля встановлюють в зоні лінійного деформування. Температура випробування становить 10 °C, що відповідає основному критерію розрахунку дорожнього одягу нежорсткого типу за умови відповідності пружного прогину. Далі проводять водонасичення зразків відповідно до стандарту ДСТУ Б В.2.7-89 [2], після чого їх поперемінно заморожують-відтаюють при температурі повітряного середовища заморожування - мінус 20±2 °C, температура водного середовища для відтавання становить 20±2 °C, час витримування - 4,0 год. на заморожування та 4,0 год. на відтавання. Після 25, 50 або 100 циклів заморожування-відтавання ті ж зразки випробують на пружність, не виходячи за межи лінійного деформування. Запропоновані нормативні методи випробування на пружність неруйнуючі, тобто зразки після випробувань можна використовувати для подальшого заморожування-відтавання та наступного вимірювання пружності. Також запропоновані методи випробування на пружність відтворюють механічну схему роботи асфальтобетону - розтяг при згині, що максимально наближена до експлуатаційних умов. В цьому стані в зразку утворюються стислі і розтягнуті зони - напружено-деформований стан, аналогічний тому, який виникає в асфальтобетонному шарі покриття дороги під навантаженням колесами автомобіля. Саме модуль пружності асфальтобетону, що визначають за такою схемою, є чутливим до змін у структурі матеріалу, які виникають після заморожування-відтавання. Порівняння результатів запропонованого і існуючого методу. В табл. наведені результати випробувань асфальтобетону на морозостійкість. Зниження міцності при розколі на 30 % (Кмрз=0,1) досягається більш ніж за 100 циклів заморожуваннявідтавання, а таке ж саме зниження модуля пружності ( K з.n. =0,7) - за 25 циклів. Таблиця Порівняння коефіцієнтів морозостійкості асфальтобетонів Значення, після заморожування-відтавання, цикли 0 25 50 Модуль пружності, МПа/ 12200 8700 4700 температурі, K з.n. при 1,0 0,71 0,39 10 °C Модуль пружності, МПа/ 8910 6460 2400 при температурі, K з.n. 1,0 0,73 0,27 20 °C Модуль пружності, МПа/ 16600 11700 9330 1,0 0,70 0,56 K з.n. при температурі, 0 °C Найменування показника 2 100 UA 116328 U Продовження таблиці Значення, після заморожування-відтавання, цикли 0 25 50 1,7 1,6 Міцність на розтяг при розколі, МПа/Кмрз [6] 1,0 0,94 Найменування показника 5 10 15 20 25 30 35 100 1,25 0,74 Технічний результат, що досягається при реалізації запропонованого способу: визначення морозостійкості асфальтобетону неруйнуючим способом з випробуванням одного й того ж зразку; підвищення достовірності одержаних результатів про морозостійкість шляхом виникнення різних результатів при використанні різних зразків; підвищення чутливості способу до впливу поперемінного заморожування-відтавання за рахунок визначення відповідних напружень та деформацій; скорочення часу випробування та одержання кінцевих результатів за меншу кількість циклів заморожування-відтавання; отримання більш об'єктивних результатів для коригування значення модуля пружності введенням K з.n. при розрахунках конструкцій дорожнього одягу. Таким чином, при використанні рішення досягається новий технічний результат, що знаходиться у причинно-наслідковому зв'язку з ознаками, що відрізняють корисну модель. Заявлене рішення невідомо з рівня техніки, що дає змогу зробити висновок, що воно є новим. Рішення є промислово придатним. Проведені експериментальні дослідження підтвердили технічний результат. Просимо надати рішенню, що заявляється, правову охорону у вигляді патенту України на корисну модель. Джерела інформації: 1. "Асфальтобетон дорожній. Метод визначення показника морозостійкості": СОУ 42.137641918-110:2014 [Чинний від 2014-04-01]. - К.: Державне агентство автомобільних доріг України (Укравтодор), 2014. - 22 с (Стандарт організації України). 2. Будівельні матеріали. Матеріали на основі органічних в'яжучих для дорожнього і аеродромного будівництва. Методи випробувань: ДСТУ Б В.2.7-89-99 (ГОСТ 12801-98). [Чинний від 2000-01-01]. - К.: Державний комітет будівництва, архітектури та житлової політики України, 2000. - 53 с. (Національний стандарт України). 3. Дорожній одяг нежорсткого типу. ВБН В.2.3-218-186-2004. - К.: Державна служба автомобільних доріг України "УКРАВТОДОР", 2004. - 176 с. 4. Дорожньо-будівельні матеріали. Методи визначення розрахункових модулів пружності. СОУ 45.2-00018112-059:2010. - К.: "Укравтодор", 2010. -26 с. 5. NF EN 12697-26 "Bituminous mixtures-Test methods for hot mix asphalt-Hart 26: Stiffness", December 2004. 6. Чуракина О.Е. Влияние отрицательных температур на устойчивость структуры асфальтобетона. Автореферат диссертации к.т.н. - М.: МАДИ, 1990. -18 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб визначення морозостійкості асфальтобетону, що включає виготовлення зразків методом ущільнення з витримкою на повітрі одну добу, визначення зниження механічних властивостей після впливу заморожування-відтавання, який відрізняється тим, що зниження властивостей асфальтобетону фіксують неруйнуючим стандартним методом визначення модуля пружності в лінійній зоні до впливу заморожування-відтавання ( E ) та після впливу ( En ), знаходять коефіцієнт (ступінь зниження модуля пружності матеріалу), що характеризує морозостійкість, за формулою: E K з.n.  n . E Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3