Спосіб визначення корозійної стійкості асфальтобетону

Реферат: Винахід належить до дорожньо-будівної галузі і може бути застосований при визначенні корозійної стійкості і довготривалої міцності асфальтобетону експрес методом. Процес водонасичення ведуть в агресивному середовищі одночасно з навантаженням, яке створює вигин горизонтально розташованого зразка у формі балки і у відношенні часу навантаження до руйнування зразка під впливом агресивного середовища t ас до часу навантаження до руйнування зразка на повітрі t n протягом не більше 6 годин, знаходять коефіцієнт зниження довготривалої міцності матеріалу, що характеризує корозійну стійкість, за формулою: t K а.с.  ас . tn Використання винаходу забезпечує підвищення вірогідності одержаних результатів про корозійну стійкість, підвищення чутливості способу до впливу агресивного середовища на експлуатаційні якості асфальтобетону, скорочення часу випробування. UA 105561 C2 (12) UA 105561 C2 UA 105561 C2 5 10 15 20 25 Винахід належить до дорожньо-будівної галузі і може використовуватися при дослідженні властивостей дорожньо-будівних матеріалів, зокрема корозійної стійкості і довготривалої міцності асфальтобетону, експрес методом. Асфальтобетон використовується в основному у верхніх шарах дорожніх покриттів нежорсткого типу. Разом з механічним навантаженням на цей матеріал додатково впливає навколишнє середовище (сонячна інсоляція, вода, водні розчини агресивних середовищ). Тому до початку дорожньо-будівних робіт необхідно мати в розпорядженні дані про корозійну стійкість асфальтобетону, яка також важлива як і дані про його міцність. Відомий стандарт ДСТУ БВ.2.7-119-2003, що нормує 2 показники: коефіцієнт водостійкості, що може бути отриманий при короткочасному водонасиченні зразків і коефіцієнт довготривалої водостійкості, що може бути отриманий при його тривалому водонасиченні. Показник короткочасної водостійкості є необ'єктивним за відповідністю умов роботи асфальтобетону в покритті, та не може бути використаний для прогнозування стійкості асфальтобетону. Більш придатним для такої оцінки є показник довгострокової водостійкості, саме він за своєю технічною суттю і призначенню є найближчим до того, який заявляється і вибраний як прототип. Спосіб визначення водостійкості полягає в наступному: для проведення випробувань виготовляють зразки асфальтобетонів у формі циліндрів, частину з них витримують на повітрі одну добу та встановлюють показники їх міцності на стиск. Другу частину зразків піддають примусовій (в умовах вакууму) дії води в ненавантаженому стані. Після цього визначають показники міцності водонасичених зразків. Водостійкість оцінюють ступенем падіння міцності. Показником падіння міцності вважають відношення міцності на стиск після водонасичення до початкової міцності. Навантаження на стиск проводять при вертикально розташованому зразку. Одиницею вимірювання є безрозмірний коефіцієнт: Kв  Rв cm 20 R cm , в де R cm - границя міцності при стиску при температурі (20±2)°С водонасичених у вакуумі 20 30 35 зразків, МПа; R cm - границя міцності при стиску при температурі (20±2 °C зразків до водонасичення, МПа. Для отримання коефіцієнта водостійкості при тривалому водонасиченні, зразок у формі циліндра піддають дії води в умовах вакууму в ненавантаженому стані. Після цього його переносять в іншу посудину з водою, в якій витримують ще 15 діб, температуру води підтримують в межах (20±2)°С (без вакууму, при атмосферному тиску). Після закінчення 15 діб зразки вилучають з води і визначають границю міцності при стиску, тобто витримують під навантаженням до повного руйнування. Показником падіння міцності вважають відношення між міцністю зразка після водонасичення та тривалої дії води і початковою міцністю зразка, що витримували на повітрі. Одиницею вимірювання є безрозмірний коефіцієнт. Навантаження на стиснення проводять також при вертикально розташованому зразку. За результатами випробувань з точністю до другого десяткового знака обчислюють водостійкість Квд після тривалого водонасичення по формулі Kв д  40 Rв д cm 20 R cm , вд де R cm - межа міцності при стиску при температурі (20±2)°С зразків після насичення водою 45 50 20 протягом 15 діб, МПа; R cm - межа міцності при стиску при температурі (20±2)°С зразків, витриманих на повітрі до насичення водою, МПа. Описаному способу властиві недоліки, зв'язані, по-перше, з помилковим критерієм вимірювання довговічності (вимірювання на стиснення в МПа), по-друге, недоліки, пов'язані з недотриманням відповідності умов випробувань реальним умовам експлуатації. Умови отримання результатів не можуть забезпечити достовірність даних про довготривалу міцність і корозійну стійкість асфальтобетону і для прогнозування його поведінки в покритті. Відомий спосіб не передбачає варіанта випробувань в агресивних середовищах, тому не дає результатів відповідно корозійної стійкості як складової тривалості життя матеріалу. В реальних умовах асфальтобетонне покриття знаходиться під впливом цілого комплексу чинників, що визначають термін його життя в придатному для роботи стані. 1 UA 105561 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Через цю багатофакторність дій на асфальтобетон в реальних умовах більш об'єктивним показником довговічності є час життя асфальтобетону в умовах одночасної дії води, водних розчинів, хімічних речовин або паливно-мастильних матеріалів, водонасичення та навантаження, що включає поняття „довготривала міцність" і „корозійна стійкість". Тому довготривалу міцність слід виражати часом від початку навантаження асфальтобетонного зразка до його руйнування на повітрі, а корозійну стійкість як ступінь зниження довготривалої міцності в рідкому агресивному середовищі. Час життя в агресивному середовищі також залежить від корозійної стійкості матеріалу та активності самого середовища. Таким чином, щоб визначити час життя асфальтобетону, необхідно знати довготривалу міцність з урахуванням корозійної стійкості зразка. При цьому одиницею вимірювання також буде безрозмірна величина - коефіцієнт зниження часу життя. Одиницею вимірювання довготривалої міцності буде час, який вимірюється секундами. Із сказаного вище з очевидністю витікають наступні недоліки процесу випробувань асфальтобетону (прототипу): - процес водонасичення зразків проводять в примусових умовах, тобто у вакуумі; - зразок вибирають циліндрової форми. Під час стиску вертикально розташованого зразка він зазнає тільки стискуючі напруження. В ньому не виникають розтягуючі напруження. В реальних умовах асфальтобетонне покриття постійно зазнає навантаження від автомобільного транспорту, під дією коліс якого в ньому виникає прогин, створюються області стиску і розтягу. Саме, в такому стані на практиці проходить процес поглинання матеріалом агресивного середовища; - що стосується прототипу, то середовищем водонасичення є чиста вода. В реальних умовах покриття з асфальтобетону експлуатується в більш агресивному середовищі; - водонасичення зразка відбувається в ненавантаженому стані; - процес тривалого водонасичення складає 15 діб. Останнє свідчить про те, що на практиці укладання дорожнього покриття починають до отримання результатів випробувань. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу оцінки часу життя на підставі даних про довготривалу міцність і корозійну стійкість асфальтобетону за рахунок підвищення достовірності експериментальних даних, що одержані, у тому числі, в умовах агресивного середовища і максимально наближених до експлуатаційних за схемою навантаження, а також скорочення часу їх отримання. При цьому слід вважати корозійною стійкістю ступінь чутливості матеріалу до агресивного середовища. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомому способі випробувань асфальтобетону, що включає виготовлення зразків методом ущільнення з витримкою на повітрі одну добу, визначення їх міцності методом навантаження до руйнування на повітрі, водонасичення і дією на них навантаженням до руйнування, згідно з винахідницьким задумом, процес водонасичення ведуть спочатку витримуванням протягом 1,5 години в агресивному середовищі, а потім одночасно в тому ж середовищі з навантаженням, що створює вигин горизонтально розташованого зразка у формі балки і у відношенні часу навантаження до руйнування зразка під дією агресивного середовища t ас до часу навантаження до руйнування зразка на повітрі tn протягом не більше доби, знаходять коефіцієнт K а.с. , що характеризує корозійну стійкість, тобто ступінь чутливості матеріалу до агресивного середовища (зміну довгочасної міцності матеріалу). t K а.с.  ас tn . 45 50 При цьому величина навантаження знаходиться у межах 0,2-0,3 від міцності зразка на згин на повітрі при температурі 20±2 °C. Випробування асфальтобетонних зразків пропонується виконувати на стенді. На фіг. 1 приведено загальний вид стенда для визначення довготривалої міцності асфальтобетону, де: 1 - прес важеля; 2 - противага; 3 - шток; 4 - кінцевий вимикач відліку часу (для АЦП комп'ютера або іншого пристрою); 5 - асфальтобетонна балка; 6 - нижні опорні рифлі; 7 - роздільник навантаження; 8 - верхні навантажувальні рифлі; 9 - ємність з агресивним середовищем. 2 UA 105561 C2 Таблиця 1 Технічні параметри стенда Показник Матеріал опорних рифлів і рифлів майданчика навантаження Діаметр рифлей: опорних, мм завантажувальних, мм Технічні дані Сталь за ГОСТ 1050 10±0,1 20±0,1 160±0,1 41,0±0,1 40,5±0,5 від 1 до 125 Розміри асфальтобетонного зразка: довжина, мм ширина, мм товщина, мм Границі навантаження, кг 5 10 15 20 25 Спосіб реалізують таким чином: Випробування проводять в наступному порядку. Асфальтобетонна балка, що виготовлена методом ущільнення і витримана на повітрі одну добу, встановлюється на рифлі-опори (фіг. 2) так, щоб верхня і нижня сторони при ущільненні виявилися бічними при випробуванні. Щоб уникнути розколювання асфальтобетону на опорах, нижні опорні рифлі повинні бути виконані циліндровими з діаметром 10 мм, а щоб уникнути деформацій зминання в зоні контакту навантаження, діаметр верхніх рифлів прийнято рівним 20 мм. Балка, що встановлена на нижні рифлі, занурюється в агресивне середовище, рівень якого на 2 см вище за верхню площину балки з тим, щоб площадка навантаження знаходилась в середовищі і мала ту ж температуру, що і середовище. Після установки балки, верхні рифлі разом з площадкою навантаження, що передає навантаження штоком і важелем преса чотирикратного посилення, врівноважуються противагою так, щоб на асфальтобетонну балку до навантаження не передавалося ніяке зусилля. Після 1,5 годин термостатування площадки навантаження і балки в рідкому або повітряному середовищі, до неї прикладається навантаження. Одночасно секундоміром або автоматичним пристроєм фіксують початок відліку часу. Час від початку навантаження до початку моменту лавинного руйнування зразка приймається за показник довготривалої міцності зразка. 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 в такому стані проходить процес проникнення рідкого середовища в дорожнє покриття в реальних умовах. Порівняння результатів пропонованого і стандартного методу. В табл. 2 наведені результати випробувань за стандартною методикою Kв д та запропонованого K а.с. для асфальтобетонів на бітумах різних марок. Таблиця 2 Порівняння коефіцієнтів для водного середовища Асфальтобетон на бітумі: БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 130/200 БНД 60/90* Kв д (за ДСТУна15-ту добу) 0,86 0,85 0,83 0,74 0,70 K а.с. (заявка) 0,74 0,69 0,67 0,63 0,57 Час випробування, год. (заявка) 3,7 3,6 3,1 2,7 2,3 • - агресивне середовище - водний розчин NaCl 30 Технічний результат, який може бути одержано при реалізації запропонованого способу: - підвищення вірогідності одержаних результатів про корозійну стійкість асфальтобетону; - підвищення чутливості способу до впливу агресивного середовища на експлуатаційні якості асфальтобетону; 3 UA 105561 C2 5 10 - скорочення часу випробування та одержання кінцевих результатів з 15 діб до 5-6 годин, а також відпадає необхідність використання дорогого механічного пресового устаткування. Процес навантаження проводять за допомогою важільного пресу. Таким чином, при використанні рішення досягається новий технічний результат, що знаходиться у причинно-наслідковому зв'язку з ознаками, що відрізняють винахід. Заявлене рішення невідомо з рівня техніки, що дає змогу зробити висновок, що воно є новим. Заявлене рішення має винахідницький рівень, тому що воно явним чином не випливає для спеціаліста з рівня техніки і при всій його актуальності не було запропоновано раніше. Рішення є промислово придатним. Проведені експериментальні дослідження підтвердили технічний результат. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 Спосіб визначення корозійної стійкості, який полягає в тому, що виготовляють зразки методом ущільнення з витримкою на повітрі одну добу, визначають їх міцність методом навантаження до руйнування на повітрі та в водонасиченому стані, який відрізняється тим, що процес водонасичення ведуть в агресивному середовищі одночасно з навантаженням, яке створює вигин горизонтально розташованого зразка у формі балки і у відношенні часу навантаження до руйнування зразка під впливом агресивного середовища t ас до часу навантаження до руйнування зразка на повітрі t n протягом не більше 6 годин, знаходять коефіцієнт зниження довготривалої міцності матеріалу, що характеризує корозійну стійкість, за формулою: K ас  t ас . tn 4 UA 105561 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5