CC BY
74
УДК 625.7.033.3
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА И ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ МНОГОСЛОЙНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
В.Н. Ряпухин, профессор, к.т.н., В.А. Псюрник, профессор, к.т.н., А.В. Гладкий, инженер, ХНАДУ
Аннотация. Рассмотрены особенности механического поведения многослойных асфальтобетонных покрытий в условиях чистого сдвига, что и предлагается учитывать при расчетах на прочность асфальтобетонных слоев.
Ключевые слова: дорожная одежда, теория прочности, асфальтобетон, сдвиго-устойчивость, растяжение при расколе.
Введение
Существующие теории прочности нежёстких дорожных одежд необходимыми и достаточными условиями монолитности асфальтобетонных покрытий считают прочность на растяжение при изгибе и сдвигоустойчивость. Мы здесь не рассматриваем температурную трещиностой-кость.
Для расчёта прочности на растяжение при изгибе с успехом используется теория плит на упругом основании.
Для определения максимальных касательных напряжений используется решение теории упругости для массивного тела, которая также достаточно успешно применяется в механике грунтов.
Касательные напряжения определяются на плоскости скольжения, угол наклона которой и величина х зависят от значения главных напряжений в элементарном объёме.
Такой подход оправдан в том случае, если рассматриваемое массивное тело изотропно и нельзя выделить других опасных плоскостей скольжения.
Асфальтобетонные покрытия проявляют специфические физико-механические и прочностные свойства, которые зависят от температурно-влаж-ностного режима и технологии устройства.
Известно, что такие параметры асфальтобетона как модуль упругости, коэффициент Пуассона, прочность на растяжение и сдвиг изменяются с изменением температуры [1].
Кроме того, асфальтобетон очень чувствителен к изменению содержания вяжущего в смеси и отклонение содержания вяжущего от оптимального в ту или иную сторону приводит к снижению прочностных свойств.
При устройстве многослойных асфальтобетонных покрытий и при усилении существующих дорожных одежд создаётся слоистая система, в которой по толщине свойства не одинаковы, а на контакте слоёв образуется зоны «условной монолитности».
На контакте слоёв по целому ряду причин образуется зона, неравнопрочная с основным массивом.
Мы считаем, что здесь несколько в основном технологических причин:
- при устройстве многослойных покрытий производится послойное уплотнение и последующий слой укладывается на уже уплотнённый и более холодный предыдущий. Естественно, что сцепление на контакте слоёв будет ниже, чем в массиве слоя.
- при усилении дорожных одежд или при значительном разрыве по времени между устройством предыдущего и последующих слоёв делается под-грунтовка битумом. Даже при норме разлива 200
- 300 г/м2 в зоне контакта образуется пограничный слой асфальтобетона, содержание битума в котором на 1% и более превышает оптимальное, что приводит к снижению прочностных свойств асфальтобетонов [3, 4].
Таким образом, вполне обосновано надо признать, что в слоистых асфальтобетонных покрытиях опасной плоскостью скольжения может
быть не классическая наклонная, а плоскость контакта слоёв, располагающаяся горизонтально.
Цель и постановка задачи
Для проверки выдвинутой гипотезы на кафедре технологии дорожно-строительных материалов ХНАДУ были выполнены эксперименты по исследованию сдвигоустойчивости асфальтобетона посредством кручения цилиндрических образцов по методу В.А. Золоторева на сконструированном им приборе.
Проводилось также испытание асфальтобетонных образцов на растяжение при раскалывании (Бразильский метод).
Результаты исследования
Для испытаний сдвигоустойчивости были изготовлены образцы диаметром 0,071 м и высотой (135 ± 5) 10-3 м в специальных формах. предварительно, в процессе уплотнения, в образцы запрессовываются специальные закладные детали, снабжённые штифтами, через которые передаётся крутящий момент.
Образцы изготавливались из асфальтобетонов разных гранулометрических типов: «Б», «В», и «Г» с оптимальным количеством вяжущего в каждом составе (табл. 1).
Для сравнения прочности на контакте слоёв образцы изготавливались 2-х типов: монолитные, из смеси одного типа, уплотнённые прессованием за один раз на всю толщину и составные. Составные образцы изготавливались из асфальтобетонов одного типа или из разных.
Сначала запрессовывалась нижняя часть образца, спустя некоторое время (»20 мин) засыпалась и
уплотнялась остальная часть материала. Такая методика принята с целью иммитации технологического процесса, проходящего практически в процессе послойного устройства асфальтобетонных покрытий. Результаты испытаний представлены в табл. 2.
Они свидетельствуют, что предельное сопротивление сдвигу Тсдв. зависит от гранулометрического типа смеси, что может быть объяснено на основе учета свойств плёнок вяжущего между свободным и структуированным вяжущим [2].
Насыщение смеси щебнем увеличивает шероховатость плоскости скольжения, что и отражается на параметры внутреннего трения и значений тда. Во всех случаях составные образцы (табл. 2) показывают снижение Тсдв. .
При этом и однородный по составу тип смеси (В/В) также характеризуется меньшей сдвиго-устойчивостью (0,18 МПа в сравнении с 0,20 в однородном по составу типе «В»).
Визуально у монолитных образцов произошло разрушение либо у закладной части, либо срез по классической наклонной площадке.
Для составных образцов в 62 % случаев сдвиг происходит по контакту слоёв (рис. 1, 2, 3).
Характерно, что в процессе испытания на растяжение при расколе отсутствуют «провалы» в свойствах, полученные при оценке сдвигоустой-чивости, (наиболее характерно это в зернистых типах смесей (В/Б).
Однако и в данном случае составные слои (В/В) показывают снижение прочностных показателей (0,263 МПа по сравнению с 0,276 МПа в монолитном слое).
Таблица 1 Гранулометрические типы асфальтобетонных смесей
Содержание составляющих в смеси Типы смеси
«Б» «В» «Г»
Щебень 5-15 % 40 20 -
Отсев, % 52 72 32
Минер. порошок, % 8 8 8
Битум (сверх 100 %) 5,0 5,5 6,0
Вид способа испытаний Типы образцов и прочность при испытаниях
монолитный образец составной образец
«Б» «В» «Г» В/Б В/В Г/В
Растяжение при расколе Rp, МПа 0,15 0,28 0,36 0,21 0,26 0,29
Сдвиг при кручении тда. МПа 0,165 0,20 0,17 0,15 0,18 0,16
Таблица 2 Механические характеристики образцов модели асфальтобетонного покрытия
Рис. 3. Срез по контакту слоёв
Заключение
Таким образом, экспериментально подтверждена гипотеза, что для многослойных асфальтобетонных покрытий опаснее сдвиг не по наклонной плоскости (по направлению Тшах), а на контакте слоёв. В результате происходит расслоение монолитного покрытия, что необходимо учитывать при расчёте на прочность асфальтобетонных слоёв на растяжение при изгибе [6].
Литература
1. Золотарёв В.А. Долговечности дорожных ас-
фальтобетонов. - Харьков: Выща школа, 1972. - 113 с.
2. ВБН В.2.3-218-186-2004 Дорожний одяг
нежорсткого типу. - К.: Укравтодор, 2004. -175 с.
3. Королёв И.В., Золотарёв В.А. и др. Асфальто-
бетонные покрытия. - Донбасс, Донецк, 1970. - 161 с.
4. Богуславский А.М. Оценка сдвигоустойчиво-
сти и трещиностойкости асфальтобетонных покрытий // Автомобильные дороги, 1973. -С. 10-12 .
5. Псюрник В.А. Влияние структурных особенно-
стей бетона на его деформационно-прочностные свойства // Автореф. дисс. на соискание ученой степени к. т. н. - Харьков. 1984.
6. Гладкий А.В. Ряпухин В.Н. Особенности расче-
та на прочность многослойных покрытий и усиления нежестких дорожных одежд // Дороги i мости / Зб. наук. ст. - К. - Вип. 4. 2006. - С. 232-247.
Рецензент: В.В. Филиппов, профессор, д.т.н. ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 7 сентября 2006 г.
