CC BY
77
620.179.5..665.775.4
СРАВНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИ КРУЧЕНИИ И КОЛЕЕОБРАЗОВАНИИ
В.А. Золотарев, профессор, д. т. н., ХНАДУ, Д. Сибильски, профессор, д.т.н., Институт строительства дорог и мостов (Польша), С.А. Чугуенко, мл. науч. сотр., ХНАДУ
Аннотация. Представлены результаты определения показателей прочности при кручении и колееобразования асфальтобетонов, и рассмотрена возможность корреляционной зависимости между ними. Возможность такой связи объясняется сущностью сдвигоустойчивости асфальтобетона, заключающейся в перемещении плоскостей скольжения.
Ключевые слова: асфальтобетон, сдвигоустойчивость, колеемер, битум, пенетрация.
Введение
Показатель сдвигоустойчивости не регламентируется в нормативных документах нашей страны. В большей степени это связано с отсутствием объективного метода определения показателя сдвигоустойчивости асфальтобетона в лабораторных условиях.
Анализ публикаций
В странах западной Европы получили распространение два основных способа определения сдвигоустойчивости асфальтобетонов [1], которые назвать координально не отличаются друг от друга нельзя. Оба метода основаны на измерении колеи в асфальтобетонном образце после определенного количества проходов колеса с определенной нагрузкой. Различия состоят именно в типе колеса, посредством которого передается нагрузка на образец. Так, во французском колее-мере [1, 2] это пневматическое колесо, а в английском металлическое. Можно предположить, что результаты колееобразования, получаемые с помощью французского колеемера имеют наибольшую степень достоверности, поскольку в максимальной мере отражают воздействие колеса автомобиля на покрытие автомобильной дороги. В то же время воздействие колеса автомобиля на покрытие автомобильной дороги, вызывает сложное напряженное состояние покрытия. В нем возникают не только сдвигающие усилия, но и так же сжимающие, растягивающие и изгибающие.
В случае же определения сдвигоустойчивости по методу кручения, который применяется в ХАДИ на протяжении 40 лет, создаются условия для так называемого «простого сдвига» [3]. Хотя в ас-
фальтобетоне возникают сдвиговые напряжения не за счет кручения, а скорее за счет выдавливания асфальтобетона из-под колеса автомобиля, тем не менее в обоих случаях деформации формируются за счет скольжения плоскостей друг относительно друга, что является физической причиной сдвига.
Цель и постановка задачи
Целью данной работы было показать качественную или количественную (корреляционную) взаимосвязь между показателями, характеризующими способность асфальтобетонов сопротивляться пластическому деформированию, применяющимся в нашей стране (сопротивление сдвигу) и зарубежом (глубина колеи). В пользу такой возможности свидетельствует то, что при определении колееобразования сдвиговая деформация является важнейшей составляющей сложного механизма деформирования. Малый удельный вклад в сдвигоустойчивость других составляющих сложного напряженного состояния асфальтобетона, не может внести существенные изменения в сопротивление асфальтобетона к колееоб-разованию.
Методы и объекты исследования
Для сравнительной оценки показателей сдвиго-устойчивости при кручении и колееобразования при движении по плите асфальтобетона пневматического колеса были проведены испытания асфальтобетонов с различной крупностью зерен щебня обоими методами. В Научно-исследовательском институте Дорог и Мостов Польши (1ББ1М - Варшава) под руководством заместителя директора института, проф. Д. Сибильски были проведены испытания колееобразование при
температуре 60 оС и 60 000 проходах по одному следу. Польские пробы (рис. 1) представлены тремя видами асфальтобетона с различной максимальной крупностью зерен щебня и различными видами вяжущих (табл. 1), которые в практике дорожного строительства Украины и России не используются.
Рис. 1. Проба асфальтобетона после определения колееобразования
Таблица 1 Краткая характеристика использованных асфальтобетонных смесей
Обозначение Тип асфальтобетона Вяжущее *
1А 35/50 RG
1В ВА 12 Nynas 20/30Rx
1С Olexobit 30B
2A 35/50 RG
2B BA 16 Nynas 20/30Rx
2C Olexobit 30B
3A 35/50 RG
3B BA 20 Nynas 20/30Rx
3C Olexobit 30B
4D TARPHALT 30B
*35/50 RG - битум производства Польши с пе-нетрацией при 25 оС 45*1/10 мм Nynas 20/30 - битум производства фирмы Nynas с пенетрацией при 25 оС 23*1/10 мм Olexobit 30B - битум модифицированный полимером SBS производства BP Polska, с пенетрацией при 25 оС 41*1/10 мм Tarphalt 30B - битум модифицированный полимером SBS производства Tarco Dania, с пенетрацией при 25 оС 38*1/10 мм
На полученных образцах четко просматриваются результаты испытаний в виде следов прохода пневматического колеса. Испытанные таким образом образцы были пересланы в Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет. Для определения показателей прочности при кручении из представленных проб были за-формованы цилиндрические образцы (рис. 2), которые были испытаны при температуре 50 оС и скорости загружения 1,5 кг/с.
Рис. 2. Образцы цилиндры, полученные переформовкой смесей польских проб, до и после определения прочности при кручении
Сравнение показателей сдвигоустойчивости при кручении и колееобразовании
Сдвигоустойчивость асфальтобетонов сравнивали по группам на смесях различной крупности. В начале рассмотрены результаты испытаний проб с крупностью зерен щебня 12 мм (рис.3). При этом сопоставляются значения колееобразования с обратным значением сдвигоустойчивости при кручении. Это сделано для удобства сравнения так как с уменьшением пенетрации глубина колеи также уменьшается, а сопротивление сдвигу при кручении наоборот увеличивается. В представленном случае критерии колееобразования и сдвигоустойчивости при кручении имеют идентичный характер.
Пенетрация, 1/10 мм
Рис. 3. Характер изменения сдвигоустойчивости и колееобразования асфальтобетона со щебнем крупностью 12 мм от пенетрации, использованного в нем вяжущего
Для асфальтобетонов на тех же вяжущих, но с максимальной крупностью щебня 16 мм получены зависимости аналогичные предыдущим случая (рис. 4). Они показывают качественную идентичность изменения показателей сдвига при кручении и колееобразования при изменении пенет-рации вяжущего.
При построении такой зависимости для асфальтобетона с максимальной крупностью зерен 20 мм зависимости колееобразования и сдвигоустой-
и
>
о
н
(О
0Û
о
п
(В
а
ю
о
e
e
ц
о
у
>s
о
т
и
>
о
|_
и
0Û
ч
и
Пенетрация, 1/10 мм
Пенетрация, 1/10 мм
Рис. 4. Характер изменения сдвигоустойчивости и колееобразования асфальтобетона со щебнем крупностью 16 мм от пенетрации принятых вя^щих
Рис. 5. Характер изменения сдвигоустойчивости и колееобразования асфальтобетона со щебнем крупностью 20 мм от пенетрации принятых вяжущих
чивости существенно различаются (рис. 5). При этом характер для зависимости сдвигоустойчивости при кручении от пенетрации представляется более логичным, чем кривая колееобразования.
В то же время существенные отличия, показанные на рис. 5, в значительной мере могут определяться большой крупностью (> 20 мм) щебня в третьей серии проб. При диаметре образца-цилиндра на кручение, равной 70 мм и уплотнении прессованием трудно добиться плотности образцов, идентичной той, что свойственна крупномасштабным образцам прямоугольникам для испытаний на колеемере. В то же время можно отметить, что колеемер слабо реагирует на изменение пенетрации битума от 23 до 41 х 0,1 мм. Во всех случаях приращение колеи в этом случае гораздо менее интенсивное, чем при переходе от пенетрации 41 х 0,1 мм к пенетрации 45 х 0,1 мм.
Не располагая сведениями о всем комплексе свойств органических вяжущих, использованых польской стороной, трудно судить о причинах грубых несоответствий между данными по кручению и колееобразованию
Тем не менее, не смотря на указанные выше особенности и условия получения результатов исследований двумя методами, можно утверждать, что существует слабая корреляционная зависимость между сдвигоутойчивостью при кручении и колееобразованием (рис. 6).
Построенная корреляционная зависимость не может рассматриваться в качестве достаточно надежной характеристики рассматриваемых свойств, поскольку она получена на основе малого числа результатов, некоторые из которых могут быть отнесены к грубым промахам. Физические значения показателей сдвигоустойчивости, определенных по двум критериям (табл. 2) показывает, что значения глубины колеи более чувствительны к крупности зерен в смеси и вязкости используемого вяжущего. Взаимосвязь могла бы быть более тесной, если бы в качестве вяжущих в польских смесях использовались битумы марок близких к тем, что предусмотрены украинским стандартом ДСТУ 4044-2001
Сдвигоустойчивость при кручении,
МПа
Рис. 6. Корреляционная зависимость между ко-лееобразованием и сдвигоустойчивостью асфальтобетона
Таблица 2 Значения прочности при кручении и колееобразовании
Критерий Единица измерения Индексация проб
1A 1B 1C 2A 2B 2C 3A 3B 3C 4D
Колееобра- зование % >15 4.8 5.3 >10 4.8 5.3 >12 6.5 4.5 2.6
Сдвиг при кручении МПа 0,25 0,34 0,32 0,26 0,35 0,32 0,24 0,36 0,27 0,3
Кроме того, эти данные не могут рассматриваться как такие, которые получены на идентичных образцах, поскольку образцы на кручение получены переформовкой под давлением 30 МПа уже уплотненных методом пневмоукатки и испытанных под действием 60 000 проходов пневматика. Тем не менее коэффициент корреляции, близкий к
0,88 является все же достаточным аргументом в пользу взаимосвязи показателей колееобразова-ния с показателями прочности на сдвиг при кручении. Для более тщательной проверки взаимосвязи этих критериев целесообразно увеличить количество проб до статистически презентатив-ного, разнообразить минеральные составы смесей, использовать более широкий (по пенетрации) спектр битумов, включить в исследование достаточно большое количество проб асфальтополи-мербетонов. В таком случае качественная картина взаимосвязи колееобразования и разрушения на сдвиг при кручении может быть трансформирована в более тесную количественную взаимосвязь. Это позволило бы украинским дорожникам с определенной степенью риска сравнивать сдви-гоустойчивость асфальтобетонных покрытий на дорогах Украины с устойчивостью против колее-образования на дорогах европейских стран.
Заключение
В духе сотрудничества и взаимного доброжелательства осуществлен первый в истории дорожного строительства Польши и Украины эксперимент, направленный на изучение показателей сдвигоустойчивости, определенных методами, применяемыми в Польше, странах ЕС и Украине.
Полученные результаты показывают, что существует качественная связь между этими показателями, которая при более объемном и целенаправленном сопоставительном эксперименте может быть трансформирована в тесную количественную статистическую зависимость.
В основе такой зависимости лежит единство физической сущности сдвигоустойчивости асфальтобетона, заключающейся в перемещении плоскостей скольжения в асфальтобетоне под нагрузкой по наиболее слабым контактным зонам.
Литература
1. Всемирная дорожная ассоциация. Технический
комитет «Нежесткие дороги» (С8). Модфи-цированные битумные вяжущие, специальные битумы и битумы с добавками в дорожном строительстве. / Пер. с франц. д.т.н. В. А. Золотарева, инж. Л. А. Беспаловой; Под общей ред. д.т.н. В.А. Золотарева, д.т.н. В.И. Братчуна. - Харьков: Изд-во ХНАДУ, 2003. - 229с.
2. Sybilski D. Validation of emperical test for poly-
mer-modified bitumens. - EUROBITUME WORKSHOP 99. - 1999. -Paper № 88.
3. Золотарев В. А. Исследование свойств асфаль-
тобетонов различной структуры: Автореф. дисс. к.т.н. - Харьков.: 1967. - 24 с.
Рецензент: Э.Д. Чихладзе, профессор, д.т.н,
ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 31 января 2005 г.
