CC BY
11УДК 666.695.2
Б.Г. ПЕЧЕНЫЙ, д-р техн. наук, В.Л. КУРБАТОВ, д-р экон. наук, Северо-Кавказский филиал Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова (г. Минеральные Воды, Ставропольский край); Е.А. ДАНИЛЬЯН, канд. техн. наук, Северо-Кавказский государственный технический университет (Ставрополь); В.Г. ПОТЕМКИН, инженер (skf-bgtu@yandex.ru), Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Устройство для определения
внутренних напряжений и трещиностойкости
материалов в покрытиях дорог
Для определения внутренних структурных и температурных усадочных напряжений, в частности в асфальтобетонах и бетонах, а также их трещиностойкости применяют ряд устройств [1, 2]. Автоматическая установка УОНДА-1420 позволяет испытывать образцы материалов по трем схемам: I — при охлаждении и нагревании защемленного по концам образца и определять температурные напряжения (б) и температуру растрескивания (Тр); II — при механическом одноосном растяжении устанавливать прочность при растяжении и деформацию; III — при охлаждении или нагревании свободно лежащего образца, измеряя линейные деформации, определять дилатометрические характеристики, такие как коэффициент линейного теплового расширения, температуру структурных переходов — температуру текучести (Тт) и стеклования (Тс) [1]. Испытания можно производить в интервале температуры -70оС — +50оС в широком диапазоне скоростей нагружения и охлаждения. Установка УОНДА-1420 позволяет определять комплекс важнейших характеристик материалов, однако она сложна по конструкции, ее система охлаждения требует расхода жидкого азота. Изготовление испытуемых образцов осуществляют в отдельных формах, после извлечения из которых их устанавливают в захваты установки и производят испытания по I или II схемам. При извлечении образцов из формы снимаются возникшие при изготовлении внутренние структурные напряжения, из-за чего напряженное состояние образцов при испытаниях отображается не в полной мере.
Рис. 1. Устройство для определения внутренних напряжений и трещиностойкости материалов: 1 - поперечные пластины; 2 - боковые пластины; 3 - захваты; 4 - испытуемый образец; 5 - тензодатчики; 6 - термопара; 7 - измеритель температуры; 8 - тензоиндикатор DN-10W
В патенте [3] авторами предлагается более простое устройство для определения внутренних напряжений и трещиностойкости материалов, а также условий изготовления и испытания их образцов в покрытиях. Устройство содержит форму для образца, включающую захваты и боковые пластины, автоматическую систему регистрации напряжений с использованием тензодат-чиков и термопар, а также две торцевые пластины, между которыми расположены боковые пластины и захваты (рис. 1). Образец для испытания готовят непосредственно в форме, ограниченной захватами и боковыми пластинами. Его испытание производят при охлаждении без извлечения из формы, что максимально моделирует напряженное состояние материала, уложенного в покрытие. Захваты выполнены из материала, термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР) которого в диапазоне рабочей температуры больше, чем ТКЛР материала боковых пластин, а их температурные зависимости пропорциональны. Длина захвата (I), его ТКЛР (а), длина боковой пластины (/1), ее ТКЛР (а1) связаны соотношением:
21а = 11 а1.
При этом термическое расширение (сужение) захватов полностью компенсирует расширение (сужение) боковых пластин. Этим обеспечивается постоянство длины защемленного в захватах образца при его охлаждении-нагревании, простота и точность определения температурных усадочных напряжений при охлаждении образца и его трещиностойкости от действия этих напряжений или при совместном действии структурных и температурных усадочных напряжений или, например, при старении.
Использование такого устройства для определения внутренних напряжений и трещиностойкости материалов позволяет проводить испытания по идеальной схеме защемленного по концам образца.
Однако опыт эксплуатации устройства показал, что тензодатчики, наклеенные на образец или боковые пластины устройства, отслаиваются или подвергаются деструкции при повторных испытаниях при низких значениях температуры, при замораживании-оттаивании во-донасыщенных образцов или при их старении в процессе выдерживания в тех или иных условиях, что приводит к искажению результатов определения усилий. Для упрощения конструкции, повышения достоверности и точности испытания образцов пластбетона и других материалов произвели модернизацию приспособления [4]. Для регистрации усилий и момента растрескивания испытываемых образцов устройство содержит конденсатор и систему регистрации емкости конденсатора, одна из пластин которого закреплена на захвате, а другая на
научно-технический и производственный журнал £J\±Jг\i>\'::
48 октябрь 2011 ы ®
10
\ \\\\\\\\\^
Вид А-А
Рис. 2. Схема модернизированного устройства для определения тре-щиностойкости материалов
няют с аналого-цифровым преобразователем 10. На образце 4 крепят термопару 13, которую соединяют с аналого-цифровым преобразователем 10. Сигналы емкости и температуры поступают в узел визуализации и хранения данных 11. Измерение емкости конденсатора можно производить с помощью цифрового измерителя иммитанса Е7-22, а температуру — мультиметром.
Испытание производят при охлаждении устройства с образцом в камере низкотемпературного холодильника.
Применение разработанного устройства при исследовании трещиностойкости асфальтобетонов и цементобетонов позволяет получить достоверные количественные характеристики трещиностойкости этих материалов, используемых для дорожных покрытий.
Ключевые слова: внутренние напряжения, трещино-стойкость, устройства и методы определения.
Список литературы
1. Печеный Б.Г., Масленников В.В., Андрюшенко С.Н., Лосев В.П. Установка для определения внутренних напряжений и температур растрескивания материалов // Заводская лаборатория. 1979. Т. 45. № 2. С. 171-173.
2. Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. М.: Химия, 1990. 256 с.
3. Пат. на изобретение № 2315962 РФ. Устройство для определения внутренних напряжений и трещиностойкости материалов / Печеный Б.Г., Скориков С.В., Данильян Е.А. и др. // Опубл. 20.01.2008. Б.И. № 3. С. 104.
4. Патент на полезую модель № 104711. Устройство для определения трещиностойкости материалов / Печеный Б.Г., Курбатов В.Л., Данильян Е.А., Потемкин В.Г. // Опубл. 20.05.2011. Б.И. № 14. С. 168.
5
А
8
9
боковых пластинах. По изменению емкости конденсатора регистрируют усадочные напряжения в образце при его охлаждении или выдерживании образцов в приборе при различных температурно-влажностных условиях. Емкость конденсатора С связана с усилием (напряжением), возникающим в захватах и боковых пластинах при усадочных деформациях испытываемого образца. Усилие в боковых пластинах и захватах устройства определяют по тарировочной зависимости емкости конденсаторов от усилия, измеряемого пружинным динамометром при нагружении или охлаждении (нагревании) устройства.
Структурная схема модернизированного устройства для определения трещиностойкости материалов изображена на рис. 2.
Устройство содержит поперечные пластины 1; боковые пластины 2; захваты 3; пластины конденсатора, одна из которых 7 закреплена на захвате 3; а другая пластина конденсатора 5 закреплена на боковых пластинах 2; крепления 6 пластины конденсатора 5; крепления 8 пластины конденсатора 7; болты 9; систему регистрации емкости конденсатора и температуры образца в аналого-цифровом преобразователе 10, а также в узле визуализации и хранения данных 11; боковые прокладки 12 (обозначены пунктиром); термопару 13. На рис. 2 показан испытуемый образец 4. Устройство работает следующим образом. Испытуемый образец изготавливают в форме, образованной боковыми пластинами 2, боковыми прокладками 12 и захватами устройства 3. После изготовления образца прокладки 12 убирают. На боковых пластинах 2 крепится с помощью 6 пластина конденсатора 5, а на захвате 3 устанавливается с помощью креплений 8 параллельно пластине 5 другая пластина 7 конденсатора. Пластины конденсатора соеди-
Строительные Материалы
и
GS EXPERT
IV конференция
«Текущее состояние строительного комплекса и перспективы посткризисного развития промышленности строительных материалов РФ» в рамках выставки
«Отечественные Строительные Материалы-2012»
26 января 2012 г. Москва, Экспоцентр
В программе:
- пленарный доклад о результатах работы строительного комплекса РФ в 2011 г.;
- доклады руководителей отраслевых ассоциаций о тенденциях развития подотраслей промышленности строительных материалов;
Получить дополнительную информацию и направить заявку на участие в конференции можно по тел./факсу (499) 976-22-08, 976-20-36, e-mail: mail@rifsm.ru
Cj научно-технический и производственный журнал
® октябрь 2011 49~
