Исследование пластичности дорожных асфальтобетонов



Исследование пластичности дорожных асфальтобетонов

Кузин Николай Владимирович, кандидат технических наук, доцент

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

В статье приведена методика испытаний асфальтобетонных образцов на сжатие при различных температурах и напряжениях. Получены экспериментальные зависимости деформации от напряжений, которые могут быть применены для математического моделирования модуля пластичности асфальтобетона от различных факторов.

Ключевые слова: пластическая деформация, асфальтобетон, дорожное покрытие.

Наблюдаемая в РФ интенсивная автомобилизация привела к тому, что возросли нагрузки на асфальтобетонные дорожные покрытия, увеличению интенсивности движения и повышению доли тяжелых грузовых автомобилей в составе транспортного потока. В связи с этим фактические межремонтные сроки стали существенно меньше сроков службы, на которые запроектирована дорожная конструкция. Поэтому в настоящее время особую остроту приобрела проблема разработки новых методов расчета дорожных конструкций, важнейшим элементом которых является асфальтобетонное покрытие. Среди таких методов выделим способы расчета асфальтобетонных покрытий и оснований по сопротивлению сдвигу [1, 2]. В основе таких методов применяют условия пластичности, учитывающие эффект, накапливания асфальтобетоном повреждений [3, 4], а так же грунтовые критерии, которые себя хорошо зарекомендовали при расчете земляного полотна по сопротивлению сдвигу [5–9]. Так же отметим, что предпринимаются попытки разработки методов расчета дорожных конструкций по критерию накапливания пластических деформаций, которые обуславливают глубину неровности [10]. Проблема этих методов состоит в том, что они разработаны для дискретных материалов [11–15], и поэтому не могут быть применены к асфальтобетонам без тщательного экспериментального обоснования с определением коэффициентов математических моделей. Учитывая эту проблему автор предложил выполнять расчет пластических деформаций, накапливаемых асфальтобетоном по формуле [16]:

(1)

где К_дин –динамический коэффициент; р — давление от колеса на покрытие, МПа; _аб– коэффициент Пуассона асфальтобетона; N — число приложенных нагрузок; Е_{паб —} продольный модуль, характеризующий величину пластической деформации (модуль пластичности), МПа; h — толщина слоя, м; Е_в и Е_осн –модули упругости соответственно асфальтобетона в рассчитываемом слое и подстилающего слоистого полупространства, МПа; D — диаметр отпечатка шины расчетного автомобиля, м.

Для применения формулы (1) необходимо определить зависимость модуля пластичности от величины напряжения, температуры асфальтобетона, марки битума и др. факторов. Поэтому задачей настоящей публикации является разработка методики лабораторных испытаний и определение функциональной зависимости, заданной таблично для последующего математического моделирования, модуля пластичности асфальтобетона от перечисленных факторов.

Для испытаний нами были изготовлены цилиндрические образцы асфальтобетонов из расчета, чтобы одна группа образцов, имеющая одинаковые составы, остаточную пористость и температуру при испытании, насчитывала 10 образцов. Каждый образец изготавливался в стальной форме при помощи уплотнения гидравлическим прессом, что соответствует требованиям ГОСТ 12801.

Экспериментальные исследования проведены в лабораторных условиях посредством испытания образцов на разрывной машине РГД-5. Нагрузка на образец передавалось через жёсткий круглый штамп диаметром 10 см, на который оказывалось силовое воздействие со стороны нагрузочного механизма. Нагрузка прикладывалась ступенями с шагом 19,62 Н. Поверх штампа строго по центру устанавливался штамп диаметром 2 см снабженный двумя заплечиками, на которые устанавливались измерительные стержни индикаторов часового типа марки ИЧ-100. В результате испытаний установлено, что математическая модель модуля пластичности асфальтобетона может быть дана экспоненциальной функцией вида:

(2)

где а_пм и b_пм — коэффициенты, зависящие от содержания щебня в асфальтобетоне и его остаточной пористости, МПа, и °С^-1 соответственно.

Значения постоянных коэффициентов представлено в таблице 1.

Таблица 1

Значения коэффициентов а_пм иb_пм при температуре асфальтобетона 40 ^оС идавлении на образец 0,6 МПа

Содержание щебня, %	Остаточная пористость, %	Значения коэффициентов
		апм	bпм
60	5	24080,664098	-0,079162
	4	28134,654341	-0,079072
	3	35458,725911	-0,079826
50	5	21980,603940	-0,079151
	4	25495,271107	-0,078854
	3	32682,543694	-0,080250
40	5	21637,219306	-0,080149
	4	24474,732481	-0,079118
	3	31451,931973	-0,080715
30	5	20359,36221	-0,07945
	4	23636,445232	-0,079200
	3	30104,548193	-0,080975

Аналогичные данным табл. 1 результаты испытаний, получены при давлениях на образец 0,4; 0,8 и 1 МПа и температуре асфальтобетона 10; 20; 30 и 50 ^о С, что в последствии позволит разработать четырех факторную математическую модель модуля пластичности асфальтобетона.

Литература:

1. Чусов В. В. Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальтобетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу // Молодой ученый. — 2016. — № 6 (110). — С. 221–227.

2. Новиков А. Ю. Учет поврежденности монолитных и дискретных материалов при проектировании дорожных конструкций // Молодой ученый. — 2016. — № 8. — С. 265–270.

3. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2015. № 1 (41). — С. 47–54.

4. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 219–225.

5. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск: СибАДИ, 2013. — С. 228–235.

6. Александров А. С., Калинин А. Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона — Мора // Инженерно-строительный журнал. — 2015. № 7 (59). — С. 4–17.

7. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. Применение критерия Друкера-Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2013. № 2. — С. 26–29.

8. Чусов В. В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. — 2015. № 4 (61). — С. 49–57.

9. Долгих Г. В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 6 (34). — С. 43–49.

10. Герцог В. Н., Долгих Г. В., Кузин В. Н. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. — 2015. — № 5 (57) — С. 45–57.

11. Александров А. С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. — Омск: СибАДИ, 2014. — 152 с.

12. Семенова Т. В., Герцог В. Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 1 (29). — С. 68–73.

13. Александров А. С., Киселева Н. Ю. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — С. 49–59.

14. Семенова Т. В., Гордеева С. А., Герцог В. Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2012. — № 4 (37). — С. 247–254.

15. Александров А. С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4 (39) — С. 22–34.

16. Кузин Н. В. Учет упруговязкопластических свойств асфальтобетонных покрытий и оснований при проектировании дорожных одежд / Автореф. канд. техн. наук. — Омск: СибАДИ, 2008. — 19 с.