автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Разработка методов повышения износостойкости верхних слоев дорожных покрытий из битумо-минеральных смесей

С В 9 2

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНЫ ГРУЗШ! ГРУЗИНСКИЙ ТЕХШЧЗСШ'Й УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПЛНУАШШ ТЕНП13 ИРШКШИ

уд:; 6;]5.7.С33.373

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНЫ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ Б2РХШХ СЛОЕВ ДОРШШХ ГОХРЫТ1Ы 113 ШТУ!.:С-И ШЕРАЛЫНЫХ СЖЕЛ

Сшцкальность 05.23.05- Строительные материалы

и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой стетнп кандидата технических наук

Тбилиси - 1992

Работа выполнена на кафедре Автомобильные дороги Грузинского Технического Университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Гоглидзе В.М.

Официальные оппоненты: -доктор технических наук

Читаишвили Т. Г-

-кандидат технических наук

Шилакадзе Т. А.

Ведущая организация -уцразлеше дорожного хозяйства цри мерии г. Тбилиси

Зацита диссертации состоится " & " 1992г. в /5"'

часов па заседании специализированного Совета К.057.01.02 по цри-сугдешю учёной степени кандидата технических наук в Грузинском техническом университете по адресу: 380075, Тйилиои-75, ул. М.Состава, 68, аудитория 605.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ГТУ по адресу: ЗС0075, Тбилиси-75, ул.М.Костава, 77, административный корпус.

Автореферат разослан "/$ " О 1992г.

Учений секретарь

специализированного Совета канд.тех. наук,

доцент Угулава Л.Г.

к.;««*»-.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ-

Актуальность •работы: Среда усовершенствованных типов дородных огфытиЯ ведущее положение принадлежат некесткому покрытию, в частости, - асфальтобетонному покрытию. £о сравнению с другими, покри-ая где вянущим фактором является битум, характеризуются высокими коплуатационныш и технико-экономическими показателям: высокой рочностыо, устойчивостью, ровностью, а таксе хорошим показателен эпротивления истиранию. В Грузии строительство доро;:сного похитил з битумо-шнеральных смесей осуществляется по единой технико-норма-звной документации. Последние недостаточно предусматривают сиецп-яческое влияние горного рельефа в сочетаний с горячим климатом, более эго, в технической документации зачастую пет указании о учете такого •ссплуатационного показателя, каким является износостойкость дорог-эго по1фытия, з то время как этот показатель играет главную роль в 5еспечении нормативных сроков его эксплуатации.

Следует отметить, как пример, что в условиях гор.Тбилиси износ эрожного покрытия весьма интесивен, несмотря на то, что применяемые зфальтобетоны удовлетворяют техническим требованиям. ,:енно это обстоятельство послужило основой для критического перосмот-1 существующих нормативов проектирования устройства и эксплуатации ¡фальтобетонных покрытий, осуществляемого путем анализа эксшуатащ,-1ых условия п соответствующим комплексом оксперп.монтальных исоледо-шии, а так яе выработки специальных технических требовании.

Цель работы: Анализ износа дородных покрытнИ г. условиях эксплуа-

На основе экспериментальных исследовании, устаиовленое нор:.лтиз-

к величин износа и выработка мероприятии по увеличению лзносостой-юти дорожного покрытия.

Обт »ект исследований. Истираемые слои дооолшых покрытии.

Научная новизна. Научно обоснованы вопоосы механизма обрд^ова— я износа асфальтобетонных слоев и некоторые теоретические аспекты носостойкостл.

Модернизована лабораторная установка по испытанны на нзпо^остол-сть;

Получено выражение для определения износа асфальтобетона и учетом иянпя климатических факторов;

Выработана инвариантная характерноинса износостойкости -аналити-окое вырат.ение модуля износостойкости.

щии;

Отработали общие положения по увеличению износостойкости асфальтобетонных покрытий.

Практическое значение работы. В результате проведенных лабораторных ив полевых условиях исследовании по истиранию слоев асфальтобетона разработана номограмма и установления оптимальных параметров состава асфальтобетона (грябликешшх подбор состава).

.доставлена таблица в котором даются значения модулей износа асфальтобетонов используемых- в Грузки,

Реализация работы. Нз асфальтобетонов с оптимальным модулем износостойкости в гор.Тбилиси на экспериментальном участвз общей площадью 00С;.]--(300x3 сИм.и~) улсссон дородный слой, который после эксплуатации в течении 3 лет находится в удовлетворительном состоянии и не требует ремонта.

Випссится на защиту.

Теоретические вопросы износа и износостойкости асфальтобетонных похфнтий;

.'лстоди оценки износа асфальтобетонных покрытии в лабораторных и ■ в полевых условиях;

Экспериментальные исследования износостойкости асфальтобетонов различных составов используемых в условиях Грузии с целью улучшения показателей износостойкости;

Экспериментальных исследования влияния различных факторов на износостойкость асфальтобетона.

/авторская номограмма по подбору оптимального состава асфальтобетона:

Теоретические вопроси устойчивости щебня в асфальтобетоне; •

Экспериментальные вопроси исследования устойчивости крупного заполнителя в асфальтобетоне.

Мероприятия по увеличению износостойкости асфальтобетона.

Апробация работы. Основные вопросы и положения, заключения п рекомендации доложены:

- на Всесоюзно!; научно-исследовательской конференции "Перспективные экономичные п долговечные конструкции Автомобильных дорог г. технология их сооружения", союздоршш, 1,'юсква, 19Ь7г.

- на научно-технической конференции, Интенсификация дородного строительства, Владимир, 1сьог.

- на научно-технической хсонфереицпи. Ш1 -Тбилиси,

Публикации. По теме диссертации опубликовало 5" печатных трудов; получено положительных'решение по изобретению.

Объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы, общие выводы, приложение, список литературы наименовании. Он состоит из

страниц машинописного текста, из ъд чертежей, из 16 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТА

Износ асфальтобетонных или других видов доро;::ншс покрытии из юфальтобетона и других видов битумошнеральных материалов является '.ложным процессом не подающимся точному аналитическому описашпо и «ычисленшо. Поэтому его следует рассматривать как самостоятельную арактеристаку и определять опытны,? путем.

Вопросы классификации и механизма износа является дискуспоппим. >днако з первом приближении износ можно классифицировать как фпзико-юханический (образивныД) от воздействия колесно.'; нагрузки и атмос-ерных факторов, физико-химический или коррозионный (эрозионшп!) от оздействия химических реагентов и климатических факторов, а также шплексныЁ от совместного действия этих факторов.

На контактной площади между колесом и покрытием создается папря-енное состояние от действий вертикальных порядка 0,2+0,6 Lilia и гори-онтальных (тангоциальных) (в среднем 0,1+0,4 Iffla) усилии. Ьа счет ластичности шины эти усилия распределены неравномерно в центре кон-актной площади больше почти 1,5 раза, а по кроям меньше, иропе того аличие рисунка (выступов) на поверхности попытки способствует ношению этих усилий примерно на 30%.

Вертикальные усилия вызывают контактирование и прижатие резины поверхности покрытия придавливая при этом мшфо и Ш1фо агрегаты ифочастицы к поверхности сдоя асфальтобетона. Горизонтальные уси-зя вызывает сдвиг резины по поверхности по1фытля обусловливающий эение качения и трение скольжения в результате которых происходит знапшвание доронннх покрытий.

Износ нежостких дородных покрытий с битумным вяжущим зависит от югих факторов характеризующих самого покрытия: вязкости, количест-i и адсорбционной активности битуш, количества и поверхности актив-юти минерального порошка и песка, прочности количества и формы ^бня, гранулометрического состава смеси, плотности и прочности пок-

ГТИЯ.

Характер изменения изнооа (в зависимости от количества битума смеси) анаюгичеп изменению прочности при оптимальном (по прочности)

количества битума износ становится минимальным, а износостойкость максимальной. Следовательно при увеличении количества битума в асфальтобетоне износ сначала уменьшается, а после определенного (оптимального) количества снова начинает рости. Исходя из этих положений холодный асфальтобетон содерзглщий менее вязкий (кидкий) битум и в то г;е время с меньшим количеством являются менее износостойким и по сравнению горячего асфальтобетона. При этом существенное значение имеет содержание более активных компонентов в битуме обеспечивающих повышение сцепления битума с каменными материалами и следовательно повышенную износостойкость особенно при присутствии вода. Минеральный порошок размером зерен < 0.U5 мм при смешении с битумом образуя асфальтовяхущее вещество существенно повышает износосто! кость. Ifen этом одним из главных определяющим фактором является оптимальное соотношение битума и минерального пороыка_^.по массе, которое с точки зрения обеспечения необходимой износостойкости додано

меняться в пределах = 1*2. Меньше и большое значение связано ТГ

с повышением износа. Существенное значение имеет минералогический состав минерального порошка. Известняк и др. основные породы обеспечивающие прочную связь битумной пленки с поверхностью каменного материала. За счет' хемоадсорбции способствуют повышению износостойкости в сухом и особенно во'влажном состоянии покрытий. При использовании )05слых пород типа гранита износостойкость относительно низка

В обеспечении износостойкости шсок играет относительно малоактивную роль, чем минеральный порошок и щебень. Однако при потере устойчивости или при недостаточной структурной прочности щебень как и песок вырывается из поверхностного слоя. Этому способствует не только трение (качения и скольяения), но и зацепление резины пневматического колеса автомобиля. Наличие как бы кубической формы щебня приспособленной взаимной заклинке в какой-то степени способствует повышению износостойкости. Силы заклинки появляются при контактной структуре содержании щебня в смеси больше 35-40$ по массе, фи содержании меньше 35$ создается "плавающая" структура н устойчивость отдельных щебенок против вырывания в основном будет определяться от сил сцепления обусловленного асфальговяжущим веществом.

Износостойкость самого каменного материала (щебня, песка) зависит от природы камня, его кристалкческоп структуры, прочности и пористости. Структурные связи в скальных породах являются щщстализа-пронно-конденсационными и поэтому для них износ-истиранием связан хрупким разрывом этих связей и разрушением 1фисталлов и содержающах

них минералов. Эти разрывы как правило проходят по дефектны:.! носам породы, обусловленным несовершенство:! строешгя хфпсталличесхяй труктуры, сложностью и сланцеватостыэ пород и" наличием мпкротрсглп. то явление наиболее характерно для дробпепного гравия и проток-ют олее интенсивно под воздействием повторной колесной кагрузхл.

В зависимости от гранулометрического состава дробленного гласного .материала и мшфострух-.туры поверхности похфытпя предопреде^г-тся хсонтактная поверхность износа с различным соотношением отхгяь ых поверхностей щебня, песка п асфальтовя^ущего вещества. Следует грл этом учитывать шхфопро.шль поверхности покрытия особенно при аличии шероховатости па различные стадо;: изношенности обусловивших неодинахсовие контахстные нагоякехшя п силы трепля для разлпч-[цх точек возвышенности и впадины мл1фопрофилл.

При использовании мало прочного каменного материала пластпчес-ая податливость структуры асфальтобетона при которой ярулго? (ушение структуры поверхности П01фытзя частично заменяется пластп-гесхсим деформированием в некоторой степени уменьшается вырывание юрен щебня и песка. Цри этом наблюдается заглагдванне поверхности ХОХфЫТИЯ.

Жесткость и неподвижность структурных агрегатов зависит такг.е >т плотности. Рыхлое состояш;е смеси связанное с недоуплотнеппем ¡бусловливает относительно пониженное значение сил коренного тре-шя и внутреннего сцеплехшя и связанное с этим недостаточную износо-¡тойкссть.

Характерно, что существует определенная зависимость износа от хараметров прочности и асфальтобетона (модуля упругости, предела хрочности гери сдвиге, сяатии или растя/чехии). Однако, характер этой зависимости существенно меняется, по закономерности изменехитя вязкости от,температуры. Только в узкохл интервале, пащяяаер +3+ зависимость износа от параметров прочности можно считать отпоептелъ-ю постоянной. При нахфове лохфытии в маркую погоду износ блелфуе-гся с пластическими дефорнздвпля шкроагрегатов поверхностных слоев х поэтому при прочих равных условиях износ заметно снижается. Тахате язвос резко уменьшается ххрхх отрицательных кххзклх температурах. Колее интенсивный износ наблюдается хгалмерно при +15 ++„5°С захсопс: :ер-ность наблюдается для холодного асфальтобетона, но о той разнице!;, что на всем температурном интервале износ относительно увеличен за счет меньшего, по отношению горячего асфальтобетона, содеркан-я би-тутда и пик махсскмальпого износа по температуре сдг.:;гается в сторону

погашенной температуры.

Активным катализатором процесса износа является вода. Во' влажном состоянии износ относительно повышается на всем интервале изменения температуры особенно для смесей с повышенной пористостью в недоуплотненном состоянии, с уменьшенным содержанием минерального пороипса и битума, при наличии в асфальтобетоне некачественного минерального порошка, песта и щебня из кислых пород.

Следует отметить, что если при интенсивном движении автомобилей основным является механическдн и физико-механический износ покрытия, то при отсутствии движения покрытие изнашивается под влиянием физико химического воздействии климатических факторов. Характерно, что при этом, движение автомобилей является в основном положительным факторов , уменьшающим относительно физико-химический износ покрытия в то время как влияние атмосферных факторов наоборот способствует уси-ле-гопэ механического пли физико-механического износа ншфытия,

Процесс износа асфальтобетонных покрытий могло разбить на основные два этапа (см. рис.1).

Рис. I. Зависимость износа и от количества проходов колеса для мелкозернистого (песчаного) асфальтобетона более однородного состава; £- первый этап износа;

для средне и крупнозернистого асфальтобетона сравнительно неоднородного состава; 3- конец первого и начала второго этапа.

Первы.: птап продолжающийся до одного летнего сезона характеризуется процессами доупяотиенпя и формировпшя сопровождающиеся с повы-

швннш износом. Для более однородных мелкозернистых плотных асфальтобетонов первого этапа не быть. На втором этапе износ более плп ::епее стабилизируется становится постоянным в сухом-состоянии покрытий, но для некоторых составов асфальтобетона не совсем водоустойчивых з некоторым усилием во влакном состоянии. Исходя из этого общи]', характер изменения износа на графике показан с зигзагообразной нуш:-гирной линией.

Ввиду того, что первый этап все ке предопределяется совершенством доуплотнения и другими технологическими фактора;® зарасчэ'лг-!л целесообразно 1ртнять второй этап (см. рпс.1). Хотя графическое выражение зависимости износа от числа проходов колеса представлена реальной зигзагообразной линией для практических расчетов моги о зчитать прямой с постоянным наклоном. Тогда формула екегоднего паюса асфальтобетонного покрытия можно представить в виде:

Ku e.ii Ки п+2

?де: и о -износ от воздействия кли1.:атических факторов без учета воздействия пневматического колеса, ш за год (расчетный срок);

(ис и Ки-в-модули изнашиваемости сухого и Еодонасыщенного асфальтобетона, прх/мм;

•¿I и ¿2-соответственно сухие и влажные периоды (число дней) в году, (за расчетный срок) по климатическим справочником данной климатической зоны (региона);

Ко. -коэффициент прийедения авто:,юбилей с давлениями Р па контактной площади к расчетному автомобилю с расчетным давлением при котором определен модуль износа. Дли смешанного состава все тйпы автомобилей следует привести к расчетное;

4,3 -учитывает увеличение износа от передних колес автомобилей;

// -число проходов автомобилей (с расчетным давлением) по одному и тому се следу за год (за расчетный срок).

Износ По мм/год зависящий от астматических факторов является как и условным показателей т.к. практический но удается определить с акой л:е точностью как это мопно осуществить при определении износа т количества проходов колеса. • Главными климатпчоешмп фактора'.и редоцределяющиш износ сле;суе? считать воздействие поверхностного тока воды, длительное стояние влажного периода особенно при наличии

загрязнялся:: прчмссеп в том числе пылеватих и глинистых частиц, агрессивной кисло;: или молочной среди, много1фатности реха:ма oauo~ ражп:заш;я и оттаивания, продувания ветрами, а также воздействие солнечной радиации вызывающей интенсивной полимеризации и 'старения битума и тобетока с ;:алебашем шютности и контактности при расширении от нагрева и сжатии под колесом.

.•схода из такого сложного механизма lio следует определить ди-феранткровано для каждой климатической зоны или климатического реги она и представить г. табличном виде. Практика подтвердила, что значение Но для стандартного асфальтобетона ориентировочно меняется в пределах ü-I ли/год. Хотя в технической литературе указаны пределы '"о--(0,4 т ü,íj) мм/год.

Модуль износа Пй;/ш наиболее близко отражает механизм качения и количественную характеристик износа тале как он непосредствен но связок с главным нзношывающим фактором с числом проходов колеса шигсш&мгс. Модудь износа можно определять делением количества проходов пневматического полоса на соответствующую величину износа дЦ

Таким образом модуль износа представляет количество проходов пневматического колеса необходимого для* уменьшения толщины покрытия на I мл.

iípn ото!! таб личине значения К и определяются icaic в сухом так и во влажной состоянии различного вида и состава асфальтобетона в натурных та:: и в лабораторных условиях.

iipi¡ этом за расчетным п ::п а мается давление на контактной пющэд при котором определяете.1! значения Ки .

Дрв существенного (более IlC) различия в показателях

изиосостой:остн асфальтобетона при низкие отрицательных и biicoiuix полог.ителышх температурах от значении определяемых при температуре 15° г С в формулу следует вводить та;:;:е соогвотсвующЕС значения .Йэф-нцпснт приведения фактический движущихся автомобилей с раз личным давлением Р на контактно:i шющадн :■: расчетному автомобилю учитывает влияние состава движения дифференцированно для легковых, грузовых без грузе, (нетто) и грузовых с грузом (бруто) автомобилей по э:Т<;сктивности износа. Его можно опроде.члть по графику приведенном!' на рис. '¿.

5 4

3

2 I

о.г 0,4 0,6 о.еР.мпа

Piic. 2. График для определения коэффициента цриведёния lía автомобилей с различим давлением на контактно!! площади к расчетному автомоби.та с расчетным давлением 0,5 1.Ша.

Ввиду такой слозгости механизма износа наиболее достоверна ¡ведения о закономерности изменения износа в зависимости от ипепишх [ внутренних факторов в широком диапазоне их варированпя :ло;лю по-¡учить путем физического моделирования износа и проведения экспери-<ептов в лабораторных условию: с одновременным подтверждением резуль-■атов реальными данными. На рис. З.дана схема конструкции лаборатор-[ого прибора для определения модуля износостойкости и испытания юфальтобетона на износ.

Рабочим органом прибора представляет два гТрл:;:~тонно вращ.тт^хсл рлиндра из резинного колеса I (рис.3) и из асфальтобетона ла юнтактной площади резинового колеса и асфальтобетона создается перекальная нагрузка (примерно 5 кг/см") от груза 10 и собственного юса рамы 4 и самого испытуемого образца :j. Горизонтальная (танго-зональная) нагрузка (прлглорпо 1,5-й,5 кг/см") создается от реактпв-:ого силового вращения пропеллера 17. При параллельном расположении . плане осел резинового колеса цилиндрического образца 2 на контактна площади возникает трепло качения, а при взаимном расположении юд определенным углом возникает дополнительное трение сколь;-опия, [оворот под определении,! углом (в предела:: до 15°) на црпборе :,да.но ■существить поворотом горизонтального подвижного кольца 7 по отно-

ка

Рис. 3. Схема конструкции лабораторного црибора для

испытания асфальтобетона на износ: I. -резиновое колесо диаметром 80 ш; 2- циливдрычео-кпй образец из асфальтобетона диаметром 50 или 70 мл; 3-ниг.няя неподвижная рама; 4-верхняя неподвия-ная рама; ¿-вертикальные поддерживающие и направляюще стерши:; С- горизонтальное неподвижное кольцо со шкалой деления угла поворота в градусах; 7- горизонтальное поднпшое кольцо; 8- штопорный винт; 5- прупша резшшого колеса; Ю- шкпвь; II- ременная передача; 1'2-лервая съемная ось с винтовым наконечником; 13-левая полуось с отверстием для завинчивания правей оси; 14- левая и правая обойми- загшмц с отверстиями п штопорным винтом справа; 15- ведущий фршщыошшй конусообразный резиновый ролик; 1С- ведомый фршздюнный конусообразный резиновый ролик; 17- пропеллер; 18- грузовая цруглша; 19-груз; 20- олоктромотор; плита подставка; 22- штопорный струп.

шению неподвижного горизонтального кольца 0 с последующим зазреп-лением с помощью штопорного хашта 0. Угол поворота отсчитывается по шкале не подвитого кольца С. Поворот кольца 7 влечет за собой поворот ;::естко закрепленных на нем четырёх направляющих стержней

5 и следовательно верхней рамы 4 и образца 2. При вращении пропеллера кроме возникновения дополнительного реактивного момента осуществляется охлаждение образца и удаление (унос) продуктов износа продуванием воздуха. Для постоянного увлаяения образца под резиновым колесом подставляется вана с водой.

Подготовка испытуемого образца и его испытание на приборе приводится следующим образом: асфальтобетонная смесь вместе с обоймами -зажимами 14 (рис. 3) прессуется в циллиндрической форме по стандартной методике. Для надежного сцепления с асфальтобетоном обопмы-зажимы имеют специальные отверстия. Диаметр циллнндрического образца равен 50 мм при испытании песчаной (мелкозернистой) смеси и 70 .мм при испытании крупнозернистой смеси. Высота образца составляет 50 мм. Ширина резинового колеса- 25 мм. Образец в сухом или водопасы-шенном состоянии закрепляется в верхней раме вытягиванием правой полуоси 12, установкой образца и отпуском полуоси 12 для цригатпя её с помощью' пружины к йсштуемоцу образцу. Включается электрический привод и фиксируется время испытания. Для определения износа образец периодически через определенные промежутки времени вынимаются из рамы 4 взвешиваются с точностью 0,01 гр и вставляются обратно в раму 4. Износ в мм после определенного (по времени ли по счетчику) количества л/ контактирования по одной той же точке цилиндрической поверхности асфальтобетона в резиновым колесом или, назызая уоловно, после л/ проходов можно определить по формуле

, ij _ ЮСЪ-Ц-а) ,0,

где £f-1 и -вес образца' до и после испытания, гр; $ -объемный вес, г/см3; D -диаметр образца,. 3 см; -f> -ширина резинового колеса, см.

Определение износа дорожных покрытий в натурных условиях (непосредственно на дороге) производится путем предварительной закладки специальных репперов в дородное покрытие для фиксации уровня отсчета с последующим измерением расстояния меаду поверхностями репера шлфытия.

В качестве репера используют металлические пластинки или металлические стаканы, а для измерения толщины изношваемого слоя микрометры (мессурц) или электромагнитные приборы. Для этих целей используют та:я;е специальные реперы (марки) ыфамидальной формы из легко

изномываемого материала закладываемую на всю толщину шнфытия, которые по мере износа меняют размеры с поверхностной стороны покрытия.

Наиболее надежным и практичным является металлическая пластин-га закладываемая на глубине ;';0-30 мы или на границе между верхним и иг.:.,ним сдоями асфальтобетонного покрытия по схеме указанной на рис. >1.

Рис.4, конструктивная схема реюра и прибора для определения износа дорожных покрытии: I- репер из металлической пластинки диаметром 50-00 ми толщиной 1-.1 мм; опорное кольцо диаметром 30 см; З-дпаметральная планка; 4- измерительный стержень; 5- микрометр (массура); 6- верхний слой; '/-нижний слой асфальтобетона.

Та:сая пластинка более надежно с точки зрения сохранения постоянства уровня, так как не дает перекоса при сдвиге верхнего слоя по-щштия и не меняет напряжение растолки:; покрытия под колесом.

¿да приклеивания репера I к основанию используют битумную мастику. Указанный способ определения износа разработан в Грузинском Техни ¡еском Университете и в дальнейшем модернизирован в Сашст-йетсрбургском икжинернэ строительно;/; институте.Отверстие диаметром не .менее Х:-л5 мм лерсс которое опускают измерительный стержень 4 до повсргпосхи репера посль наглого измерения заполняют холодаш песчанш асфальтобетонов при приготовленным из цветных каменни;:

пород (известняка п да.) для быстрого обнаружения песта закладки репера.

Для определения износа удаляют холодный асфальтобетон с отверс-тня, очищают поверхность репера тряпкой с бензином, устанавливают кольцо, вставляют измерительный стержень в отверстие '.1 с шпозгзю микрометра определяют толщину верхнего слоя. Каадш раз измерение толщины производят с помощью одних и тех не измерительного строгая и прибора с известными размерами части прибора.

С учетом изменения плотности за расчетный период особенно ч первый период передачи похфытия в эксплуатацию износ покрытия расчитывается по формуле

где: -Я¿и а -толщина покрытия по предыдущему и последующему -^определению, мм;

и соответственно плотности по предыдущему и последующему определению, г/см3;

11а основе физического моделирования с использованием лабораторного прибора (см.рис.3) были установлены некоторые закономерности изменения износа в зависимости от различных факторов. Результаты лабораторных экспериментов подтверждены проведения оксплуатацюины-ш работами в натурных условиях с помощью репера и прибора указанного на рис.4. При этом сопоставления лабораторных и натурных данных в опытных работах были использованы одни и те ;::о составы асфальтобетонных смесей. Для сравнительной оценки различных смесей в качестве эталона был принят запроектированный по нормативным документа!.: состав асфальтобетона успешно проработавшего под интенсивным движением более X1 лет. Результаты испытаний врубленных из покрытий и переформированных образцов асфальтобетона приведены на рис. 5, кривая 4.

;1знос определялся в сухом состоявши образцов при угле между ося.-п образы?, и резинового колеса С0 ц при температуре +:Х!°С. Нежл-шгц износа асфаньтевяжущего вещества характеризуется заиетиоЛ измен .твое тъю. йрп —рудз _ лпноо становится относительно

минимальным и износостойкость максимальной,(см.ркс.5). Однако это в том случае когда смесь предварительно достаточно уплотнена, в противном слу .аэ наступай"!' разрушение структуры п оно сопровождает весь

0,2 0,4 0,6 0,8 I,0xl05tf

Big. 5. Зависимость износа Л Я от количества цроходов колеса (числа оборотов циллиндрическаго образца из асфальтобетона) И для различных составов смесей:

I и 2 асфальтовяжущее вещество (смесь битума и минерального порошка) с соотношением то масса Б ^ q 3 из полевого шпата с К=6,1х104 дррх и известняка с l-;_=3,3xI05 ПРОХ;

ММ *■ ш

3- битумопесчаныи раствор (из речного песка) 1^=1,2x10^ ПРОХ;

мм

4-битуыошсчаный раствор {цз кварцевого песка) ,¡^,=8x103 'ПРОХ;

ш

5-мелкозернистый асфальтобетон (»реформированный) из покрытия со сроком службы более 30 лет, !^=1,5х10б ПРОХ.

ш

процесс износа. Этот процесс усиливается во влажном состоянии.

При _Б_ ^ q>25 Изцос существенно унижается и он блокируется с

^ , *

пластической деформацией поверхностного сдоя» Характерно, что во влажном состоянии за счет заглаживания поверхности и снижения сил трения (сцепления) при присутствии водной планка износ резко может-уменьшаться.

Для установления влияния юроды каменного материала были поставлены специальные опиты. Нам менее износостойким оказались минеральные порошки пз кислых пород камня в том числе из кварца К^Ю3 ПРОХ,

мм

-¡4 ПРОХ

стойким оказался минералышИРпорошок из

полевого шпата :^.=3,1х10'* 11ГЦА (см.рис.5 1фивая I). Наиболее износо-

известняка К,=1,3:^0° ¿РОХ.

Широкие пределы изменения износостойкости обнаружили бнтумогес-чаные растворы с песком размером зерна до 2 мм с содержанием вязкого битума около 4$ по массе.

Наименее износостойким оказался битумопесчаный раствор из кварцевого песка 1%=6,Зх103 ¿РОХ наиболее износостойким битумопесчаный

мм г

раствор из извэстняка Ки =3,75x10° ПРОХ. среднее положение занимает

мм

битумопесчаный раствор из речного песка 1%=1,58х105 .

мм

Характерно, что изношзвание битумопесчаного раствора из кварцевого песка назинается сразу же без переходного процесса с обнажением и вырыванием отдельных зерен. Песчаный асфальтобетон пз арагвского

песхса оказался износостойким 1'Сг5=5,1х105 ПРОХ.

мм

Существенное влияние на износостойкость оказывает количество щебня в смеси асфальтобетона, что наглядно показано на рис.6. Кн

10е

10

10

10'

Р=0

" <х=о Т=2

30

40 50 60 70

¿Пц %

Рис.С. Еависпностъ модуля пзноштаемостп Хн от количества щебня (3-10 мм) Зад в смеси (износ в сухом состоянии).

Данные щшедеиия на графике дает основание утверждать, что для элективного повышает износостойкости достаточно повысить содер?:а-доц щебня до г>о£ (по пассе) в поверхностном слое износа о мшшшль-

пой толщиной. дальнейшее повышение количества щебня мало влияет на износостойкость.

Повышение содержания щебня связано с изменением прочности внутренних структурных связей и поэтому требует корректировки соотношения битума и минерального порошка|Б. В связи с этим на рис.7

П

показано зависимость модуля изношиваемости Ьт ~ .

10

10 ■

10-

10

1-1 1.1 & р=0,5 нпо

Л Т=20 с

М

А

/

.

Х-'

0,2 0,4 0,6 0,8 I Б/П

Рис. 7. Зависимость модуля изношиваемости К. от Б

II

для мелкозернистого асфальтобетона (изнсс в сухом состоянии): *.

I- содоргапао щебня в смеси 305»; 2- содержание щебня в смеси

¿з этих графиков видно хри увеличешп; количества щебня в смеси следует пропорционально увевгшгь относительное содержание битука по отношению минерального порошка.

Существешшм фактором повышающим износостойкость, особенно впервые после передачи погрытия в эксплуатацию является обоспаче-;ше максимально!: плотности асфальтобетона. Это подтверждается результата™ испытаний образцов уплотненных под разшая нагрузками указанными на рис. С.

Лиадзз приведенных выше закономерностей дает осповааяо предложить для широкой производственной! проверки приведена/к на рио. 3 помогр-аг.глу .идя оптимизации состава смесей асфальтобетонов по условиям обеспечения достаточной износостойкости.

- Г7 -

ю го зс р, шл

Рис. 8, Зависимость модуля изношлваемостп асфальтобетона от нагрузки уплотнения Р, (износ в сухом состояний) :

I- Горячий асфальтобетон; 2- холодный асфальтобетон.

Гпс.'..;. Почограчела для ориентировочного нлхоэдония оптимального соотношения мо::;ду , количества битума п количества щебня ^^ в сЙоси.

Номограмма пг.еддогается для проверю; в различии:: клииатичссккх условиях и для широкого диапазона использования мосишх кашшшх

материалов. При отом следует учесть, что в связи с недостатком битума намечаете.-, общая тенденция уменьшения толщины асфальтобетонного покрытия в том числе слоя износа при условии повышения его качества по прочности, износостойкости и погодоустоГотвости.

;.ьТгкое асфальтобетонное шхфытпе автомобильных дорог в процзссе эксплуатации подвержены интенсивному износу.

Абразивному износу подвержены крупные заполнители (щебень, хуавип и да.), которое при определошпл: условиях мохет привести к потере устойчивое?! положения с и шалом.

по нашему представлению, абразивны!: износ продолжается до тех

сан"

пор, пою вектор адгезионных сия'и сил взаимного структурного заклинивания крупных частиц больше вектора сил, вызванных активным воздействием автомобильного колосса (с учетом реологических и усталостны:: факторов).

ехали ноская устойчивость положения крупного заполнителя практи-ческн определяет износостойкость дородного покрытия. 1.1ы попытались изучить этот вопрос глк с точки зрения теоретической, так и экспери-иенталышм путем.

ънлд использована класоичес1сая задача Н.И.Мусхелишвили о растянешь: бесконечно'; упругой пластины с впаянной упругой шайбой и связано! с материалом пластины по контуру контакта пайкой. По одну сторону от впаяно!: шайбы произведена статическая трансформация в указанной задаче с целью изменения граничных условии 1: ее приближения к рассматриваемой нами задаче. Расчетные схемы предусматривают воздействие на частично обнаженную частиру вертикальных и горизонтальных сил от автомобиля, с шеледувщпм применением принципа суперпозиции. Были рассмотрены :фу!шыё заполнители вруглой (щ— лшдрпчс-ской)» призматической форм, имитирующих гравии и щебень ,рпс.1ь а, б.), й ¡числены параметры .0, ~б к 8, входящие в расчетные формулы; построены графики, их можно использовать в црооктной практшю.

Дальнейшее рассмотреть произведено с целью изучения напряженно-дефор:.шрованного состояния-в упруго-пластической стадии, для чего использован метод упругих решении Имошака.

1а базовые дани:» бют прпняти решения упругой задачи и на этой основе определен» интенсивности напряжении и деформации с использованием экспериментальных 1фивых б'¿-6: . После получения компонентов главных напря .еи.ш критериумом предельного состояния приняты

<0

Ю

у

Рис. 10. Расчетнне схеш для обнаженных частиц

круглой и призматических форм соответственно.

условия Мизеса- Геннп.

Результаты численных решении на ЭИ;1 мы сравнили с результатами,

полученными с использованием технической теории Разгшца по напряжениям получилась в пределах 10+15%, что, о:еиидно, следует считать приемлемым.

Большое место в исследованиях было уделено так :,;е экспериментальному изучении механической устойчивости положения твердого заполнителя. Экспериментально была установлена кривая „6;-¿4 ", необходимая д;ш определения 05 параметра Илюшина.

Эксперименты проведены на цнллпндрпчссглх образцах разных диаметров ( сI =1,2; ?,,'.'.', 3,;^ см) при воздействий пак горизонтальных, так и вертикальных нагрузок; в упругой, упруго-пластической стадиях с последующим доведением до потери устойчивости жипслнитолл.

Эксперименты проводились при различных углублениях заполнителя в асфальтобетон с целью выявления влияния степепин обнаженности на механическую устойчивость крупного заполнителя. Лхем;: проведения экспериментов показаны на рис. II а, б.

полученными й.А.Медниковым

для прл".чатпческой частицы

/

т

Г

Рис.II. Принципиальная схема испытанный на вертнкальную--а) и на горизонтальную - б) пах^узку.

Дяя выявления упругих и пластических характеристик асфальтобетона на всех стадиях нагрукения было предусмотрен межнагрузоч-ни": интервал продолгдтеяыюстыо 3 минуты.

Соответствуют-; график имеет вид рис. 12.

Рис. Экспериментальный график

" Г г и » функции при интервале времени д-Ь ~3 мин.

Такая методика экспе2зпмента представляется нам рациональной и моглет быть рекомендована в качестве стандартного т.к. после соответствующе!": обработки данных могут бить получены упругие и пластические характеристичен асфальтобетона. Выявлены интересны? характеристик; закономерности отношения Ц/Г , которое можно интерпретировать как удельную потенциалнуга энергия деформации асфальтобетона как в упругой, так и в упруго-пластической стадии для различных марок асфальто бетона. Этот показатель оказался инвариантный относительно диаметра крупного заполнителя, что монет явится основной для унификации таких испытании.

Для заводского асфальтобетона, использованного в наших экспериментах, отнапенио ( т/кг., а для здруго пластической стадии {и/р)у-п. -О,-¿и ми/кг. пря воздействии вертикальных сил. Аналогичные показатели при горизонтальном нагрузке 1ши (и/р)у=0,59 мм/кг. и (и/р )у -1,75-1.51.'Лет. для упругих и упруго-гяастпчесхах деформации.

Эксперименты показали, что увеличение выступа чаегкцц из дневной шверппости асфальтобетона (т.е. увелдчениз обнаг.еннозтн частицы крупного заполнителя) вызывает снижение устойчивости под. влияние:,: горизонтальных сил и эта зависимость нелинейна: возрастил1 ротационные моменты, вызшьазде восрссгшшо касатоньшпс лиу.ггни на коитач-

тс и с'другой стороны, уменьшение контактной площади, что так жо способствует возрастанию касательных напряжении.

В предельном состоянии вокруг заполнителя возшпсают трещины, что в сочетании с интенсивностью движения и температуры дорожного покрытия могут явится факторами увеличивающим или сникающими износостойкость похсрытия. Данные полученные в экспериментах обработаны методами математической статистики. Ширина доверительного интервала для дЫ математического ожидания определяли выражением

где $ и и известны, -коэффициент стюдонта, зависящий от объема выборки П и ®т заданногооЦсооеффициента надежности.

0БЩ1Е ВЫВ0Д1

1. Для горных регионов Грузии при жарком и влажном климате; частом употреблении в качестве заполнителя асфальтобетона мягких горных пород для дорожных покрытии из асфальтобетона и других битумо-мине-ральных смесей, износ является одним из основных факторов определяющем межремонтные сроки, и тралсшртно-зкспло!гацйонное хачество покрытия; поэтому обеспечение нормальных эксплуатационных условии дорог Грузии требует регламентации в нормативно-технической дох^мен-

тацип требовании по износостойкости покрытия, ил

2. Разработана улучённая модель износа и уточненное аналитическое выражение (формула износа), определен и рекомендовал для внесения в нормативно-техническую документацию (для Грузии) модуля износостойкости Кд (Проход/мгл), хгаторый численно равен количеству проходов расчетных автомобилей, чтобы вызвать износ слоя покрытия на I мм.

3. С целью минимизации износа, нами составлена номограмма для определения оптимального гранулометрического состава асфальтобетона и количества битумной вяжущей.

Указахшая в п. и в п.З. модуль и номограшн предназначены для проектных и строительных организации. ^ . Для асфальтобетона и множества битушо-минеральных смесей, используемых в дорожно-строительной цраютхее, впервхга дана оценхга смеси битума и минерального порошка, битумно-песчанного раствора и особенно, - для крупнозернистой фракции (щебня), ото дает возможность для оцепг.; износостойкости весьма шереховатых по1фытий, для которых этот показатель выражается в основнш, устойчивостью остальных частиц с точки зрения теории

упругости и теории пластичности,

5- Модернизована лабораторная установка; эта дала возможность усовершенствовать методику огршси износа в лабораторных и з полевых условиях для асфасльтобетонов различите составов и структур, Для оцен::; износа шореховатых поверхностей рекомендован метод т.н. "песчаного пятна", который онределеним образам уточняет показатели износа оцределенпие при помощи решров.

6- Полученные в лабораторных условиях закономерности износа п износостойкости, после обработки методом математической статистики удовлетворительно корелируют с данными полевых испытаний:

Указанное дает возможность рекомендовать голтченные результаты для широкого внедрения в производстве

7. В условиях острого дефицита битума, рекомендуется уменьшение его содержания в нижних слоях и соответственое увеличение щебеноч-но подстилающего слоя. Рекошндуется увеличение удельного содержания битума в верхних слоях с одновременным уменьшением толщины поверхностного слоя.

В случаях восстановления верхних слоев дорожного покрытия рекомендовано широкое внедрение в практику битумных мастик.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Цапуашуляь Т.Н. Повышение износостойкости дорожных покрытий угагто-дорожпоГ; сети г.Тбилиси // II Всесоюзная научно-исследовательская конференция: тезисы доклада/ Союз^оршш- Москва, IS87,

с. 45.

2. Папуашпш! Т.П. Повищоние износостойкости дорожных покрытий в условиях городского движения // Автомобильные дороги: сборник научных трудов Г- I (-330) / ГШ - Тбилиси, IS88, с.17-21.

3. -ПапуапБУлп Т.Н., Табатадзе II.I1. Уплощенный метод оцзнки износа дорожных гклерытий // Автомобильные дороги: оборник научных трудов й I .330;/ ГШ- Тбилиси, 1988, с. 36-38.

4. Папуашвилн Т.Н. Характеристика износа дорокной сети

// Вклад ученых вуза в ускорение научно-технического прогресса: сборник научных трудов/ ГШ - Тбилиси, IS89, с. 118

5. Гоглидзо 13.М.,Чаладзе А.И., Папуашвили Г.И., Ыецховришвшш Д.Г. Дорокная гжичина для поворхностной обработки,- Положительное решение по залью Г 4765027/33,