Испытания асфальтобетона гост: ГОСТ 12801-84 Смеси асфальтобетонные дорожные и аэродромные, дегтебетонные дорожные, асфальтобетон и дегтебетон. Методы испытаний

Приведенные выше результаты испытаний показали, что модифицированный асфальт SBS и заполнитель удовлетворяют требованиям JTG F40-2004 [62], которые были техническими спецификациями для строительство асфальтовых покрытий в Китае.Показана кривая градации заполнителя плотной отсортированной асфальтовой смеси (AC-13C) и целевой градации асфальтовой смеси. Оптимальное содержание асфальта было определено с помощью тестов Маршалла, результаты которых отображаются в формате.

Суммарная кривая градации плотной отсортированной асфальтовой смеси (AC-13C).

Таблица 4

Результаты теста Маршалла при оптимальном соотношении асфальт-заполнитель.

2.2. Приготовление образцов

В соответствии с техническими условиями и методами испытаний асфальтобетонных смесей для дорожного строительства (JTG E20-2011) [63] блочные образцы плит асфальтосмеси были изготовлены методом вибрационного шлифования.Вдоль направления прокатки каждую балку разрезали на длину, ширину и высоту 250 мм, 50 мм и 50 мм, соответственно, для образцов прямого растяжения. Цилиндрические образцы для испытания на усталость при неограниченном сжатии были изготовлены с использованием SGC (Superpave Gyratory Compactor) размером Φ100 мм × 100 мм, а образцы непрямого растяжения были приготовлены путем разрезания верхней и нижней поверхности образцов с модулями неограниченного сжатия. тест на размер. Цилиндрические образцы асфальтобетонной смеси высотой 100 ± 2 мм и диаметром 100 ± 2 мм, изготовленные с использованием гирационного уплотнителя SGC, были подготовлены к неограниченному сжатию.Кроме того, образцы для непрямого растяжения были подготовлены путем разрезания верхней и нижней поверхности образцов для испытания модулей неограниченного сжатия на высоту 60 ± 2 мм и диаметр 100 ± 2 мм. Затем образцы асфальтобетонной смеси помещали в камеру окружающей среды при 15 ° С на 4–5 ч. Впоследствии он был помещен на опору для испытаний на прочность MTS (Система испытаний материалов) -Ориентир. Предварительный контакт между индентором испытания на прочность и образцом был отрегулирован, чтобы начать испытание, и процесс испытания был завершен в камере окружающей среды.Детали настройки испытаний на прочность показаны на.

Процесс испытания прочности при различных режимах нагружения: ( a ) испытание на прямое растяжение, ( b ) испытание на непрямое растяжение, ( c ) испытание на неограниченное сжатие и ( d ) испытание в климатической камере.

3. Результаты и анализ испытаний

Режим контроля смещения для Китая, США и Европы был принят в режиме контроля скорости нагружения при испытании на прочность. Среди них скорость нагружения при испытании на неограниченную прочность на сжатие размером Φ 100 мм × 100 мм составила 2 мм / мин и 5.08 мм / мин для AASHTO T167 и JTG E20-2011 соответственно. Скорость нагружения для непрямого растяжения составляла 50 мм / мин для AASHTO T 283, BS EN 12697-23: 2012 и JTG E20-2011. Скорость нагружения прочности на изгиб также составляла 50 мм / мин для JTG E20-2011. Однако методы испытаний на прямое растяжение не были четко указаны в этом регламенте. Чтобы исследовать характеристики скорости нагружения прочности асфальтовой смеси при различных режимах нагружения, скорость нагружения смещением в правилах испытаний не могла быть унифицирована, поэтому был принят режим управления скоростью нагружения, а температура испытания была унифицирована на уровне 15 ° C. .

3.1. Прямое испытание прочности на растяжение при различных скоростях нагружения

В режиме контроля напряжения были проведены прямые испытания асфальтобетонных смесей на растяжение при различных скоростях нагружения, результаты показаны на рис.

Таблица 5

Результаты испытаний асфальтовой смеси на прямое растяжение.

Значения прочности соответствуют скорости нагружения. Подгоняемая кривая показана на рис.

Кривая прочности асфальтобетонной смеси при прямом растяжении от скорости нагружения.

Уравнение подгонки было следующим:

R _D = 2,15852 v ^0,21307 , R ² = 0,952

(1)

По результатам подгонки прямое растяжение прочность R _D асфальтовой смеси изменялась со скоростью загрузки v как степенная функция. Сила увеличивалась с увеличением скорости нагружения, а скорость увеличения силы замедлялась с увеличением скорости нагружения.

3.2. Испытание на непрямое растяжение при различных скоростях нагружения

В соответствии с Китайскими стандартными методами испытаний битумных и битумных смесей для дорожного строительства (JTG E20-2011) [63] были проведены испытания непрямого растяжения асфальтобетонных смесей при различных скоростях нагружения. Результаты тестов представлены в.

Таблица 6

Испытание асфальтовой смеси на прочность на непрямое растяжение.

Значения прочности соответствуют скорости нагружения. Подгоняемая кривая показана на рис.

Кривая непрямого предела прочности асфальтобетонной смеси при нагрузке.

Уравнение подгонки было следующим:

R _T = 2,24289 v ^0,22571 , R ² = 0,957

(2)

Согласно результатам подгонки, непрямое растяжение прочность R _T асфальтовой смеси изменялась со скоростью загрузки v как степенная функция. Прочность увеличивалась с увеличением скорости нагружения, а скорость увеличения силы замедлялась с увеличением скорости нагружения.

3.3. Испытание на прочность при неограниченном сжатии при различных скоростях нагружения

Учитывая, что порог испытания используемой системы испытания материалов (MTS) составлял 100 кН, в ходе предварительных экспериментов было обнаружено, что разрушающая нагрузка при неограниченном сжатии превышала 100 кН, когда степень нагружения превышала 3 МПа / с. В целях безопасности и работоспособности испытания значения прочности при скоростях нагружения, превышающих пороговые значения MTS, были получены с использованием метода прогнозирования задержки в этом исследовании.Предлагаемый метод прогнозирования задержки был выполнен на основе достаточного количества данных лабораторных испытаний в пределах порогового значения MTS, так что значения прочности при скорости нагружения, превышающей пороговое значение MTS, могли быть выведены из аппроксимирующей кривой. Результаты тестирования представлены в.

Таблица 7

Результаты испытаний асфальтобетонной смеси на безусловное сжатие.

Значения прочности соответствуют скорости нагружения. Подгоняемая кривая показана на рис.

Предел прочности на сжатие без ограничения в зависимости от скорости нагрузки асфальтовой смеси.

Уравнение подгонки было следующим:

R _C = 9,81584 v ^0,22107 , R _{2 2 = 0,992}

(3)

Согласно результатам подгонки ( C = 9,81584 v ^0,22107 и R ₂ = 0,992), прочность на сжатие без ограничения R _C асфальтовой смеси изменялась в зависимости от степени нагрузки v , уступая силовой функции.Значения прочности асфальтовой смеси при скоростях нагружения 5 МПа / с, 10 МПа / с, 20 МПа / с, 30 МПа / с, 40 МПа / с, 50 ​​МПа / с, 60 МПа / с, 70 МПа / с. s были спрогнозированы как 14,01 МПа, 16,33 МПа, 19,035 МПа, 20,82 МПа, 22,187 МПа, 23,309 МПа, 24,267 МПа и 25,109 МПа соответственно.

3.4. Исследование параметров прочности на основе теории Мора – Кулона

Асфальтовая смесь в основном состоит из асфальта и заполнителя. Сила сцепления в основном обеспечивается асфальтом. Угол внутреннего трения может возникнуть при заделке заполнителей.В настоящее время теория Мора – Кулона может широко использоваться для анализа прочностных характеристик асфальтобетонных смесей при исследовании прочностных характеристик асфальтобетонных смесей. На основе теории Мора – Кулона сила сцепления C и угол внутреннего трения φ могут быть получены с помощью трехосного испытания, а также испытания на растяжение и сжатие. Трехосное испытательное оборудование сложное, дорогое и сложное в эксплуатации. Хотя с его помощью можно хорошо смоделировать реальное напряженное состояние дорожного покрытия, оно имеет определенные ограничения для фактического применения и популяризации проекта.

Сила сцепления C и угол внутреннего трения φ асфальтовой смеси удобно определять с помощью прямого испытания прочности на разрыв и испытания прочности на неограниченное сжатие. Допущения, касающиеся материала и механики, заключаются в том, что переменные состава материала, переменные механического возбуждения и внутренние параметры двух испытаний одинаковы. После образцов R _C и R _D , полученных в результате испытаний на неограниченное сжатие и прямое растяжение, эти два параметра могут быть рассчитаны в соответствии с приведенными ниже уравнениями преобразования (6) и (8).Соотношения преобразования могут быть получены из круга Мора.

При проведении прямого испытания на растяжение σ ₁ = R _t и σ ₃ = 0; когда было проведено испытание на неограниченное сжатие, σ ₁ = 0 и σ ₃ = — R _C . Согласно геометрическому соотношению в:

l + σ1 / 2l + σ1 + | σ3 | / 2 = σ1 | σ3 |

(4)

Круговая диаграмма Мора для определения значений C и φ посредством предела прочности на неограниченное сжатие и прямого растяжения.

Подставляя вышеуказанные условия в уравнение (4), получаем:

В правом треугольнике:

sinφ = σ1 / 2l + σ1 / 2 = RD2l + RD = RC − RDRC + RD

(6)

C — это точка пересечения между прямой линией и ординатой. Из уравнения (6) tanφ рассчитывается следующим образом:

tanφ = RC − RD2RCRD = Cl + RD

(7)

Решение C получено ниже:

Результаты неограниченного сжатия и прямого Испытания на разрыв в и заменяют уравнения (7) и (8) для расчета силы сцепления C и угла внутреннего трения φ при различных скоростях нагружения, как показано на.

Таблица 8

Сила сцепления и углы внутреннего трения при различных скоростях нагружения.

Показано изменение скорости внутреннего трения в зависимости от силы сцепления.

Изменение силы сцепления и угла внутреннего трения в зависимости от скорости нагружения.

показывает, что сцепление резко увеличивалось с увеличением скорости нагружения, а затем скорость роста имела тенденцию быть плавной.Уравнение (8) также показывает, что сила сцепления C составляет половину среднего геометрического значения прочности на неограниченное сжатие R _C и прочности на прямое растяжение R _D , так что картина нагрузки силы сцепления соответствовала прочность на неограниченное сжатие и прямое растяжение. Сила сцепления смесей в основном обеспечивалась цементацией между асфальтом и заполнителем. Когда скорость нагружения была высокой, материал проявлял более низкотемпературную морфологию, и сила сцепления была больше.Характер изменения угла внутреннего трения со скоростью нагружения не был таким четким, как для силы сцепления. В эксперименте картина вариации сначала уменьшалась, а затем увеличивалась. Схема изменения заключалась в том, что угол внутреннего трения уменьшался с увеличением скорости нагружения и теоретически имел тенденцию быть плоским. Гипотеза теоретической модели изменения заключалась в том, что материальные и механические параметры неограниченного сжатия и прямого растяжения были одинаковыми. На самом деле удовлетворить гипотезу в условиях эксперимента было сложно.

3.5. Предварительное объяснение несоответствия прочности при различных режимах нагрузки

Асфальтовая смесь обычно используется в качестве поверхностного материала асфальтового покрытия, который непосредственно подвергается воздействию различных нагрузок транспортных средств и факторов окружающей среды [64]. Это своего рода композитный материал, который в основном состоит из асфальта, крупного заполнителя, мелкого заполнителя и наполнителя. Эти материалы разного качества и разного количества смешиваются с образованием различных структур с разными механическими свойствами.

Исследования состава и структуры асфальтовой смеси в основном включают теорию поверхности и теорию строительного раствора. Теория поверхности предполагает, что крупный заполнитель, мелкий заполнитель и наполнитель образуют минеральный каркас. Асфальтовые вяжущие со связующей способностью распределяются по поверхности минерального каркаса и цементируются в единую структуру. Согласно теории строительного раствора, смесь представляет собой разновидность дисперсной системы с многоуровневой пространственно-сетчатой ​​цементной структурой. Дисперсная система включает крупнодисперсную систему (асфальтобетонную смесь), дробно-дисперсную систему (асфальтовый раствор) и дифференциальную дисперсную систему (асфальтовую мастику).

Размер и распределение минеральных заполнителей в асфальтовой смеси, положение заполнителей и отношение закрытых пустот к соединенным пустотам в асфальтовой смеси — все это важные части ее структуры. Их отличия окажут большое влияние на механические свойства асфальтобетонной смеси. Свойства асфальтовой смеси улучшили ее структуру, особенно взаимодействие между заполнителем и вяжущим материалом, что сделало химическую связь между двумя материалами и смесью связной структурой с высокой прочностью.Обычно пространственная структура асфальтобетонной смеси представляет собой цементную конструкцию. В этой структуре основными факторами, определяющими антиразрушающую способность асфальтовой смеси, являются сила сцепления между заполнителями под действием асфальтового раствора, эффект заливки между заполнителями, сопротивление внутреннему трению между крупными и мелкими заполнителями и т. Д.

В условиях прямого испытания на растяжение образцы асфальтобетонной смеси подвергаются растягивающему напряжению. Деформация асфальтовой смеси заставляет заполнитель растягиваться, и связующее, заполняющее между заполнителями, играет хорошую связывающую роль, которая в основном обеспечивается силой сцепления между асфальтом и заполнителем и силой сцепления асфальта.Прочность на прямое растяжение является наименьшей по сравнению со значениями прочности в двух других условиях испытаний. В условиях непрямого испытания на растяжение асфальтобетонная смесь находится в состоянии двунаправленного напряжения. Свойства сжатия зависят от эффекта заливки заполнителя, а свойства при поперечном растяжении зависят от силы сцепления и внутреннего трения между асфальтовым раствором и заполнителем или асфальтом. В условиях испытания на неограниченную прочность на сжатие образцы асфальтобетонной смеси подвергаются сжимающему напряжению.Под действием сжимающего напряжения частицы агрегата сближаются, и каркас, образованный частицами агрегата, начинает играть роль. Нагрузка в основном вызвана сопротивлением внутреннему трению и силой погружения, создаваемой агрегатами, поэтому прочность на сжатие выше, чем в двух других испытаниях. Таким образом, когда материал находится в разных режимах нагружения, внешние факторы, которые определяют антиразрушающие свойства материалов, несовместимы, что является основной причиной различий в параметрах прочности на растяжение, сжатие и косвенного растяжения материала. и основная причина, по которой прочность на сжатие больше, чем прочность на разрыв в целом.

В то же время, из этого видно, что темпы роста прочности на прямое растяжение, непрямое растяжение и неограниченное сжатие со скоростью нагружения менялись. Среди трех режимов нагружения скорость роста прочности на неограниченное сжатие была наибольшей, за ней следовала непрямая прочность на растяжение, которая была связана с напряженным состоянием и режимом разрушения трех.

3.6. Унификация соотношения между прочностью и скоростью нагружения при различных условиях нагрузки

Из и можно определить соотношение между прочностью и скоростью нагружения при различных режимах нагружения.Сравнивались средние значения прочности различных режимов нагружения при восьми различных скоростях нагружения от 5 МПа / с до 70 МПа / с, как показано на. Следует отметить, что взаимосвязь между скоростью загрузки и скоростью транспортного средства может быть выражена с помощью уравнения v = p / ( l / t ), где v — скорость загрузки, t — скорость автомобиля, p, — давление контакта шины с дорожным покрытием, а l — длина грунта шины.Как правило, длина грунта шины ( l ) составляет 0,1 м, а давление контакта шины с дорожным покрытием (p ) составляет 0,4 МПа. В этом исследовании были приняты скорости нагружения 5 МПа / с, 10 МПа / с, 20 МПа / с, 30 МПа / с, 40 МПа / с, 50 ​​МПа / с, 60 МПа / с и 70 МПа / с. при испытании асфальтобетонных смесей на прочность. Соответствующие скорости автомобиля составляют 4,5 км / ч, 9 км / ч, 18 км / ч, 27 км / ч, 36 км / ч, 45 км / ч, 54 км / ч и 63 км / ч соответственно.

Таблица 9

Значения прочности при различных скоростях нагружения при различных режимах нагружения.

В качестве зависимости между показателями силы и скорости нагружения было показано соотношение между различными режимами нагружения.

Сравнение зависимости прочности от скорости нагружения при различных режимах нагружения.

Параметры аппроксимирующей кривой зависимости между прочностью и скоростью нагрузки приведены в.

Таблица 10

Уравнения аппроксимирующей кривой зависимости прочности от скорости нагружения при различных режимах нагружения.