Исследование усталостной прочности армированного асфальтобетона

В статье рассмотрена методика определения усталостной прочности и долговечности армированного асфальтобетона. Приведены результаты экспериментального исследования усталостной прочности асфальтобетона, армированного геосинтетическими материалами.

Задача повышения транспортно-эксплуатационных качеств и срока службы автомобильных дорог приобретает всё большую актуальности.  Президент РФ поставил перед Федеральным дорожным агентством (Поручение Пр-2302 от 10 августа 2011 г.) цель обеспечения значительного (до 12 лет!) увеличения межремонтного срока эксплуатации автомобильных дорог с усовершенствованными видами покрытий. 

В настоящее время асфальтобетон остается наиболее распространенным материалом для покрытий дорожных одежд и широко используется во всем мире с начала прошлого века. Однако покрытия из этого материала постепенно исчерпывают свои физические возможности длительно сохранять высокую прочность, ровность и сплошность при столь высоких нагрузках от современного транспортного потока. При этом фактический межремонтный срок эксплуатации дорожных одежд в настоящее время составляет 3–5 лет.

Задача увеличения срока службы дорожной одежды может решаться различными способами, одним из которых является применение геосинтетических материалов. Наиболее востребованной функцией геосинтетики в дорожных конструкциях является армирование слоев дорожных одежд.

Исследования, проводимые на протяжении последнего десятилетия специалистами группы компаний «АРМДОР» (г. Владимир) и ФГБОУ ВПО «СибАДИ» (г. Омск), свидетельствуют об эффективности применения георешеток для армирования асфальтобетонных покрытий не жестких дорожных одежд. Эффект от применения армирующих прослоек заключается в увеличении усталостной прочности асфальтобетона.

В рамках проводимых исследований разработана методика, изготовлено необходимое оборудование и приборное оснащение по определению усталостной прочности асфальтобетонных образцов большого размера, так как образцы стандартных размеров малопригодны для их армирования геосинтетикой. Сущность метода заключается в определении количества циклов нагружения асфальтобетонных образцов до их разрушения.

Установка для уплотнения асфальтобетонной смеси

1 – форма регулируемой ширины; 2 – уплотняющий валец; 3 – каретка для размещения пригруза; 4 – механический привод для передвижения вальца с пригрузом с заданной скоростью.

Рис. 1. Установка для уплотнения асфальтобетонной смеси

Описание способа проведения испытания

Изготовление асфальтобетонных образцов включало 3 этапа:

  • разогрев смеси, укладка и уплотнение нижнего слоя асфальтобетонного образца;
  • розлив битумной эмульсии и укладка георешетки;
  • устройство верхнего слоя асфальтобетонного образца;
  • остывание образца и разрезание его «болгаркой» через 400 мм.

Применение данной технологии изготовления образцов позволяет получать коэффициент уплотнения асфальтобетона не ниже 0,99 и обеспечить структуру асфальтобетона близкую к получаемой в реальном покрытии.

Для изготовления образцов использовалась мелкозернистая плотная асфальтобетонная смесь типа Б марки II по ГОСТ 9128-2009. Толщина нижнего слоя составляла 40 мм, верхнего – 80 мм.

Армирующая прослойка устраивалась из клееной стекловолоконной георешетки АРМДОР марок 25, 50 и 100 (рис.2) в соответствии с СТО 70950163-001-2012 (табл. 1).

Общий вид георешетки АРМДОР-50

Рис.2. Общий вид георешетки АРМДОР-50 (37,5 × 37,5)

 

Основные физико-механические свойства георешетки АРМДОР. Таблица 1

Марка георешеткиАрмдор 25Армдор 50Армдор 100
Поверхностная плотность георешетки, г/м2115±15225±30450±50
Прочность при растяжении, кН/м, не менее2550100
Относительное удлинение при максимальной нагрузке, % не более333

Размер ячеек георешетки был принят 37,5х37,5 мм для всех используемых марок.Георешетка укладывалась между нижним и верхним слоями на подгрунтовку, выполненную битумной эмульсией с нормой расхода 0,8 л/м2.

Испытания образцов, как при статическом испытании, так и многократным нагружением производили по схеме 3-х точечного изгиба (рис. 3).

Установлено, что введение армирующей прослойки приводит к увеличению предела прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе, определяемого по ГОСТ 12801-98 (рис. 4). по определению усталостной прочности асфальтобетонных образцов большого размера, так как образцы стандартных размеров малопригодны для их армирования геосинтетикой. Сущность метода заключается в определении количества циклов нагружения асфальтобетонных образцов до их разрушения.

Величина прикладываемой циклической нагрузки изменялась в диапазоне от 10 % до 80 % от разрушающей, при статическом нагружении (т.н. жесткие многоцикловые испытания) с регистрацией прогибов образца. Продолжительность каждого нагружения составляла 0,1 с, интервал между нагрузками – 0,9 с, т.е. циклические нагружения с частотой 1 Гц.

Рис. 4. Зависимость предела прочности на растяжение при изгибе при однократном кратковременном нагружении асфальтобетонного образца от марки армирующего материала

Зависимость предела прочности на растяжение при изгибе при однократном кратковременном нагружении асфальтобетонного образца от марки армирующего материал

Число циклов нагружения, достигнутое в процессе испытания до разрушения образца, принимали за разрушающее. На рис. 6, для примера, приведены результаты испытаний армированных и неармированных асфальтобетонных образцов при температуре (0 ± 2) °С (расчетной температуре по критерию усталостного разрушения).

1 – исполнительный механизм (пневмоцилиндр); 2 – пневматическая система (компрессорная установка, блок пневмоклапана); 3 – интегрированная система управления процессом испытания и преобразующей сигналы в цифровую форм Рис. 5. Установка для испытания асфальтобетонных образцов на воздействие многократных нагрузок.

Габаритные размеры установки для циклического нагружения позволили проводить испытания при фиксированной температуре в диапазоне от минус (40 ± 2) °С до (40 ± 2) °С, размещая рабочие органы установки и испытываемые образцы в климатической камере (рис.5).

Установка для испытания асфальтобетонных образцов на воздействие многократных нагрузок

Анализ результатов комплексных испытаний свидетельствует о наличии следующей зависимости

где  – предел прочности на растяжение при изгибе асфальтобетона при заданном количестве циклов нагружения N, МПа;  – предел прочности на растяжение при изгибе асфальтобетона при однократном кратковременном нагружении, МПа; N – количество циклов нагружений; m – эмпирический коэффициент, характеризующий усталость материала, МПа.

 

Рис. 6. Зависимость разрушающего количества циклов нагружений армированного асфальтобетона от марки используемой георешетки (0 ± 2) °С

Для расчета усталостной прочности асфальтобетона предлагается использовать кривые Велера (кривые усталости, рис. 7) для асфальтобетона, которые в полулогарифмических координатах выглядят как прямые линии: formula-4

Зависимость разрушающего количества циклов нагружений армированного асфальтобетона от марки используемой георешетки (0 ± 2) °С

Результаты испытаний показывают значительное увеличение долговечности асфальтобетона при применении армирующих материалов. Так, при одинаковой величине внешнего воздействия,армированный асфальтобетон обладает большей выносливостью, чем неармированный. Применение ГМ «АРМДОР-25» в качестве армирующей прослойки, привело к увеличению выносливости асфальтобетона при температуре 0 °С в 2,3 раза, «АРМДОР-50» – в 2,8 раза, а применение ГМ «АРМДОР-100» – в 3,2 раза. Это свидетельствует о существенном торможении процесса усталостного разрушения и увеличении трещиностойкости асфальтобетонных слоев.

Рис. 7. Зависимость разрушающего количества циклов нагружений армированного асфальтобетона от уровня напряженного состояния при температуре (0 ± 2) °С

Вывод

Таким образом, экспериментальные исследования подтверждают возможность и перспективность использования технологии армирования асфальтобетона георешеткой из стекловолокна для увеличения его трещиностойкости.

Зависимость разрушающего количества циклов нагружений армированного асфальтобетона от уровня напряженного состояния при температуре (0 ± 2) °С

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

  • д.т.н., проф Сиротюк В.В, СибАДИ (г.Омск),ст. преподаватель Крашенинин Е.Ю, СибАДИ (г.Омск). Лабораторный метод изготовления армированных асфальтобетонных образцов /Вестник ТГАСУ. –Томск: Изд-во ТГАСУ, 2007.-С.54-60.
  • СТО 70950163-001-2012 «Георешетка стеклянная клееная Армдор».

Ключевые слова: автомобильные дороги, асфальтобетонное покрытие, трещиностойкость, образцы-балочки, геосинтетический материал, георешетка из стекловолокна, армирование, прочность.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *