Домой

Отчет о выполнении ниокр по договору №80 от 25 января 2011 г по теме: «Армирование асфальтобетонных покрытий» (заключительный)




НазваниеОтчет о выполнении ниокр по договору №80 от 25 января 2011 г по теме: «Армирование асфальтобетонных покрытий» (заключительный)
страница1/4
Дата17.02.2013
Размер0.69 Mb.
ТипОтчет
Содержание
О выполнении ниокр
Реферат Отчет содержит 48 страниц, 17 рисунков, 9 таблиц. Ключевые слова
На основании результатов исследования становится возможным провести рациональное конструирование дорожных одежд армированных ГМ.
1 Исследование физико-механических свойств геосинтетических
1.1 Определение предела прочности при растяжении
1.2 Определение ползучести георешёток
2 Требования к геосинтетическим материалам
3 Исследование повреждаемости геосинтетических материалов
П – повреждаемость продольных (поперечных) рёбер стеклосетки, %; а
4 Испытания армированного асфальтобетона
4.1 Технология изготовления асфальтобетонных образцов
4.2 Определение предела прочности при одноосном растяжении
4.3 Определение предела прочности асфальтобетона на растяжение
P – разрушающая нагрузка, Н; l
5 Рекомендаций по использованию геосинтетических материалов
5.1 Общие положения
5.2 Требования, предъявляемые к материалам
5.3 Методика проектирования
Особенности расчёта нежестких дорожных одежд с армированным асфальтобетонным покрытием
Особенности расчёта жестких дорожных одежд с армированным асфальтобетонным покрытием
...
Полное содержание
Подобные работы:
  1   2   3   4


Общество с ограниченной ответственностью «Иннова-Терра»

(ООО «Иннова-Терра»)



УДК 625.7



















УТВЕРЖДАЮ:




Генеральный директор

ООО “ Иннова Терра ”

М.П.

______________________ Титов А.В.




«____» ________________ 2012 г.









ОТЧЕТ

^ О ВЫПОЛНЕНИИ НИОКР

по договору № 80 от 25 января 2011 г.


по теме: «Армирование асфальтобетонных покрытий»

(заключительный)




Исполнитель работ:




___________________ Г.М. Левашов

подпись, дата



Омск 2012 г.

^ Реферат

Отчет содержит 48 страниц, 17 рисунков, 9 таблиц.

Ключевые слова: асфальтобетон, покрытие, нежесткая дорожная одежда, геосинтетический материал, армирование, усиление.

Целью выполняемых работ является разработка рекомендаций по проектированию и строительству асфальтобетонных покрытий, армированных геосинтетическими материалами. Рекомендациями устанавливаются: особенности конструирования и расчета дорожных одежд с армированным асфальтобетонным покрытием и технологии укладки армирующего материала при строительстве;

Разработан и проведен комплекс лабораторных исследований физико-механических характеристик геосинтетических материалов, применяемых для армирования асфальтобетонных покрытий. Определены виды геосинтетических материалов, оптимальных для армирования покрытий в зависимости от зоны его расположения, регламентированы их свойства.

На основании результатов исследования физико-механических свойств ГМ и асфальтобетона сформулированы требования к геосинтетическим материалам, выбраны наиболее эффективные для целей армирования асфальтобетона.

Разработан и проведен комплекс лабораторных исследований по определению технологической повреждаемости армирующих материалов. Проведена аналитическая работа по составлению классификации видов повреждаемости. Выявлены основные факторы, влияющие на величину повреждаемости ГМ, произведена оценка влияния каждого фактора. На основании результатов исследования становится возможным провести рациональное конструирование ГМ. Проведенный комплекс работ позволяет сделать вывод о создании предпосылок к появлению «нового поколения» геосинтетики.

Разработан и проведен комплекс лабораторных исследований по определению физико-механических свойств асфальтобетона, армированного геосинтетическими материалами (ГМ). Проведена аналитическая работа по анализу и подбору методик проведения лабораторных исследований прочностных и деформативных характеристик армированного асфальтобетона. На основе проведенного анализа разработаны собственные (авторские) методики испытания, сконструировано и изготовлено необходимое приборное оснащение. Выявлены основные факторы, влияющие на величину эффекта от применения ГМ, произведена оценка влияния каждого фактора.
^

На основании результатов исследования становится возможным провести рациональное конструирование дорожных одежд армированных ГМ.

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………. 4

1 Исследование физико-механических свойств геосинтетических

материалов (ГМ) при положительных и отрицательных температурах…. 5

1.1 Определение предела прочности при растяжении…………………... 5

1.2 Определение ползучести георешёток………………………………... 6

2 Требования к геосинтетическим материалам…………………………… 7

3 Исследование повреждаемости геосинтетических материалов………... 9

4 Испытания армированного асфальтобетона…………………………….. 15

4.1 Технология изготовления асфальтобетонных образцов…………….. 15

4.2 Определение предела прочности при одноосном растяжении…….... 16

4.3 Определение предела прочности асфальтобетона на растяжение

при изгибе……………………………………………………………... 19

5 Рекомендаций по использованию геосинтетических материалов

для армирования асфальтобетонных покрытий…………………………. 22

5.1 Общие положения…………………………………………………….. 23

5.2 Требования, предъявляемые к материалам…………………………... 26

5.3 Методика проектирования……………………………………………. 28

5.4 Технология производства работ……………………………………… 43

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………... 53

Список использованных источников………………………………………. 55


ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время асфальтобетон остаётся наиболее распространённым материалом для покрытий автомобильных дорог и широко используется во всём мире с прошлого века. Однако асфальтобетонные покрытия постепенно исчерпывают свои физические возможности длительно сохранять высокую прочность, ровность и сплошность при столь высоких нагрузках.

Анализ результатов отечественных и зарубежных исследований, практика строительства свидетельствуют, что армирование асфальтобетонных покрытий геосинтетическими материалами (ГМ) позволяет повысить их сопротивление растягивающим напряжениям от транспортных нагрузок и температурных воздействий, уменьшить трещинообразование и колееобразование, увеличить срок службы в 2-3 раза.

Однако практика свидетельствует и о том, что не всегда удаётся достичь существенных положительных результатов при армировании покрытий ГМ. Нет единого мнения в вопросах конструирования и расчёта армированных покрытий. Нет определённости в выборе наиболее эффективных ГМ, применяемых для этой цели.

Для ответа на вопрос «какой материал наиболее эффективен в той или иной ситуации» был сформулирован и проведен комплекс лабораторных исследований по определению физико-механических характеристик геосинтетических материалов. По результатам, которых были выявлены наиболее оптимальные материалы для использования в качестве сырья при изготовлении армирующих ГМ.

Существующие нормативно-методические документы, определяющие порядок проектирования (конструирования и расчета) не жестких дорожных одежд, не предусматривают использование геосинтетических материалов в качестве армирующего материала.

^ 1 Исследование физико-механических свойств геосинтетических

материалов (ГМ) при положительных и отрицательных температурах

Важным этапом при определении оптимального армирующего материала является исследование его физико-механических свойств. Для этого были выполнены испытания по определению прочности и деформативности георешёток при различных положительных и отрицательных температурах (-20 ОС, 0 ОС, +20 ОС).

С целью формирования методики лабораторных испытаний георешёток, используемых для армирования образцов из асфальтобетонной смеси, был уточнён перечень основных показателей свойств георешёток и условия испытаний по их определению, с внесением необходимых дополнений.

В процессе эксперимента были испытаны георешётки марок Поли 20, СТ 25, СТ 50, СТ 100, производства как российских, так и зарубежных компаний.

^ 1.1 Определение предела прочности при растяжении

Сущность метода заключается в определении нагрузки, необходимой для разрушения образца при растяжении с определением соответствующих предельных деформаций. При разработке данной методики, за основу были взяты стандарты ISO 10319:1993(E) [1] и ASTM D 4595 [2].

Таблица 1 – Расчетные характеристики геосинтетических материалов

Материал

сырья

Разрывная

нагрузка, кН/м

Относительная

деформация

ε, %

Размер

ячейки,

мм

Площадь одного

ребра,

мм2

Предел

прочности

σS, МПа

Модуль

упругости

ЕS, МПа

Стекловолокно

25

3

25х25

37,5х37,5

50х50

0,75

1,15

1,5

830

27 666

50

25х25

37,5х37,5

50х50

1,5

2,25

3,0

830

27 666

100

25х25

37,5х37,5

50х50

3,0

4,5

6,0

830

27 666

Полипропилен*

20

10

65х65

3,2

19,1

191

Примечание: *Плоские экструдированные полипропиленовые георешетки при растяжении разрушаются по ребру


Рисунок 1 – Характер изменения

общей относительной деформации

Рисунок 2 – Разрушение

полимерной георешетки

^ 1.2 Определение ползучести георешёток

Сущность метода заключается в определение способности материала деформироваться во времени при действии различных по величине постоянных нагрузок.

Для обработки полученных экспериментальных значений использовались методы математической статистики.

Определение объёма пассивных однофакторных экспериментов выполнялось с учётом предположения, что распределение исследуемых параметров следует нормальному закону Гаусса. Случайный характер результатов испытаний, выражаемый дисперсией разброса исследуемых параметров, обусловлен как естественной неоднородностью геосетки, так и изменчивостью работы испытательного оборудования.

В результате испытаний установлено:

- период завершения деформаций зависит от величины постоянной нагрузки;

- при отрицательной температуре георешёток величина деформации ползучести за 30 суток существенно уменьшается – примерно в два раза (по сравнению с деформациями при положительных температурах), но протекает она значительно дольше по времени и не завершается за 30 суток;

- все испытанные георешётки имеют хорошую однородность механических свойств. Коэффициент вариации составляет не более 10%;

- физико-механические показатели георешёток, полученные в лабораторных условиях, подтверждают обоснованность и достоверность данных, заявленных производителем в технических условиях;

- разрушение образцов при кратковременном одноосном растяжении происходит вдоль оси поперечных рёбер, как при положительной, так и при отрицательной температуре. Это свидетельствует о том, что прочность на уровне узловых соединений меньше прочности ребра георешётки. Данный факт объясняется особенностями технологии изготовления ГМ, применяемой производителем.

- при постоянном увлажнении и понижении температуры испытаний георешёток, изготовленных из полипропилена (марок Поли-20) до -20С происходит снижение их предела прочности при растяжении на 8-12%, а деформативности на 29-32%. При этом не наблюдается существенного повышения хрупкости этих георешёток. У материалов на основе стекловолокна происходит снижение их предела прочности на растяжение на 6-10%, а деформативности на 10-20%.

^ 2 Требования к геосинтетическим материалам

Армирующий материал призван:

- воспринимать и перераспределять горизонтальные нормальные растягивающие напряжения и предотвращать избыточную горизонтальную деформацию удлинения вблизи подошвы слоя при его изгибе, возникающие при многочисленных кратковременных воздействиях колёсной нагрузки от автотранспорта;

- воспринимать и перераспределять горизонтальные нормальные растягивающие напряжения и предотвращать избыточную горизонтальную деформацию удлинения, возникающие в некоторых сечениях от длительно действующих температурных нагрузок.

Основываясь на предназначении армирующего материала, можно выделить ряд основных условий необходимых для выполнения ГМ функции армирования:

1) Необходимо прочное сцепление арматуры с армируемым материалом для обеспечения перераспределения возникающих напряжений.

2) Прочность арматуры на растяжение должна быть значительно выше прочности армируемого материала с учётом усталостных явлений от многократных кратковременных силовых воздействий.

3) Модуль упругости арматуры должен быть намного выше, чем у армируемого материала. Иначе армируемый материал может получить избыточные горизонтальные деформации раньше, чем арматура воспримет и перераспределит растягивающие напряжения.

4) Прочность и деформативность армирующего материала должны быть стабильны во времени, как при низких отрицательных, так и при повышенных температурах и высокой влажности.

5) Арматура не должна обладать чрезмерной ползучестью для восприятия длительных температурных напряжений. Иначе арматура может либо не выдержать значительных длительных температурных напряжений, возникающих в покрытии при низких отрицательных температурах, либо релаксировать эти напряжения, утратив своё предназначение.

6) Арматура должна располагаться в слое армируемого материала с наибольшими растягивающими напряжениями.

7) Коэффициенты температурного расширения армируемого и армирующего материалов должны иметь близкие значения для выполнения первого условия.

8) Армирующий материал не должен растворяться и окисляться в воде.

9) Армирующий материал не должен создавать экологических осложнений.

10) Стоимость армирующего материала не должна вызывать удорожания строительства превышающего эффект от его применения.

На основании предложенных условий становится возможным назначить требования к физико-механическим свойствам материалов, применяемых в качестве армирующих, при возведении асфальтобетонных покрытий дорожных одежд.

^ 3 Исследование повреждаемости геосинтетических материалов

При уплотнении асфальтобетонной смеси катками, особенно при первых проходах, возникают не только нормальные, но и сдвиговые нагрузки и деформации с вертикальным и горизонтальным перемещением щебня и остальных составляющих смеси. Сдвиг верхних слоёв материала относительно нижних, горизонтальные перемещения частиц при этом составляют от 2,5 до 5 см. Внешним проявлением этого эффекта является волна материала перед вальцом. Постепенно, по мере увеличения плотности и модуля деформации асфальтобетона, снижения температуры смеси, возрастает сдвигоустойчивость материала и к третьему-четвёртому проходу катка волна практически исчезает.

На рисунке 3 предложена классификация видов повреждаемости геосинтетических материалов.

Потерю прочности ГМ за счет механического воздействия уплотняющих средств предложено обозначить (называть) как «механическую повреждаемость». Как показали проведенные исследования, наличием механической повреждаемости характеризуется ГМ, изготавливаемые из волоконных материалов (стекловолокно, базальтоволокно), обладающих повышенной хрупкостью и малой деформативностью.

Потеря прочности армирующих материалов при их укладке в горячую асфальтобетонную смесь может происходить не только от механического воздействия уплотняющих средств, но и от интенсивного нагрева ГМ в этой смеси.




Рисунок 3 – Виды повреждаемости (потери прочности) ГМ

Также потеря прочности ГМ наблюдается при воздействии внешних факторов, к которым в основном относят воздействие ультрафиолетового облучения. ГМ подвержен такому воздействию при хранении, транспортировке, временному размещению на обочине или его укладке в конструктивный слой при поточном методе организации строительства. Данный вид технологической повреждаемости предложено обозначить как «повреждаемость за счет воздействия внешних факторов и сред». В настоящее время предложен ряд мероприятий позволяющих значительно уменьшить (или практически полностью исключить) повреждаемость за счет воздействия внешних факторов и сред. К ним относится и упаковка рулонов ГМ специальными пленочными материалами не пропускающих УФ излучение, и рекомендации по перекрытию слоев ГМ в течение рабочей смены материалами вышележащих конструктивных слоев.

Методика и оборудование, используемые для испытаний

Для исследования закономерностей явления технологической повреждаемости ГМ, рекомендуемых для армирования асфальтобетонных покрытий предложена методика и изготовлено специальное оборудование. Сущность метода состоит в моделировании воздействий уплотняющих средств в лабораторных условиях [3]. Для испытаний использовали универсальную уплотняющую установку (уплотняющий стенд СибАДИ), моделирующую работу гладковальцовых катков статического действия (рисунок 4).

Разработана и оформлена отдельным пособием методика проведения испытаний.

Механическую повреждаемость ГМ (потерю прочности П, %) в процессе уплотнения асфальтобетона вычисляли по формуле:

, (1)

где – прочность при кратковременном растяжении в направлении длины (ширины) материала, кН/м,

– то же после воздействия уплотняющего устройства, кН/м.


Для определения влияния различных факторов на технологическую повреждаемость стеклосеток проведены экспериментальные исследования с использованием статистического метода планирования эксперимента. Для анализа экспериментальных исследований была принята двухфакторная модель второго порядка позволяющая на одной полиномиальной модели исследовать все возможные комбинации основных факторов, влияющих на повреждаемость ГМ:

Исследовалось влияние двух основных факторов: геометрического размера ячеек ГМ и толщины вышележащего уплотняемого слоя из асфальтобетонной смеси. Выбор числовых значений верхнего и нижнего уровней варьирования независимых переменных производилось на основе теоретических и практических данных, исходя из конструктивных особенностей ГМ и армированных асфальтобетонных покрытий.

Выполнение экспериментальных исследований осуществлялось в соответствии с планом полного факторного эксперимента 23 [4]. Его результаты приведены и на рисунке 5.

Окончательно запишем математическую модель исследуемого процесса в виде уравнения регрессии с натуральными значениями исследуемых факторов

(2)

где ^ П – повреждаемость продольных (поперечных) рёбер стеклосетки, %;

а – средний размер ячейки ГМ, мм;

h – толщина вышележащего уплотняемого асфальтобетонного слоя, мм.




Рисунок 5 – Зависимость технологической повреждаемости ГМ от толщины

вышележащего уплотняемого слоя асфальтобетонной смеси и размера ячеек геосетки

Анализ полученной зависимости показывает, что на технологическую повреждаемость геосеток в большей степени влияет толщина вышележащего асфальтобетонного слоя. Что необходимо учитывать при конструировании армированных дорожных одежд, назначая «защитный» слой асфальтобетона над ГМ не менее 8-10 см.

Помимо геометрических параметров стекловолоконных геосеток на технологическую повреждаемость существенное влияние оказывает вид и свойства исходных материалов, технология их изготовления (размер, количество и способ объединения мононитей, способ изготовления и объединения рёбер в узлах, пропиточный состав, используемый при изготовлении армирующего материала и т.д.).

Для проверки этой гипотезы были изготовлены серии опытных образцов геосеток с размером ячейки 25 х 25 мм, показавшей худшие результаты по технологической повреждаемости при уплотнении, с использованием нескольких видов пропиток: акриловых, латексных, пластизольных и битумо-полимерных. Толщина вышележащего слоя асфальтобетонной смеси для данных испытаний была принята 40 мм.

Образцы с вышеназванными видами пропиток были подвергнуты испытаниям на лабораторном стенде по вышеописанной методике. Результаты испытаний представлены на рисунке 6.



Рисунок 6 – Зависимость повреждаемости геосетки от вида пропитки

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что путём рационального подбора пропиточного состава можно снизить технологическую повреждаемость стеклосетки на 30 %.

Таким образом, появились предпосылки для обоснованного назначения пропиточного состава при производстве геосеток из стекловолокна. Дальнейшие исследования направлены на установление закономерности влияния количества клеевого состава нанесенного в процессе производства на технологическую повреждаемость ГМ. Были подготовлены опытные образцы, пропитанные рекомендуемыми составами, с различными нормами пропитки. За норму пропитки, принято содержание клеевого состава в эмульсии, используемой для пропитки материала. Толщина вышележащего слоя асфальтобетонной смеси при проведении испытаний составляла 50 мм. Результаты исследования представлены на рисунке 7.



Рисунок 7 – Зависимость повреждаемости геосетки от нормы пропитки

Проведенный комплекс испытаний демонстрирует, что при использовании комплексного подхода к вопросу конструирования ГМ, становится возможным существенно снизить повреждаемость армирующего материала – с 95 % до 25-30 %.

^ 4 Испытания армированного асфальтобетона

Для возможности оценки эффективности применения армированного асфальтобетона необходимо проведение сравнительных испытаний асфальтобетонных образцов как армированных, так и неармированных.

^ 4.1 Технология изготовления асфальтобетонных образцов

Для испытания асфальтобетонных образцов на воздействие кратковременных повторяющихся нагрузок и на растяжение при изгибе предложено использовать балочки размером 400х100х120 мм. Увеличенный размер образца оправдан с точки зрения геометрического подобия образца, реальным толщинам асфальтобетонных покрытий.

Для изготовления необходимых образцов использовалась установка для уплотнения асфальтобетонной смеси, моделирующая работу гладковальцовых катков статического действия (эта установка разработана и изготовлена в СибАДИ специально для исследования свойств асфальтобетона, армированного геосинтетическими материалами).

Предложенная технология формования асфальтобетонных образцов позволяет достигать требуемого коэффициента уплотнения и однородности уплотнения по длине образца. При этом полученная структура асфальтобетонного образца схожа со структурой асфальтобетона в покрытиях реальных автомобильных дорог, чего невозможно добиться, применяя стандартную технологию прессования на гидравлических прессах.

^ 4.2 Определение предела прочности при одноосном растяжении

Сущность метода заключается в определении нагрузки, необходимой для разрушения асфальтобетонного образца при одноосном растяжении (рисунок 8).

Для испытаний использовали образцы из асфальтобетона «гантелеобразной» формы, получаемые путем выпиливания циркулярной пилой с алмазными дисками из образцов с габаритными размерами 200х100х40 мм, изготовленных на «прокатном стенде СибАДИ». Испытания проводили при температурах образцов: (минус 20±2)°С, (0±2)°С, (20±2)°С и (40±2)°С на универсальной испытательной машине GOTECH UG-LA10 (рисунок 8) при постоянной скорости нагружения (3,0±0,3) мм/мин., аналогичной скорости нагружения при испытании на одноосное сжатие согласно требованиям ГОСТ 12801 [5].

Для испытания асфальтобетонного образца при заданной температуре его предварительно термостатировали в климатической камере «Erturt» типа Т25/1.1 в течение 2 часов.



Рисунок 9 – Асфальтобетонные образцы для испытаний по определению

предела прочности на растяжение


Обработка результатов испытания

Предел прочности при одноосном растяжении (МПа) вычисляют:

, (3)

где P - разрушающая нагрузка, Н;

F - первоначальная площадь поперечного сечения образца, см2;

10-2 - коэффициент пересчета в МПа.


Относительная вертикальная деформация ε при растяжении вычисляется путем деления абсолютного удлинения Δl на первоначальную длину образца l0:

. (4)

Модуль деформации при растяжении вычисляют (МПа) по формуле:

. (5)

Для определения предела прочности при растяжении асфальтобетона было испытано по 8 образцов при каждой фиксированной температуре: (минус 20±2)°С, (0±2)°С, (20±2)°С и (40±2)°С.

По результатам проведенных испытаний была подобрана корреляционная зависимость (с коэффициентом корреляции r = 0,973), связывающая предел прочности при растяжении асфальтобетона (, МПа) с его температурой (Т, 0С):

. (6)

Подобрана корреляционная зависимость (с коэффициентом корреляции r = 0,976), связывающая модуль деформации асфальтобетона при растяжении (, МПа) с температурой испытаний (Т, 0С):

. (7)

Графическое отображение зависимости предела прочности асфальтобетона при растяжении от его температуры представлено на рисунке 10.



Рисунок 10 – Зависимость предела прочности при растяжении

асфальтобетона от температуры испытаний

Результаты испытаний показывают, что основные прочностные характеристики асфальтобетона (предел прочности и модуль деформации) при одноосном растяжении существенно зависят от температуры образцов.

Сопоставляя результаты экспериментальных исследований прочностных и деформативных характеристик асфальтобетона при растяжении и сжатии, можно сделать вывод о том, что асфальтобетон имеет различные значения предела прочности (модуля деформативности) при растяжении и сжатии.

  1   2   3   4

Поиск по сайту:



База данных защищена авторским правом ©dogend.ru 2019
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Уроки, справочники, рефераты