Исследование усталостных свойств дорожных асфальтовых бетонов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.10, кандидат технических наук Калашникова, Татьяна Николаевна

• Калашникова, Татьяна Николаевна
• кандидат технических наук
• 1975

Оглавление диссертации кандидат технических наук Калашникова, Татьяна Николаевна

Введение.Э-Ц

ГЛАВА I . СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. . . . 5'

§ I. Требования, предъявляемые к асфальтобетону существующими нормативно-техническими документами .5~$

§ 2. Обзор состояния исследований по испытаниям асфальтобетона на усталость . . . . .т

§ 3. Основные факторы, определяющие усталостное поведение асфальтобетона . .а-зь

§ Цели и задачи исследования.

ГЛАВА П. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОБОСНОВАНИЮ

ПОВЕДЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОНА ПРИ ПОВТОРНОМ НАГРУ

ЗКЕНИИ.3f

§ I. О механизме усталостного разрушения.3i~

§ 2« Роль структуры в сопротивлении материала повторному воздействию нагрузок. .50

§ 3* Определение расчетной прочности асфальтобетона

ГЛАВА Ш. МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.^5

§ I. Исходные материалы, составы и физико-механичест кие свойства исследуемых смесей . ,65 • • •

§ 2. Аппаратура, используемая при исследованиях

§ 3. Обоснование размеров образцов и обработка экспех- х- АЛ /? риментальных данных.

ГЛАВА 1У. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТАЛОСТИ

АСФАЛЬТОБЕТОНА.

§ I. Результаты испытаний при постоянной амплитуде (Щ-Ш напряжений

§ 2. Результаты испытаний при постоянной амплитуде деформации.

ГЛАВА У. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПОЛНЕННЫХ исследований./59-т

§ I, Рекомендуемая методика оценки усталостных свойств асфальтобетона.J59-/6?>

§ 2. Анализ усталостных свойств асфальтобетона в различных условиях эксплуатации (с использованием ЭВМ).M-W

§ 3. Определение требуемой прочности асфальтобетона с учетом усталостных характеристик.ftO-HQ,

§ Учет усталостных характеристик при расчете дорожных одежд./М-Ш

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование усталостных свойств дорожных асфальтовых бетонов»

Одной из особенностей развития автомобильного транспорта в девятой пятилетке является быстрый рост грузового транспорта, сопровождающийся увеличением автомобилей большой грузоподъем -ности. Поэтому приобретает важную роль проектирование дорожных одежд, обладающих необходимой выносливостью под действием возрастающей интенсивности и грузоподъемности автомобильного движения.

Поскольку покрытия из асфальтобетона и битумоминеральных материалов получают все большее распространение, то повышение темпов дорожного строительства и эффективность капиталовложе -ний могут быть обеспечены в первую очередь долговечностью самого материала.

Считают, что срок службы таких покрытий 12-20 лет, но зачастую они требуют ремонта намного раньше этого срока, так при среднем межкапитальном сроке ремонта в СССР 19 лет, в городах он составляет 7-8 лет, на загородных дорогах 12 лет /65/.

При строительстве дорог с асфальтобетонным покрытием в настоящее время обращается большое внимание на качество и отделку покрытия. К сожалению, существуют причины, которые вызывают разрушение покрытий независимо от качества исходных материалов и тщательности устройства покрытий.

В условиях непрерывного роста движения на дорогах покрытие несет как бы утроенную нагрузку: во-первых за счет увеличиваю -щейся интенсивности движения, во-вторых за счет роста скорости автомобилей и в-третьих за счет увеличения количества тяжелых автомобилей. Со времени начала строительства дорог ечсоеерше«с&&*ют, покрытиями эти три показателя претерпели значительные изменения, а конструкции дорожных одежд, хотя развиваются и совершенствуются, но не в такой степени, чтобы отвечать требованиям современного автомобильного транспорта.

К числу основных причин, вызывающих разрушение асфальтобетонных покрытий, относится недостаточная способность асфальто -бетона сопротивляться усилиям, возникающим в нем в результате воздействия нагрузок от автомобильного транспорта, что особенно опасно в период оттаивания земляного полотна (или промерзания), и если покрытие в этот период обладает чрезмерной хрупкостью, то повторное действие нагрузок снижает и без того недостаточную его деформативную способность, заставляя работать в местах не -ровностей на изгиб. Вследствие этого в процессе работы покрытия уже нельзя ориентироваться на прочность асфальтобетона на изгиб полученную при статическом (разовом) испытании, необходимо выяснить как она уменьшается из-за многократного циклического воз -действия нагрузки.

Усталость, испытываемая покрытием,носит механический характер, который подчиняется закону постепенного разрушения материалов, подтвержденных повторным нагрузкам.

Предлагаемая ниже работа посвящена исследованию асфальтобетона под воздействием повторных нагрузок и установлению диффе -ренцированных усталостных характеристик для различных типов асфальтобетона.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация автомобильного транспорта», Калашникова, Татьяна Николаевна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Проведенные исследования показали,что развитие усталостных процессов в асфальтобетоне является одной из основных причин его разрушения, что вызывает необходимость учета усталостных свойств асфальтобетона при проектировании дорожных конструкций и назначении требований к его прочности.

2. Теоретический анализ позволил установить связь показателей прочности при стационарном режиме испытания и усталости асфальтобетона при многократном циклическом режиме.С учетом коэффициентов усталости получены аналитические зависимости,связывающие между собой прочностные показатели при различных режимах нагружения.

3. Возможность определения расчетной прочности асфальтобетона по результатам испытаний в различных режимах нагружения представляет практический интерес.Так как проведение усталостных испытаний, необходимых для прогнозирования сроков службы* требует длительного времени и специального оборудования, то определение усталостных свойств асфальтобетона по результатам испытаний на механическом (гидравлическом) прессе непрерывно возрастающей нагрузкой дает возможность пользоваться более простой методикой в обычных лабораторных условиях.

4. Разработана методика определения усталостных характеристик асфальтобетона количества циклов до разрушения(усталостной долговечности)^, коэффициента усталости ffl ,динамической прочности при изгибе •

5. В результате экспериментальных исследований выявлено различие в поведении асфальтобетона различного типа под действием многократного нагружения. Так, при одинаковой величине действующей нагрузки асфальтобетон типа ПАП выдерживает большее количество циклов до разрушения,чем асфальтобетон типа "В".Коэффициент усталости, характеризующий способность материала сопротивляться многократному воздействию нагрузки, при Т=0°С равен для: асфальтобетона типа иА"-0,19, иБ"-0,17, пВ"-0,22, "Гй-0,20, "ДМ),23.

6. Для восстановления 90-94 % накопленных деформаций необходимо "предоставление отдыха" асфальтобетону типа пА"„"Р,|-1-2месяца,"Б"-2 месяца, "В",пД"-3-4 месяца.

7. Наследования позволили уточнить зависимость усталостных свойств от условий испытаний,в частности, а) коэффициент усталости асфальтобетона типа "Д" при Т=0°С равен /77=0,28, при Т=йгЮ°С Л1 = 0,25(при одной скорости нагружения), что подтверждает опубликованные данные об улучшении усталостных свойств при понижении температуры, б) увеличение скорости нагружения (при испытании асфальтобетона тина "А" коэффициент усталости при if= 8,5 цикл/мин равен Ш =0,23, а при !/= 75,0 цикл/мин Я1= 0,18) способствует лучшей сопротивляемости материала многократному нагружению, в) при уменьшении вязкости вяжущего усталостные свойства асфаль-тоБвтона ухудшаются:так,при T=-I0°C m асфальтобетона типа "Д" на битуме БНД 60/90 равен 0,22, а на битуме БНД 130/200 W =0,25, д) количество циклов,выдерживаемое до разрушение максимально для асфальтобетона с оптимальным содержанием битума(подобранного стандартным способом) в сравнении с асфальтобетоном,характеризующимся недостатком или большим избытком битума ( тин ПЦП): Т°С Щ 8,3% 6,3%

-Ю I.3.I02 I.5.I02 4.4.I02 циклов О I.5.I01 7.5.I01 I.5.I02 циклов

8. Предложена методика учета коэффициентов усталости при разработке требований к прочности асфальтобетона при динамическом изгибе

Так,для условий г.Москвы, -Яс составляет для асфальтобетона типа"А"- 4\0кгс/см2, "Би-74,0 кгс/см2, 'Ти-88,0 кгс/см2 и т.д. При увеличении коэффициента усталости величина расчетной прочности возрастает.Построены номограммы для определения требуемой прочности асфальтобетона при изгибе.

9.Установлено влияние коэффициента усталости на расчетную толщину слоя асфальтобетонного покрытия,Показана возможность использования конкретных характеристик асфальтобетона,полученных в лаборатории, при расчете дорожных одежд.

10. Небольшие по величине отклонения коэффициентов усталости при использовании их в расчетах дает значительную разницу в рассчитываемых характеристиках.

11. Полученные дифференцированные усталостные свойства асфальтобетона указывают на необходимость назначения асфальтобетона в зависимости от эксплуатационных условий.

Результаты проведенных исследований получили отражение в "Методических рекомендациях по повышению сроков службы асфальтобетонных покрытий",М.,Минавтодор РСФСР,1973.,содержащих указания по выбору прочностных показателей асфальтобетона для различных районов РСФСР.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Калашникова, Татьяна Николаевна, 1975 год

1. Агапова Р./). "Исследование прочностных и деформационных свойств укрепленных грунтов,применяемых в дорожном строительстве". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. X., 1971.

2. Арончик Э.М. "Исследования выносливости предварительно напряженных керамзитобетонных изгибаемых элементов при воздействии многократно повторяющейся нагрузки". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.,1967.

3. Аррамбид Ж., Дюрьез М. "Органические вяжущие и смеси для дорожного строительства" перевод. М., 1961.

4. Бабей Ю.И. "Влияние механической обработки на усталостную прочность стали в некоторых активных средах ". Материалы конференции "Вопросы физико-химической механики материалов" МГУ, 1968.

5. Баловнева И.И, "Асфальтобетонные покрытия для тяжелого интенсивного движения", Ж./'Автомобильные дороги" № 4, 1967.

6. Барздо В.И. "Деформация нежесткого дорожного покрытия при оттаивании земляного полотна". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук., М., 1954.

7. Батраков О.Т. "Влияние свойства одежд автомобильных дорог". Материалы всесоюзной межвузовской научно-технической конференции по прочности дорожных одежд. Харьков, 1968.

8. Бельковский С.В. "Исследование деформации покрытий в зимний период". Научно-технический отчет по Ленинградскому филиалу Дорнии 1950.

9. Бируля А.К. "Современное состояние и пути дальнейшегоразвития методов расчета нежестких дорожных одежд" Материалывсесоюзной межвузовской научно-технической конференции по прочности дорожных одежд. X., 1968.

10. Богуславский A.M., Богуславский Л.А. " Основы реологии асфальтобетона", йзд-во "Высшая школап, 1972.

11. И. Бунин М.В., Грушко И.М., Ильин А.Г. Структура и механические свойства дорожных цементных бетонов. Харьков,1968.

12. Волков М.И., Золотарев В.А. "Принципы направленного структурообразования в асфальтобетоне" Материалы конференции "Вопросы физико-химической механики материалов" МГУ,1968.

13. Волков М.И., Королев И.В. "Структура и прочность асфальтобетона". Материалы межвузовской научно-технической конференции по прочности дорожных одежд, Х.,1968.

14. Волков М.И., Романенко М.И., Герасимов Д.Г. "О структурно-механических свойствах битумоминеральных смесей?. Сб. "Автомобильные дороги и дорожное строительство", вып.5.1. Киев, "Строитель", 1969.

15. Гезенцвей Л.Б. "Дорожный асфальтобетон", М.,1964.

16. Гезенцвей Л.Б., Казарновская Э.А. "Релаксация напряжений в асфальтобетоне" Труды Союздорнии, вып.7,"Транспорт", 1966.

17. Гладков B.C. "Исследование влияния некоторых свойств цементного камня на усталость дорожного цементного бетона". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук . Харьков, 1961.

18. Горелышев Н.В. "Исследование пластичности и морозо -стойкости дорожного асфальтового бетона". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 19 .

19. Горелышев Н.В. "Принципы структурообразования асфальтобетона" Труды Союздорнии, вып.7, "Транспорт", 1966.

20. Горелышев Н.В., Лобзова К.Я., Калашникова Т.Н. "Пути повышения деформативности асфальтобетона при отрицательных температурах" Труды Союздорнии, вып.II,"Транспорт", М.,1967.

21. Горелышев Н.В. "Оптимальная структура минерального остова асфальтобетона" Материалы работ симпозиума по структуре и структурообразованию в асфальтобетоне" Союздорнии,1968.

22. Гохман Л.М. "Влияние вязкости битумов на физико-ме-ханические свойства асфальтобетона" Труды Союздорнии, вып. 34, "Транспорт", 1969.

23. Гуль В.Е. "Прочность полимеров", изд-во "Химия" М.-Л.,1964.

24. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. Изд-во "Высшая школа", М., 1966.

25. Джаназян Э.С. "Некоторые вопросы повышения трещино -стойкости асфальтобетонных покрытий" Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.,1967.

26. Джаназян Э.С. "Использование битумов, модифицированных каучуками типа "НАИРИТ". Доклад на коллоквиуме в Союздор-нии по битумам, окт.,1969.

27. Доклады на конференции "Вопросы физико-химической механики материалов", МГУ, 1968.

28. Золотарев В.А. "О некоторых зависимостях структурно-механических свойств асфальтобетона" Материалы всесоюзной межвузовской научно-технической конференции по прочности дорожных одежд. Харьков, 1968.

29. Иванов Н.Н. "Пути повышения прочности и долговечности черных покрытий" . "Строительство дорог", 1947.

30. Иванов Н.Н. "О расчете дорожных одежд с учетом повтор-ности нагружения" Сб. ХАДИ, 25.

31. Иванов Н.Н. и др. Доклады от СССР II Международному дорожному конгрессу в Рио-де-Жанейро", "Автотрансиздат, М.,1959.

32. Иванов Н.Н. и др. Доклады от СССР 12 Международному дорожному конгрессу в Риме", "Транспорт", М.,1965.

33. Иванов Н.Н. и др. Доклады от СССР 13 Международному дорожному конгрессу (Токио,1967), "Транспорт",1967.

34. Иванов Н.Н. "Требования к битуму с учетом местных условий (климат, движение и др.) Доклад на Международном нефтяном конгрессе, Мехико, 1967.

35. Иванов Н.Н. "Современный мировой уровень теорий расчета дорожных одежд нежесткого типа" Материалы всесоюзной научно-тех-нической конференции по прочности дорожных одежд" Харьков, 1968.

36. Иванов Н.Н., Калашникова Т.Н. "Об исследовании уста -лостного процесса в асфальтобетоне" Труды I ЦНИЛ Гушосдора,М., 1969.

37. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа ВСН 46-72.

38. Калашникова Т.Н. "Вопросы исследования асфальтобетона при воздействии повторных нагрузок". Тезисы докладов на ХХУПнаучно-технической конференции МАДИ в 1969г.

39. Калашникова Т.Н. "Влияние повторных многократных нагрузок на работу асфальтобетона". Труды Союздорнии, вып.44,1970.

40. Калашникова Т.Н. "Прочностные и деформативные характеристики песчаного асфальтобетона при воздействии повторных на -грузок" Труды Гипродорнии, вып.1, 1970.

41. Калашникова Т.Н. "Об учете повторного воздействия нагрузок на работу асфальтобетона" Тезисы докладов на ХХУШ научно-технической конференции МАДИ ы 1970г.

42. Калашникова Т.Н. "Соотношение между упругими и остаточными деформациями в асфальтобетоне при повторных изгибах" Труды Гипродорнии, вып.2, 1971.

43. Калашникова Т.Н. "О необходимости проведения динамических испытаний асфальтобетона". Обзорная информация ЦБНТИ № 2, 1972.

44. Калашникова Т.Н. "Количественная оценка усталости асфальтобетона" Тезисщ докладов на XXXI научно-технической конференции в МАДИ, 1973.

45. Калашникова Т.Н. "Использование в расчетах коэффициентов усталости, полученных при исследовании асфальтобетона" Экспресс-информация ЦБНТИ, 1973, № 15.

46. Калашникова Т.Н. "Исследование усталостного поведения асфальтобетона при постоянной амплитуде деформации" Труды Гипро-дорнии, вып.9. 1974.

47. Калашникова Т.Н., Руденский А.В. Усталостные испытания асфальтобетона. Экспресс-информация ЦБНТИ, вып.II, 1973.

48. Калужский Я.А. "Теория укатки грунтовых слоев земляного полотна и дорожных одежд" Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Харьков, 1966.

49. Канаян Г.С. "Условия деформации связного грунта при многократном воздействии нагрузок" Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.Д966.

50. Карлашов А.В., Батов А.П. "О применимости адсорбционно-электрохимической теории усталостного разрушения к сплавам на алюминиевой основе" Материалы конференции "Вопросы физико-химической механики материалов", МГУ, 1968.

51. Карпенко Г.В. и др. "Влияние способа производства и рафинирования конструкционных сталей на их малоцикловую уста -лость в поверхностно-активных средах" МГУ, 1968.

52. Кизима С.С, "Прочностные параметры дорожных одежд дискретного строения" Доклад на 26 научно-исследовательской конференции в МАДИ, М.,1968.

53. Кизима С.С. "Влияние структурной прочности несущих дискретных слоев на эксплуатационные качества нежесткой дорож -ной одежды" Сб. "Автомобильные дороги и дорожное строительство", вып.5, Киев, "Строитель", 1969.

54. Клингер "Причины разрушения и деформаций черных покрытий". Перевод, М., Союздорнии, 1959г.

55. Коган Б.И. "Напряжение и деформации двухслойных и многослойных покрытий" Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Харьков, 1957.

56. Козлова Е.Н., Санамова С.Р. "К вопросу определения де-формативной способности асфальтобетона при отрицательных температурах" Труды Союздорнии, вып.34, "Транспорт", 1969.

57. Кононов В.Н. "К вопросу конструирования и расчета асфальтобетонных покрытий на основании из уплотненной битумомине -ральной смеси" Научные труды НШмосстроя, 1967.

58. Кононов В.Н., Клейман М.й. "О методе оценки деформатив-ной устойчивости асфальтобетона" Научные труды НИИмосстроя,1967.

59. Корчинский Л. , Беченева Г.В. "Прочность строительных материалов при динамических нагружениях" Изд-во литературы по строительству. М., 1966.

60. Кривисский A.M. "Принципы расчета прочности дорожных одежд" Материалы всесоюзной межвузовской научно-технической конференции по прочности дорожных одежд. Харьков, 1968.

61. Купин П.П. "Деформирование нежестких дорожных конструкций многократными нагружениями" Сб. "Исследования эксплуатаци -онно-транспортных показателей автомобильных дорог Западной Сибири" Омск, 1968.

62. Кучинский И.К. "Прочность, трещиноустойчивость керам-зитобетона и керамзитожелезобетона" Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1965.

63. Леонтьев Н.А. "Техника статистических вычислений"

64. Лобзова К.Я., Горелышев Н.В. "Предложения по технологии укатки и нормам плотности асфальтобетонных покрытий из горячих смесей" Союздорнии, 1969.

65. Лукошунас Е., Булавас А "Расчет усиления покрытий по упругим деформациям" Материалы всесоюзной межвузовской научно-технической конференции по прочности дорожных одежд. Харьков,1968.

66. Любченко В.А. "Взаимодействие дорожных одежд с динамическими нагрузками" Материалы всесоюзной межвузо.вской научно-технической конференции по прочности дорожных одежд. Харьков,1968.

67. Материалы конференции в Варшаве 12-14 мая 1960г. "Усталостная прочность материалов и элементов".

68. Миронов М.С. "Применение местных материалов Омской области (керамзитов и песков) в битумоминеральных смесях типа асфальтобетон" Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. И., 1966.

69. Михайлов Н.В. "Физико-химическая механика асфальтобетона" Материалы работ симпозиума по структуре и структурообразова-нию в асфальтобетоне. Союздорнии, 1967.

70. Михович С.И., Закурдаев И.Е. "Измерение осадки дорожной одежды под колесом автомобиля точным нивелированием". Материалы всесоюзной межвузовской научно-технической конференции по проч -ности дорожных одежд. Харьков, 1968.

71. Мотылев Ю.Л. "Влияние продолжительности действия и пов-торности нагружения на работу грунтовых оснований нежестких до -рожных одежд" Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1950.

72. Мотылев Ю.Л. "К вопросу об учете повторяемости нагруже-ний при конструировании нежестких дорожных одежд" Сб."Обоснование расчетных параметров для нежестких дорожных покрытий". Дориздат, М.,1952.

73. Никольский Ю.Е. "Исследование трещиностойкости асфальтобетона при низких температурах "Труды Союздорнии", вып.29/1/.

74. Отчет по испытаниям дорожных одежд нежесткого и жесткого типов, проведенных в штате Иллинойс США в 1958-1960гг. Испытание дорожных одежд по программе Американского общества дорожных администраторов faOSHOf перевод.

75. Панько Я.Г. "Теория колебаний сооружений при действии подвижной нагрузки. Диссертация на соискание ученой степени докторатехнических наук. М., 1940.

76. Почапский Н.Ф., Гончаренно В.И. "Влияние влажности асфальтового бетона на усталостную прочность при изгибе" Известия вузов № 5, Новосибирск, 1973.

77. Проектирование дорожных одежд с учетом усталости ас -фальтобетонных покрытий. СЭАД № 3, 1974.

78. Радовский Б.С., Щербакова Е.Я. "Оценка реологических характеристик асфальтобетона при кратковременных нагрузках" Сб.Союздорнии, 1974, №

79. Радовский Б.С., Руденский А.В. "О влиянии характеристик структуры материалов на их усталостную и длительную прочность" Сб. Союздорнии, 1974, №

80. Ребиндер П.А. Вступительное слово. Материалы работ симпозиума по структуре и структурообразованию в асфальтобетоне. Союздорнии, 1968.

81. Руденский А.В., Руденская И.М. "Известия вузов, строительство и архитектура", 1969,№5.

82. Руденский А.В., Калашникова Т.Н. "Исследование усталости асфальтобетона". Труды Гипродорнии, вып.7, 1973.

83. Руденская И.М., Руденский А.В. "Реологические свойствабитумоминеральных материалов". Изд-во "Высшая школа". М.,1971.

84. Руденский А.В., Штромберг А.А., Шестакова Н.А. "Сопоставление режимов работы асфальтобетона в дорожных покрытиях в различных условиях эксплуатации" Труды Гипродорнии, вып.9,1974.

85. Рузга "Электротензометры-сопротивления", "Мир", 1У64.