СПОСОБ ОЦЕНКИ СЦЕПЛЕНИЯ ЗАПОЛНИТЕЛЯ С РАСТВОРНОЙ ЧАСТЬЮ АСФАЛЬТОБЕТОНА Российский патент 2011 года по МПК C04B28/00 G01N33/38 

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано при оценке сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона.

Известен способ оценки силы сцепления битума с камнем в асфальтобетоне, включающий определение величины сцепления путем создания растягивающего усилия в контактной зоне штампа-эталона, выполненного из металла. Растягивающее усилие создают путем приложения к штампу-эталону динамической нагрузки (Рекомендации по применению битумных шламов для устройства защитных слоев износа на автомобильных дорогах с интенсивным движением. - М.: Гипродор НИИ, 1982. - С. 28-29).

Недостатком описанного способа является низкая точность оценки показателя сцепления в связи с несоответствием материала штампа-эталона (металл) материалу заполнителя (камень).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ оценки сцепления заполнителя с растворной частью бетона, включающий фиксацию штампа-эталона нижней частью из заполнителя в растворной части исследуемого бетона на заданной глубине металлической емкости, связанной со станиной, создание растягивающего усилия в контактной зоне штампа-эталона путем приложения к нему статической нагрузки на разрыв, фиксацию этой нагрузки в момент отрыва штампа-эталона от растворной части исследуемого бетона для определения продолжительности действия этой нагрузки до момента отрыва штампа-эталона от растворной части бетона, определение величины напряжения в контактной зоне штампа-эталона по отношению величины нагрузки к размеру площади контактной зоны штампа-эталона и установление линейной зависимости между напряжением в контактной зоне штампа-эталона и временем действия статической нагрузки. При этом фиксацию штампа-эталона нижней частью из заполнителя в растворной части исследуемого бетона на заданной глубине погружения осуществляют посредством риски на штампе - эталоне при соединении последнего через струну, размещенную в направляющей трубке и проходящую через блоки, с нагрузочным приспособлением. Последующую оценку уровня сцепления заполнителя с растворной частью бетона производят по косвенной характеристике величины сцепления заполнителя с растворной частью бетона с учетом связи между этой характеристикой и коэффициентом изменения прочности бетона (патент RU N 2121986, МПК6 G01B 28/00, G01N 33/38).

Недостатками указанного способа являются низкая точность экспериментальной оценки показателя сцепления в связи с тем, что результаты оценки не учитывают влияние сил трения между струной и блоками, и повышенная трудоемкость при использовании большого количества штампов-эталонов из-за невозможности одновременной фиксации глубины погружения нескольких исследуемых штампов-эталонов.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения точности экспериментальной оценки показателя сцепления и уменьшения трудоемкости реализации способа при использовании большого количества штампов-эталонов.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе оценки сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона, включающем фиксацию штампа-эталона нижней частью из заполнителя в растворной части исследуемого материала на заданной глубине металлической емкости, связанной со станиной, создание растягивающего усилия в контактной зоне штампа-эталона путем приложения к нему статической нагрузки на разрыв, фиксацию этой нагрузки в момент отрыва штампа-эталона от растворной части исследуемого асфальтобетона и определение величины напряжения в контактной зоне штампа-эталона по отношению величины нагрузки к размеру площади контактной зоны штампа-эталона, согласно изобретению штамп-эталон фиксируют из трех жестко соединенных одинаковых элементов, расположенных относительно друг друга под углом 120°, нижней частью из заполнителя в растворной части исследуемого асфальтобетона на заданной глубине путем закрепления штампа-эталона в стержневой системе, перемещая ее относительно поверхности растворной части исследуемого асфальтобетона посредством резьбового соединения, связанного со стержневой системой, а создание растягивающего усилия в контактной зоне каждого элемента штампа-эталона производят после поворота металлической емкости на 180° относительно станины.

Повышение точности экспериментальной оценки показателя сцепления осуществляется за счет фиксирования глубины погружения штампа-эталона из трех жестко соединенных одинаковых элементов нижней частью из заполнителя в растворной части асфальтобетона путем закрепления штампа-эталона в стержневой системе, которую перемещают относительно поверхности растворной части исследуемого асфальтобетона посредством резьбового соединения, связанного со стержневой системой, при устранении влияния сил трения между струной и блоками, используемыми для реализации способа, выбранного в качестве прототипа.

Уменьшение трудоемкости реализации способа при использовании большого количества штампов-эталонов осуществляется за счет обеспечения возможности погружения в растворную часть асфальтобетона одного штампа-эталона из трех жестко соединенных одинаковых элементов нижней частью из заполнителя и фиксации глубины погружения этого штампа-эталона посредством резьбового соединения, связанного со стержневой системой, при отсутствии необходимости регистрации глубины погружения каждого из элементов штампа-эталона.

Способ оценки сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично изображено приспособление для фиксации величины погружения штампа-эталона в растворную часть асфальтобетона; на фиг.2 -разрез по линии А-А фиг.1; на фиг.3 - прибор для оценки сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона, реализующие способ, а также таблицей, в которой представлены результаты оценки сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона.

Приспособление для фиксации величины погружения штампа-эталона в растворную часть асфальтобетона содержит станину 1, связанную со стержневой системой, содержащей прикрепленный к станине 1 кронштейн 2, в верхней части которого установлен с возможностью перемещения относительно поверхности растворной части асфальтобетона стержень 3, фиксируемый винтом 4 и предназначенный для жесткого соединения со штампом - эталоном. При этом каждый из трех одинаковых элементов 5 штампа-эталона, расположенных относительно друг друга под углом 120°, выполнен из двух частей, нижняя часть 6, помещаемая на заданную глубину 7 погружения в растворную часть 8 асфальтобетона, изготовлена из камня, являющегося заполнителем, а верхняя часть 9 - из металла. Растворная часть 8 асфальтобетона помещена в металлическую емкость 10. Верхняя часть 9 штампа-эталона связана со стержнем 3 для получения жесткого соединения между собой одинаковых элементов 5 штампа-эталона с помощью болтового крепления 11.

Прибор для оценки сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона содержит станину 12, к которой прикреплены вертикальные стержни 13, в верхней части которых закреплена металлическая пластина 14 с отверстием посередине для помещения металлической емкости 10 с растворной частью 8 асфальтобетона. В емкости 10 с растворной частью 8 асфальтобетона размещены три штампа-эталона. Для захвата верхней части 9 штампа-эталона имеется захватное приспособление 15, содержащее пружину 16 и шарнир 17 и связанное посредством струны 18 с нагрузочным приспособлением 19.

Количество одинаковых элементов 5 штампа-эталона выбрано в количестве трех для уменьшения трудоемкости реализации способа при использовании большого количества штампов-эталонов и для упрощения изготовления приспособления для фиксации величины погружения штампа-эталона в растворную часть асфальтобетона.

Способ оценки сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона включает фиксацию штампа-эталона из трех жестко соединенных одинаковых элементов 5 нижней частью 6 из заполнителя в растворной части 8 исследуемого асфальтобетона на заданной глубине 7 металлической емкости 10, связанной со станиной 1, путем закрепления штампа-эталона в стержневой системе, перемещая ее относительно поверхности растворной части 8 исследуемого асфальтобетона посредством резьбового соединения, связанного со стержневой системой, создание растягивающего усилия в контактной зоне каждого элемента штампа-эталона после поворота металлической емкости 10 на 180° относительно станины 12 путем приложения к каждому из трех одинаковых элементов 5 штампа-эталона, расположенных относительно друг друга под углом 120°, статической нагрузки на разрыв, фиксацию этой нагрузки в момент отрыва штампа-эталона от растворной части 8 исследуемого асфальтобетона и определение величины напряжения в контактной зоне каждого элемента штампа-эталона по отношению величины нагрузки, при которой произошел отрыв каждого из трех одинаковых элементов 5 штампа-эталона к размеру площади контактной зоны каждого из трех одинаковых элементов 5 штампа-эталона.

Пример конкретного осуществления способа. Растворную часть 8 асфальтобетона помещают в металлическую емкость 10, ставят ее в термостат вместе с одинаковыми элементами 5 штампа-эталона и нагревают до температуры 170°С. Затем металлическую емкость 10 с разогретой растворной частью 8 асфальтобетона вынимают из термостата и ставят на станину 1 приспособления для фиксации величины погружения штампа-эталона в растворную часть асфальтобетона, а штамп-эталон из трех жестко соединенных между собой одинаковых элементов 5, расположенных относительно друг друга под углом 120°, устанавливают в стержневой системе со свободно перемещающимся стержнем 3 с помощью болтового крепления 11.

Затем штамп-эталон из трех жестко соединенных между собой одинаковых элементов 5 погружают в растворную часть 8 асфальтобетона и фиксируют его нижней частью 6 из заполнителя в растворной части 8 исследуемого асфальтобетона на заданной глубине 7 путем закрепления в стержневой системе, перемещая ее за счет движения стержня 3 относительно поверхности растворной части 8 исследуемого асфальтобетона посредством резьбового соединения винта 4, связанного со стержневой системой. При этом расстояния между элементами 5 штампа-эталона и стенками металлической емкости 10 выбирают одинаковыми для создания равных условий при растяжении (см. фиг.1). Далее растворную часть 8 асфальтобетона со штампом - эталоном выдерживают в металлической емкости 10 в течение 24 ч при температуре 20°С.

После такой выдержки металлическую емкость 10 с растворной частью 8 асфальтобетона, зафиксировав три одинаковых элемента 5 штампа-эталона, удаляют из приспособления для фиксации величины погружения штампа-эталона в растворную часть асфальтобетона и помещают в прибор для оценки сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона после поворота на 180° относительно станины 12.

Создание растягивающего усилия в контактной зоне каждого из трех одинаковых элементов 5 штампа-эталона производят после поворота металлической емкости относительно станины 12 на 180° путем приложения статической нагрузки на разрыв, которую создают грузом, прикладываемым к каждому из трех одинаковых элементов 5 штампа-эталона посредством нагрузочного приспособления 19, который обеспечивает осевое растягивающее напряжение при соответствующей площади контакта заполнителя с растворной частью 8 асфальтобетона, а именно, площади контакта нижней части 6 элемента 5 штампа-эталона и растворной части 8 асфальтобетона. При этом статическая нагрузка на разрыв передается от нагрузочного приспособления 19 струной 18 через шарнир 17 на захватное приспособление 15 для крепления верхней части 9 штампа-эталона (см. фиг.2).

Затем фиксируют статическую нагрузку на разрыв в момент отрыва штампа-эталона от растворной части 8 асфальтобетона, взвешивая нагрузочное приспособление 19 на весах, и определяют величину напряжения в контактной зоне с, Н/см², по формуле

где F - величина нагрузки, при которой произошел отрыв каждого из трех одинаковых элементов штампа-эталона от растворной части асфальтобетона, Н;

S - площадь контактной зоны между заполнителем - нижней частью каждого из трех одинаковых элементов штампа-эталона и растворной частью асфальтобетона, см².

Результаты оценки сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона по величине показаны в таблице, где приведены величины нагрузки F, Н, при которой произошел отрыв каждого из трех одинаковых элементов штампа-эталона от растворной части асфальтобетона при соответствующей площади контакта S, см², между заполнителем - нижней частью каждого из трех одинаковых элементов штампа-эталона и растворной частью асфальтобетона. Величина напряжения в контактной зоне σ, Н/см², соответствующая значению сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона, определяется по формуле (1). Затем экспериментальные значения σ_эксп, Н/см², подвергаются статистической обработке по критерию Стьюдента. При этом среднее экспериментальное значение σ_{cp эксп} после статистической обработки составляет 0,783 Н/см², а среднее квадратическое отклонение S=0,030. Для оценки однородности ряда экспериментальных значений показателя сцепления вычисляется коэффициент вариации V=3,831% как отношение среднего квадратического отклонения S к среднему экспериментальному значению σ_{cp эксп} после статистической обработки, при этом коэффициент вариации составляет менее 6%, что соответствует высокой точности эксперимента.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение точности экспериментальной оценки показателя сцепления за счет фиксирования глубины погружения штампа-эталона в растворную часть асфальтобетона, а также уменьшается трудоемкость реализации способа за счет создания возможности фиксировать глубину погружения одновременно трех одинаковых элементов штампа-эталона в растворную часть асфальтобетона. При оценке сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона устраняется влияние сил трения.

Способ может быть использован в области дорожно-строительных материалов. При оценке сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона фиксируют штамп-эталон из трех жестко соединенных одинаковых элементов нижней частью из заполнителя в растворной части исследуемого асфальтобетона на заданной глубине металлической емкости, связанной со станиной, путем закрепления штампа-эталона в стержневой системе, перемещая ее относительно поверхности растворной части исследуемого асфальтобетона посредством резьбового соединения, связанного со стержневой системой. Затем поворачивают металлическую емкость на 180° относительно станины. После этого создают растягивающее усилие в контактной зоне каждого элемента штампа-эталона путем приложения к каждому из трех одинаковых элементов штампа-эталона статической нагрузки на разрыв, фиксируют эту нагрузку в момент отрыва каждого из трех одинаковых элементов штампа-эталона, расположенных относительно друг друга под углом 120°, от растворной части исследуемого материала и определяют величину напряжения в контактной зоне каждого из трех одинаковых элементов штампа-эталона по отношению величины нагрузки к размеру площади контактной зоны между заполнителем - нижней частью каждого из трех одинаковых элементов штампа-эталона - и растворной частью асфальтобетона. Повышается точность экспериментальной оценки показателя сцепления и уменьшается трудоемкость реализации способа при использовании большого количества штампов-эталонов. 3 ил. 1 табл.

Способ оценки сцепления заполнителя с растворной частью асфальтобетона, включающий фиксацию штампа-эталона нижней частью из заполнителя в растворной части исследуемого материала на заданной глубине металлической емкости, связанной со станиной, создание растягивающего усилия в контактной зоне штампа-эталона путем приложения к нему статической нагрузки на разрыв, фиксацию этой нагрузки в момент отрыва штампа-эталона от растворной части исследуемого материала и определение величины напряжения в контактной зоне штампа-эталона по отношению величины нагрузки к размеру площади контактной зоны штампа-эталона, отличающийся тем, что фиксируют штамп-эталон из трех жестко соединенных одинаковых элементов, расположенных относительно друг друга под углом 120°, нижней частью из заполнителя в растворной части исследуемого асфальтобетона на заданной глубине путем закрепления штампа-эталона в стержневой системе, перемещая ее относительно поверхности растворной части исследуемого асфальтобетона посредством резьбового соединения, связанного со стержневой системой, а создание растягивающего усилия в контактной зоне каждого элемента штампа-эталона производят после поворота металлической емкости на 180° относительно станины.