Пример проектирования состава асфальтобетона по критериям сдвигоустойчивости
Требуется запроектировать состав сдвигоустойчивого асфальтобетона для устройства верхнего слоя покрытия толщиной 5 см на участке реконструируемой автомобильной дороги М-4 «Дон» 740-760 км.
Исходные данные.
На участке дороги запроектирована дорожная одежда нежесткого типа, состоящая из трехслойного асфальтобетонного покрытия на двухслойном щебеночном основании. Ширина покрытия для одностороннего движения составляет 11,5 м. Ожидаемая интенсивность движения расчетного автомобиля по одному следу принята равной 220 авт./час. Продолжительность действия единичной расчетной нагрузки на покрытие t1 = 0,1 с.
В соответствии со СНиП 2.01.01-82 в регионе расположения участка дороги зарегистрирован абсолютный максимум температуры воздуха плюс 41 °С. Температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,98 - минус 28 °С. Статистические данные о вероятности температур воздуха за длительный период наблюдения отсутствуют.
В соответствии с проектом предусмотрено устраивать верхний слой покрытия из плотного мелкозернистого асфальтобетона типа А марки 1 на полимерно-битумном вяжущем. Для подбора составов асфальтобетонной смеси имеются в наличии следующие исходные материалы:
щебень фракций 5-10, 10-15 и 15-20 мм, полученный на дробильно-сортировочной установке из гранитного щебня фракции 20-40 мм ОАО «Павловскгранит» Воронежской обл. и отвечающий требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 9128-97;
|
|
|
песок из отсева дробления (гранитный) фракции 0-5 мм, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-93 и ГОСТ 9128-97;
песок природный по ГОСТ 8736-93;
минеральный порошок известняковый неактивированный, отвечающий требованиям ГОСТ 16557-78;
вяжущее полимерно-битумное марки ПБВ 90 по ОСТ 218.010-98;
подбор составов смеси.
После лабораторной проверки соответствия свойств исходных материалов требованиям нормативно-технической документации определяют рациональное соотношение содержания щебня, песка, минерального порошка, битума, обеспечивающее показатели свойств асфальтобетона, удовлетворяющие требованиями ГОСТ 9128-97. Минеральную часть асфальтобетонной смеси подбирают на основании предварительно установленных зерновых составов щебня, песка и минерального порошка по кривым предельных зерновых составов ГОСТ 9128-97.
С помощью компьютерной программы [i] (можно вручную) были подобраны два состава асфальтобетонной смеси типа А марки 1 на полимерно-битумном вяжущем: вариант № 1 с прерывистой гранулометрией на основе природного песка и вариант № 2 с непрерывной гранулометрией на основе песка из отсевов дробления (табл. 8.2).
Показатели физико-механических свойств асфальтобетонов № 1 и № 2 отвечают заданным проектным требованиям. В то же время необходимо отметить, что состав № 1, по сравнению с № 2, является более экономичным, однако, вследствие меньшего содержания дробленых зерен каменных материалов, может оказаться недостаточно сдвигоустойчивым, что и следует проверить расчетом.
|
|
|
Проверка сдвигоустойчивости асфальтобетонов. Для оценки сдвигоустойчивости асфальтобетонов в покрытии определяем необходимые расчетные параметры.
Таблица 8.2
Автодорога М-4 "Дон"
| Материалы для подбора смеси | |||||||||||||||
| № 2 % | Материалы | Содержание зерен мельче данного размера, мм, в % | |||||||||||||
| Y, г/cм3 | 20 | 15 | 10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | 0,071 | |||||
| 25,0 | Щебень фр. 15-20 мк | 2,67 | 100 | 36,8 | 3,4 | 1,6 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | |||
| 13,0 | Щебень фр. 10-15 мм | 2,67 | 100 | 98,1 | 15,5 | 1 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |||
| 25,0 | Щебень фр. 5-10 мм | 2,67 | 100 | 100 | 97,9 | 21,1 | 8,7 | 5,6 | 4,8 | 4,2 | 1,7 | 1,1 | |||
| 30,0 | Песок из отсева | 2,67 | 100 | 100 | 100 | 96,5 | 79,6 | 53,6 | 30,4 | 20,8 | 11,1 | 7,3 | |||
| 0,0 | Песок природный | 2,64 | 100 | 100 | 100 | 98,1 | 90,6 | 83,5 | 62,4 | 26,1 | 5 | 2,3 | |||
| 7,0 | Минеральный порошок | 2,76 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99,9 | 99,3 | 93,6 | 76,4 | |||
| 2,676 | 20 | 15 | 10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | 0,071 | |||||
| 100 | Смесь проектная № 2 | 100
| 100,0 | 84,0 | 64,3 | 41,8 | 33,2 | 24,6 | 17,4 | 14,3 | 10,4 | 7,9 | |||
| ПБВ-90 | Тип А непрерывн. | MIN | 90 | 75 | 62 | 40 | 28 | 20 | 14 | 10 | 6 | 4 | |||
| 5,4 | 2,464 | MAX | 100 | 100 | 100 | 50 | 38 | 28 | 20 | 16 | 12 | 10 | |||
| Смесь проектная № 1 | 100 | 99,3 | 83,3 | 66,3 | 48,3 | 42,6 | 39,2 | 31,1 | 17,1 | 8,2 | 5,8 | ||||
| Состав, % | № 1 | № 2 |
| Щебень > 20 мм | 0,7 | 0,0 |
| Щебень, фр. 10-20 мм | 31,4 | 33,8 |
| то же, фр. 5-10 мм | 17,1 | 21,4 |
| Песок фр. 0-5 мм | 39,3 | 33,0 |
| Минер. пор. | 6,7 | 6,6 |
| ПБВ | 4,9 | 5,1 |
| Итого | 100 | 100,0 |
| Образцы | Подбор пористости | ||
| Р, г/см3 | V мч, % | V остат., % | |
| 2,4 | 14,3 | 2,7 | №1 |
| 2,39 | 15,3 | 3,0 | № 2 |
По результатам испытаний вычисляем коэффициент пластичности асфальтобетонов № 1 и № 2 в соответствии с (п. 8.13):
;
.
Энергию активации определяем в соответствии с (п. 8.14.):
кДж/моль,
кДж/моль.
Для определения характеристик сдвигоустойчивости асфальтобетонов по ГОСТ 12801-98 дополнительно изготовили и испытали цилиндрические образцы в количестве 6 штук для каждой смеси. Результаты этих испытаний занесены в табл. 8.3.
Градиент скорости необратимого сдвига при испытании цилиндрических асфальтобетонных образцов высотой 71,4 мм на сжатие при скорости 50 мм/мин принимаем равным:
|
|
|
с-1.
Расчетный срок службы покрытия принят равным 5 лет или 5*8760 час.
Коэффициент, учитывающий вероятность прохождения колес автомобилей по одному следу, принят равным 0,2.
Находим максимальную расчетную температуру асфальтобетонного покрытия в соответствии с (п. 8.4):
Тп+ = -0,0306×412 + 3,8071×41 - 39 = 65,7 °С.
Находим минимальную расчетную температуру асфальтобетонного покрытия в соответствии с (п. 8.5):
Тп- = 0,859×(-28) + 1,7 = -22 °С.
Вычисляем вероятности работы покрытия при конкретных температурах в соответствии с (п. 8.7), например:
Р(-15) = 
= 0,00941;
Р(25) = 
= 0,01254;
Р(60) = 
= 0,00805
С целью проверки рассматриваемых вариантов асфальтобетона по первому критерию сдвигоустойчивости определяем сопротивление их сдвигу в условиях работы в покрытии при максимальной расчетной температуре в соответствии с (п. 8.11).
= 0,730 МПа.
= 0,773 МПа.
Среднее сопротивление асфальтобетона при сдвиге, в соответствии с критерием (1), должно быть выше максимального напряжения сдвига в покрытии (т.е. > 0,75 МПа). Асфальтобетон состава № 1 не отвечает критерию сопротивления сдвигу при максимальной расчетной температуре дорожного покрытия, характерной для заданного региона.
Для проверки рассматриваемых вариантов асфальтобетона по второму критерию сдвигоустойчивости определяем суммарную остаточную деформацию асфальтобетона, накапливаемую за расчетный срок эксплуатации покрытия, в соответствии с (п. 8.12). Численное интегрирование производим в интервале между максимальной и минимальной расчетными температурами покрытия. В качестве примера приведен расчет пластической деформации только для дискретной температуры покрытия 60 °С:
Таблица 8.3
Физико-механические свойства асфальтобетонов
| Наименование показателей | № 1 | № 2 | Требования |
| Средняя плотность, г/куб, см | 2,40 | 2,39 | - |
| Пористость минерального остова, % | 14,3 | 15,3 | £ 19 |
| Остаточная пористость, % | 2,7 | 3,0 | 2,5-5,0 |
| Водонасыщение, % по объему | 2,2 | 2,5 | 2,0-5,0 |
| Предел прочности при сжатии, МПа, | |||
| при температуре: 20 °С | 4,14 | 3,0 | ³ 2,5 |
| 50 °С | 1,1 | 1,0 | ³ 1,0 |
| 0 °С | 7,1 | 6,9 | £ 11,0 |
| Водостойкость | 1,00 | 0,99 | ³ 0,90 |
| Водостойкость при длительном водонасыщении | 0,90 | 0,88 | ³ 0,85 |
| Сцепление битума с минеральной частью | + | + | Выдерживает |
| Характеристики сдвигоустойчивости: | |||
| Коэффициент внутреннего трения tgj | 0,877 | 0,962 | |
| Сцепление при сдвиге, С50, МПа | 0,312 | 0,23 | |
| Прочность на сжатие при 50 °С и скорости деформирования 50 мм/мин, МПа | 1,5 | 1,3 | |
| Время до разрушения образца, с | 4,0 | 3,0 |
Dgп1 = 0,2×5×8760×220×0,1 0,0039× 
×0,00805×exp× 
= 0,111 = 11,1 %
Dgп2 = 0,2×5×8760×220×0,1 0,0039× 
×0,00805×exp× = 0,00107 = 0,107 %
По результатам численного интегрирования с помощью компьютера по всему диапазону эксплуатационных температур получены следующие величины суммарной остаточной деформации покрытия:
· для асфальтобетона № 1 - gп1 = 1,3134 = 131 % > 10 %;
· для асфальтобетона № 2 - gп2 = 0,0027 = 0,27 % < 10 %.
Таким образом, состав асфальтобетона № 1 оказался не сдвигоустойчивым как по 1-му, так и 2-му критерию сдвигоустойчивости. Поэтому для устройства верхнего слоя покрытия на участке 740-760 км автомобильной дороги М-4 «Дон» следует принять состав асфальтобетонной смеси № 2, которая отвечает двум критериям сдвигоустойчивости.
9. Требования к дорожно-строительным материалам, применяемым для работ по ликвидации колеи
Асфальтобетон
Асфальтобетонные смеси используют как ремонтный материал для заполнения колеи и укладки верхних слоев покрытия. Выравнивающие слои в колее устраивают только из горячего, плотного многощебенистого асфальтобетона типа «А» или «Б», соответствующего требованиям [6].
· На дорогах I-II категорий применяют асфальтобетонные смеси только марки 1 как в верхних, так и нижних слоях.
· На дорогах III категории допустимо применять асфальтобетонные смеси марки 2 в нижнем слое колеи.
· На дорогах IV категории в нижних слоях колеи допустимо применять асфальтобетонные смеси типа - Б, марки 3 и пористые асфальтобетонные смеси марок 1-2, а также холодный асфальтобетон типа Бх марок 1-2. Верхний слой колей заполняют плотной, горячей асфальтобетонной смесью не ниже марки 2.
Качество асфальтобетона и составляющих компонентов должно соответствовать требованиям п. 8 настоящих рекомендаций и положениям [6]. Испытания асфальтобетона проводят по методикам [14, 24], приведенным в приложении 2 и п. 8 настоящих рекомендаций.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 368; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!