Деформативные свойства: 4.2 Деформативные свойства

Содержание

4.2 Деформативные свойства

Релаксация
– свойство материала самопроизвольно
снижать напряжения при условии, что
начальная величина деформации
зафиксирована жёсткими связями и
остаётся неизменной.

Упругость
– свойство материала принимать после
снятия нагрузки первоначальные форму
и размеры. Количественно упругость
характеризуется пределом упругости,
условно равным напряжению, когда материал
начинает получать остаточные деформации
очень малой величины, устанавливаемой
в нормативных документах для данного
материала. К упругим материалам относятся
природные и искусственные каменные
материалы, стекло, сталь.

Модуль
упругости
Е
(модуль Юнга)
характеризует меру жёсткости материала,
т.е. его способность сопротивляться
упругому изменению формы и размерам
при приложении к нему внешних сил. Модуль
упругости Е
связывает упругую относительную
деформацию ε
и одноосное напряжение в этом материале
σ
соотношением, выражающим закон
Гука:

ε
=
. (4.2.1)

Пластичность
– свойство материала при нагружении в
значительных пределах изменять размер
и форму без образования трещин и разрывов
и сохранять эту форму после снятия
нагрузки. Примером пластичного материала
служат битумы (при положительных
температурах), некоторые виды пластмасс,
свинец, бетонные и растворные смеси до
затвердевания.

Хрупкость
– свойство материала разрушаться
«внезапно» без заметных пластических
деформаций, чётко проявляемое при
ударной нагрузке (например, стекло).

Гибкость
– способность упруго-пластичного
материала сохранять сплошность структуры
(без появления трещин) при огибании
вокруг стержня определённого диаметра.

4.3 Специальные механические свойства

В
ряде случаев для обоснования технической
целесообразности применения материала
следует учитывать специальные
механические свойства,
к которым относятся ударная
вязкость, твёрдость, истираемость и
износостойкость.

Ударная
вязкость
(ударная или
динамическая прочность)
– свойство материала сопротивляться
ударным нагрузкам. Ударная вязкость
измеряется работой разрушения.

Твёрдость
– способность материала сопротивляться
проникновению в него другого более
твёрдого. Твёрдость – величина
относительная, т.к. твёрдость одного
материала оценивается по отношению к
твёрдости другого.

Высокая
прочность материала не всегда говорит
о его твёрдости. Так, древесина по
прочности при сжатии сравнима с бетоном,
а при изгибе и растяжении во много раз
превосходящая его, значительно уступает
бетону в твёрдости.

Истираемость
И
(г/см²) — свойство материала сопротивляться
истирающим воздействиям. Истираемость
оценивают потерей первоначальной массы
образца материала, отнесённой к площади
поверхности истирания F
и вычисляют по формуле:

И
=,(4.3.1)

где
m₁и
m₂– масса
образца до и после истирания.

Износостойкость
– способность материала сопротивляться
одновременному воздействию истирания
и удара.

5. Химические и физико-химические свойства

5.1 Химические свойства

Химические
свойства материала характеризуют его
способность к химическим превращениям
и изменению структуры под влиянием
веществ, с которыми он находится в
соприкосновении, а так же некоторых
физических (например, нагревание,
облучение, электрический ток) и
биологических (микроорганизмы, грибки
и др.) воздействий. Из химических свойств
материалов важнейшим является коррозионная
и химическая
стойкость, а
так же
горючесть.

Коррозионная
стойкость
– свойство материала не разрушаться
под действием химических и электрохимических
процессов, протекающих в нём при
взаимодействии с внешней средой.

Химическая
стойкость
– свойство материала сопротивляться
действию агрессивной среды (кислоты,
щелочи, растворы солей, газы), при
взаимодействии которой с материалом
может происходить его разрушение
(коррозия).

Горючесть
– свойство материала гореть, т. е.
участвовать в сложном, быстро протекающем
химическом процессе, сопровождающимся
выделением теплоты и света.

Отдельно
стоит отменить о химической
активности,
которая важна для материалов, используемых
как связующее (например, цемент).

Строительные материалы / Книги и учебники / Строим Домик

Упругостью твердого тела называют его свойство самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешней силы. Упругая деформация полностью исчезает после прекращения действия внешней силы, поэтому ее принято называть обратимой.

Пластичностью твердого тела называют его свойство изменять форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, причем после прекращения действия силы тело не может самопроизвольно восстановить свои размеры и форму, и в теле остается некоторая остаточная деформация, называемая пластической деформацией.

Пластическую, или остаточную, деформацию, не исчезающую после снятия нагрузки, называют необратимой.

Основными характеристиками деформативных свойств строительного материала являются: модуль упругости (Юнга), коэффициент Пуассона, модуль сдвига, объемный модуль упругости (модуль всестороннего сжатия), предельные деформации (растяжения, сжатия и др.), ползучесть. Другие характеристики могут определяться для специальных условий нагружения.

Рассмотрим связь строения и деформативных свойств материала.

Внешние силы, приложенные к телу, вызывают изменение межатомных расстояний, отчего происходит изменение размеров деформируемого тела на величину А/ в направлении действия силы (при сжатии — укорочение, при растяжении — удлинение).

Относительная деформация е равна отношению абсолютной деформации А/ к первоначальному линейному размеру / тела:

Деформация происходит вследствие удаления или сближения атомов, причем смещения атомов пропорциональны деформации тела.

На частицы, из которых состоит твердое тело, одновременна действуют силы притяжения и силы отталкивания: кулоновская сила притяжения разноименных ионов и сила отталкивания электронных оболочек (рис. 9, а). Результирующая сила F, равная сумме сил притяжения и отталкивания, изменяется в зависимости от межатомного расстояния. Ее изменение можно наглядно представить используя пружинную модель межатомных сил (рис. 9, б). Когда твердое тело не нагружено, межатомное расстояние остается постоянным (хотя атомы совершают непрерывные колебания) и результирующая сила равна нулю. При превышении равновесного межатомного расстояния (растяжение стержня) атомы находятся под. действием сближающей силы. Наоборот, если расстояние между атомами уменьшается (сжатие стержня), то возникает отталкивающая сила сжатой пружины (см. рис. 9, б).

Ри. 9. Схема сил взаимодействия между атомами: а — межатомные силы в зависимости от расстояния между атомами; б — пружинная модель; 1 — сила притяжения; 2 — сила отталкивания; 3 — результирующая сила

Наклон производной в точке О связан с величиной модуля упругости и по существу закон Гука является приближенным соотношением, отражающим характер межатомных взаимодействий в диапазоне упругих деформаций.

Модуль упругости Е (модуль Юнга) связывает упругую деформацию е и одноосное напряжение а линейным соотношением, выражающим закон Гука

е = а/Е.

При одноосном растяжении (сжатии) напряжение определяется по формуле a=P/F, где Р — действующая сила; F — площадь первоначального поперечного сечения элемента.

Модуль упругости представляет собой меру жесткости материала. Материалы с высокой энергией межатомных связей (они плавятся при высокой температуре) характеризуются и большим модулем упругости (табл. 4).

Таблица 4 Зависимость модуля упругости Е от температуры плавления tnx материала

Механические свойства материала характеризуются диаграммой деформаций, построенной на основании результатов испытания в координатах «напряжение — относительная деформация» (а — в).

Модуль упругости определяет тангенс угла наклона производной к оси деформаций. На рис. 10 представлены кривые а — е для строительных материалов пластичных, хрупких и эластомеров.

Поликристаллические изотропные материалы (металлы, кристаллические полимеры и др.) сохраняют упругость при значительных напряжениях; для многих из них характерно пластическое разрушение, отмеченное площадкой текучести на диаграмме а — s (рис. 10, а). При хрупком же разрушении пластические деформации невелики (рис. 10, б).

Нелинейное соотношение между напряжением и деформацией у некоторых материалов проявляется при относительно невысоких напряжениях. Так, у материалов с конгломератным строением (бетонов различного вида) оно отчетливо наблюдается уже при напряжениях, больших 0,2 предела прочности.

Упругая деформация эластомеров (каучуков) может превышать 100%. Первоначально для распрямления цепей молекул эластомера требуется низкое напряжение. По мере распрямления цепей молекул сопротивление дальнейшему деформированию возрастает, так как увеличение деформаций вызывает разрыв связей уже выпрямленных молекул (рис. 10, в).

Таким образом, диаграммы деформаций позволяют определить модуль упругости и установить его изменение в зависимости от уровня напряженного состояния.

Рис. 10. Схемы диаграмм деформаций: а — стали; б — бетона; в — эластомера

Если бы объем материала при одноосном упругом нагружении оставался постоянным, то наибольшее теоретическое значение р,=0,5. Силы притяжения и отталкивания в материале различным образом зависят от изменения межатомного расстояния, поэтому значения коэффициента Пуассона реальных материалов сильно отличаются от теоретического и различаются между собой: у бетона — 0,17 — 0,2, полиэтилена — 0,4.

Объемный модуль упругости, или модуль всестороннего сжатия (растяжения), К связан с модулем Юнга следующим соотношением:

Модуль сдвига связан с модулем Юнга посредством коэффициента Пуассона

Поскольку л=0,2 — 0,3, G составляет 35 — 42% от Е. Используя приведенную выше формулу для К, получим

Экспериментально определив модуль Юнга и коэффициент Пуассона, можно вычислить модуль сдвига и объемный модуль упругости, пользуясь приведенными формулами (вывод этих формул дается в курсе сопротивления материалов).

Структура и деформационные свойства эритроцитов: представления и количественные методы

Обзор

. 1989;173:3-35.

doi: 10.1016/s0076-6879(89)73003-2.

Э.А. Эванс

PMID:
2674613
DOI:
10.1016/s0076-6879(89)73003-2

Обзор

Э.А. Эванс.

Методы Энзимол.

1989.

. 1989;173:3-35.

doi: 10.1016/s0076-6879(89)73003-2.

Автор

Э.А. Эванс

PMID:
2674613
DOI:
10.1016/s0076-6879(89)73003-2

Абстрактный

Ламеллярная конфигурация мембраны эритроцитов включает (жидкий) поверхностный бислой амфифильных молекул, поддерживаемый (жесткой) подповерхностной белковой сетью. Из-за этой композитной структуры мембрана эритроцитов проявляет очень большое сопротивление изменениям поверхностной плотности или площади при очень низком сопротивлении растяжению в плоскости и деформациям изгиба. Основным внешним фактором деформируемости клеток является отношение площади поверхности к объему, которое определяет сосуд минимального калибра, в который может деформироваться клетка (без разрыва). В пределах ограничения, обеспечиваемого площадью поверхности и объемом, внутренние свойства мембраны и цитоплазмы определяют характеристики деформируемости эритроцита. Поскольку цитоплазма жидкая, статическая жесткость клетки определяется упругими константами мембраны. К ним относятся модуль упругости для площади сжатия в диапазоне 300-600 дин/см, модуль упругости для плоскостного растяжения или сдвига (при постоянной площади) 5-7 X 10(-3) дин/см и кривизна или модуль упругости при изгибе порядка 10(-12) дин.см. Несмотря на небольшую поверхностную жесткость клеточной мембраны, она достаточна для возвращения мембранной капсуле дисковидной формы после деформации внешними силами. Вязкая диссипация в периферической белковой структуре (цитоскелете) доминирует над динамической реакцией клетки на силы растяжения. Исходя из постоянной времени восстановления после деформации растяжением порядка 0,1 сек, коэффициент поверхностной вязкости составляет порядка 10(-3) дин.сек/см. С другой стороны, динамическое сопротивление складчатости клетки, по-видимому, ограничивается вязкой диссипацией в цитоплазматической и внешней жидких фазах. Динамическая жесткость как при деформациях растяжения, так и при деформации складывания являются важными факторами распределения потока в малых микрососудах. Хотя мембрана эритроцита обычно ведет себя как упругая вязкоупругая оболочка, которая восстанавливает свою форму после деформации, структурная релаксация и разрушение приводят к распаду и фрагментации эритроцита. Уровни растягивающей силы мембраны, которая на два порядка меньше уровня натяжения, необходимого для лизиса везикул путем быстрого расширения области. Каждое из свойств материала, приписываемое мембране эритроцита, играет важную роль в деформируемости и живучести эритроцита в кровообращении в течение нескольких месяцев его жизни.

Цитируется

Роль клеточных сил тяги в расшифровке ядерной механики.
Джоши Р., Хан С.Б., Чо В.К., Ким Д.Х.
Джоши Р. и др.
Биоматер Рез. 2022 8 сентября; 26 (1): 43. дои: 10.1186/s40824-022-00289-з.
Биоматер Рез. 2022.
PMID: 36076274
Бесплатная статья ЧВК.
Рассмотрение.
Микромеханика биомембран.
Бхатия Т.
Бхатия Т.
J Membr Biol. 2022 декабрь; 255 (6): 637-649. doi: 10.1007/s00232-022-00254-w. Epub 2022 14 июля.
J Membr Biol. 2022.
PMID: 35835874
Рассмотрение.
Персистирующие эритроциты сохраняют способность двигаться в микрокапиллярах при высоких уровнях окислительного стресса.
Беседина Н.А., Скверчинская Е.А., Шмаков С.В., Иванов А.С., Миндукшев И.В., Букатин А.С.
Беседина Н.А. и соавт.
коммун биол. 2022 г., 4 июля; 5 (1): 659. doi: 10.1038/s42003-022-03620-5.
коммун биол. 2022.
PMID: 35787676
Бесплатная статья ЧВК.
Микрофлюидический подход к механическим свойствам мембран эритроцитов и их влиянию на реологию крови.
Трехо-Сото С., Ласаро Г.Р., Пагонабаррага I, Эрнандес-Мачадо А.
Трехо-Сото С. и др.
Мембраны (Базель). 2022 13 февраля; 12 (2): 217. дои: 10.3390/мембраны12020217.
Мембраны (Базель). 2022.
PMID: 35207138
Бесплатная статья ЧВК.
Доставляемое в эритроциты фотоактивируемое нанопролекарство оксалиплатина для повышения противоопухолевой эффективности и иммунного ответа.
Ван Н., Дэн З., Чжу Ц., Чжао Дж., Се К., Ши П., Ван З., Чен С., Ван Ф., Ши Дж., Чжу Г.
Ван Н и др.
хим. наук. 2021 6 октября; 12(43):14353-14362. doi: 10.1039/d1sc02941j. Электронная коллекция 2021 10 ноября.
хим. наук. 2021.
PMID: 34880985
Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Типы публикаций

термины MeSH

Грантовая поддержка

GM38331/GM/NIGMS NIH HHS/США

Деформационные свойства и усталость битумных смесей

На этой странице

АннотацияВыводыБлагодарностиСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

Деформационные свойства и усталостные характеристики являются важными характеристиками асфальтобетонных материалов, которые используются для устройства слоев дорожной одежды. Вязкоупругие асфальтобетонные смеси лучше охарактеризованы с помощью динамических испытаний. Этот тип испытаний позволяет нам сопоставлять материалы в отношении вибрации оси, которая обычно находится в диапазоне 6–25 Гц для стандартных условий. Асфальт, модифицированный по термочувствительности в диапазоне от -20°С до +60°С, оказывает существенное влияние на общие характеристики смеси. Свойства деформации используются в качестве исходных данных для эмпирического расчета смеси, а усталостные характеристики асфальтобетонных смесей отражают параметры функциональных испытаний. Мастер-кривые отображают свойства асфальтобетонных смесей для различных условий и позволяют оценить их без необходимости проведения дорогостоящих испытаний.

1. Асфальтовые вяжущие и асфальтобетонные смеси

Деформационные свойства, сопротивление деформации и усталостные характеристики асфальтобетонных смесей оказывают существенное влияние на эксплуатационные характеристики асфальтобетонных покрытий. В дорожной конструкции асфальт служит связующим для минерального заполнителя поверхностного слоя. Асфальт представляет собой битуминозный материал, получаемый как остаток процесса вакуумной перегонки при переработке сырой нефти [1]. Механические свойства асфальтобетонных смесей в большей степени зависят от свойств применяемого асфальтового вяжущего. Что касается процесса смешивания, асфальтовое вяжущее должно быть достаточно жидким при высоких температурах — около 160°C — для создания однородного покрытия заполнителя. Местный климат играет роль, поскольку вяжущее должно сохранять заданную жесткость при самых высоких летних температурах, чтобы противостоять колейной деформации, но при этом оно должно оставаться достаточно гибким при низких температурах в течение зимнего сезона [2].

Оценка деформационных свойств осуществляется путем испытания на динамический удар и усталостную долговечность конкретной асфальтобетонной смеси. Оценка усталостной долговечности основана на уменьшении сопротивления или увеличении деформации в различных вяжущих и смесях. При этом сама оценка проводится в соответствии со стандартом для измерения комплексного модуля упругости [3] и усталости [4] асфальтобетонных армированных материалов, то есть смесей; данные регламенты представляют собой реалистичное движение оси автомобиля при нормальной работе на частоте от 6 до 25 Гц.

1.1. Лабораторные испытания асфальтового вяжущего

Асфальтовые вяжущие представляют собой термопластичные жидкости, которые ведут себя как вязкоупругие материалы [5]. Их деформационное поведение можно определить по их реологическим параметрам. Изменения как вязких, так и упругих свойств, связанные с температурой и временем, измеряются как реакция материала на деформацию, вызванную периодическими силами — вибрацией или малоамплитудным колебательным напряжением. Фазы индуцированного напряжения и ответной деформации точно не совпадают; фаза деформации отстает от напряжения на определенный фазовый угол. Если колебательная деформация синусоидальна, касательное напряжение выражается как [6, 7]

где – амплитуда напряжения, – угловая частота, – время, .

Комплексный динамический модуль [Па] определяется как [6, 7]

Уравнение (2) можно разделить на две части:

Первый находится в фазе с деформацией, а второй находится в противофазе с деформацией под углом . Поэтому определены два динамических модуля [6, 7]:
называется модулем накопления, а его значение представляет собой энергию деформации, запасенную образцом в процессе сдвига. Таким образом, он представляет эластичное поведение. Величина модуля потерь измеряется как энергия деформации, израсходованная образцом в процессе сдвига; следовательно, они отражают вязкое поведение материала. Часть этой энергии нагревает образец и выделяется в виде тепла в окружающую среду. Образец с высоким модулем потерь проявляет необратимую деформацию [6, 7].

Комплексная динамическая вязкость [Па·с] определяется по формуле

где [s ^-1 ] представляет собой скорость сдвига [6, 7].

2. Проведенные испытания

Сравнение реологических параметров , , и проведено для выбранных немодифицированных и полимермодифицированных битумных вяжущих при температурах 46°С–60°С (80°С). Определены и сопоставлены реологические свойства немодифицированных битумных вяжущих В 50/70 и В 70/100 (Q8). Основные свойства испытанных материалов приведены в табл. 1. Состав заполнителя для обеих смесей одинаков, он показан в табл. 2.

Измерения проводились на колебательном реометре Physica MCR 301 с конвекционным нагревателем CTD 450. Используемый метод – тест с разверткой по частоте (FS). В методе FS используется система параллельных пластин — система PP: нижняя пластина неподвижна; верхняя пластина совершает колебательные движения и тем самым создает сдвиг в образце. Расстояние между пластинами — интервал сдвига — четко определено (рис. 1).

Испытание FS проводят при постоянной температуре. Этот метод измерений позволяет одновременно контролировать реологические параметры , и в выбранном интервале угловых частот [6]. Каждый испытуемый образец помещали между двумя параллельными пластинами диаметром 25 мм (система PP25), на расстоянии 1 мм друг от друга — интервал сдвига = 1 мм.

Тренд контролируемых реологических параметров , и в зависимости от угловой частоты линейный, за исключением модуля упругости при угловых частотах 400–600 с ^-1 при 60°С (рис. 2). За исключением вышеупомянутого случая, кривые и практически параллельны. Соотношение между вязкими и упругими свойствами остается прежним; это означает, что деградация, которая будет проявляться изменениями молекулярной массы — образованием сетей или разрывом макромолекулярных цепей — маловероятна [6].

Кроме того, были испытаны модифицированные связующие. Кривые диаграммы, выражающие модуль накопления, теряют линейность при угловых частотах 400–600 с ⁻¹ . Резкое уменьшение означает более высокое отношение между модулем потерь и модулем накопления , то есть коэффициент демпфирования. Это указывает на деградацию, связанную с потерей эластичности.

Измерениями получены следующие данные: (i) полимер-модифицированное вяжущее достигает наивысших значений оцененных реологических параметров , , и в рассматриваемом интервале угловых частот при температуре 60°C. Наименьшие значения реологических параметров измерены для немодифицированного вяжущего Q8 70/100; (ii) модифицированные вяжущие показывают более значительное снижение комплексной вязкости с увеличением угловой частоты по сравнению с немодифицированными вяжущими; (iii) согласно полученным результатам, от Из испытанного набора вяжущих модифицированные вяжущие наиболее подходят для тяжелых дорожных покрытий в условиях климата с сильными перепадами температур.

Для получения требуемых свойств битумные вяжущие не используют исключительно в виде чистого асфальта, то есть немодифицированных асфальтовых вяжущих; вместо этого их можно модифицировать синтетическими полимерами. Битум, модифицированный полимерами (ПМБ), имеет более высокую температуру размягчения и более низкую температуру разрушения, чем немодифицированные битумы. Поэтому рекомендуется для устройства дорожных покрытий повышенной прочности в климатических условиях с большими колебаниями температуры [3–5].

2.1. Лабораторные испытания асфальтобетонных смесей

Комплексный модуль () – отношение деформации и деформации при установившихся гармонически-переменных колебаниях с учетом их взаимного сдвига во времени [8]:

Комплексный модуль измеряется на образцах, подвергнутых кратковременной знакопеременной гармонической нагрузке. Он передает соотношение максимальной амплитуды напряжения возбуждения (), максимальной амплитуды индуцированной деформации () и фазового сдвига их амплитуд (). К элементу из линейного вязкоупругого материала приложено напряжение, то есть нагрузка, которая изменяется по синусоидальному закону во времени. Деформация изменяется во времени с той же частотой, что и напряжение, но отстает на фазу. Измеренные значения для конкретных смесей графически представлены на диаграмме, показанной на рисунке 3. Графическое представление измерения и оценка комплексного модуля показаны на рисунках 4 и 5.

Точная оценка усталостной долговечности асфальтобетонных смесей зависит от критериев, используемых при анализе усталости [9].

Усталость – это снижение прочности материала при многократном нагружении по сравнению с прочностью при однократном нагружении [10]. Величина циклов (в м/м) представляет собой деформацию, соответствующую 10 ⁶ циклов [10].

В соответствии со словацким методом расчета усталость определяется как

где – коэффициенты усталости, – число циклов нагружения.

Испытания комплексного модуля и усталостной прочности проводились в лаборатории Департамента управления строительством Жилинского университета (рис. 6). Оборудование работает с постоянным отклонением. Возможно изменение частоты от 0,1 до 30 Гц и температуры испытаний от -20°С до +30°С.

Испытания на изгиб используются для определения комплексного модуля упругости и сопротивления усталости материалов покрытия асфальтового покрытия. Испытание трапециевидного образца на двухточечный изгиб, возможно, является наиболее повторяемым и воспроизводимым методом испытания на изгиб, подробно описанным в соответствующем стандарте EN 1269.7 директив [8, 10]. Образцы бережно хранили на плоской поверхности, защищенной от солнца, при температуре 30°С во избежание деформации. Образцы измерялись с точностью до 0,1 мм.

В этом испытании нижняя часть образца фиксируется, а свободная верхняя часть перемещается по синусоидальному закону с постоянной амплитудой смещения. Трапециевидные образцы испытываются одновременно; они подвергаются деформации с постоянной амплитудой при выбранной частоте и температуре до тех пор, пока модуль жесткости не уменьшится. Усталостная долговечность образца — это число циклов, соответствующее условному критерию разрушения при совокупности условий испытаний — температуре, частоте и режиме нагружения, например, постоянный уровень прогиба, или постоянный уровень силы, или любой другой постоянный режим нагружения. . Количество загруженных приложений, N f/50, при котором комплексный модуль уменьшается до половины своего исходного значения [10].

3. Испытанные составы смесей и результаты измерений

Комплексный модуль упругости и усталостные характеристики были протестированы для двух составов смесей. Содержание заполнителей и соотношения остаются одинаковыми для обеих смесей. Однако 1-я смесь (А1) содержит родовое битумное вяжущее В 70/100 (Q8) по сравнению со 2-й смесью (А2), которая содержит модифицированный полимером битум PmB 70/100-83. Обе смеси могут применяться для дорожного покрытия AC 11. Как правило, эксплуатационные свойства дорожного покрытия зависят от свойств битумного вяжущего; известно, что обычный битум имеет ограниченный диапазон реологических свойств и прочности, которые недостаточны для сопротивления повреждениям дорожной одежды [11]. Таким образом, испытания были направлены на то, чтобы показать нам величину воздействия на свойства смеси, достигаемого за счет модификации вяжущего.

3.1. Результаты: Комплексный модуль

Оба образца были испытаны при температуре от -10°C до +27°C. Частота варьировалась от 1 Гц до 20 Гц. Результаты измерений комплексного модуля смеси А1 приведены в таблице 3 и на рисунке 7. Комплексный модуль () различен для температур +10°С и +15°С при одной и той же частоте (10 Гц): = 8364,7 МПа, = 5938,0 МПа.

При одинаковом подходе были измерены такие же результаты для смеси А2: = 5844 МПа, = 4032 МПа.

Кроме того, деформационные свойства были проверены для третьего состава смеси A3rec, который приготовлен из смеси A2 с 40% заполнителя, состоящего из переработанного битумного материала — рециклированного заполнителя. Для состава смеси A3rec были установлены менее благоприятные деформационные свойства. Это, вероятно, было следствием хрупкости старого асфальта в новой смеси и изменения кривой распределения зерен в результате добавления переработанного материала.

Комплексный модуль был измерен с помощью (микродеформаций). Причина введения этой смеси в испытания заключалась в том, что по мере того, как источники природного заполнителя истощаются из-за высокого спроса в дорожном строительстве, а количество утилизируемых отходов продолжает увеличиваться, исследователи изучают использование альтернативных материалов, которые могли бы сохранить природные источники. и сохранить окружающую среду [12].

3.2. Результаты: Усталостная характеристика

Усталостная долговечность была измерена на образцах, которые были нагружены при +10°C с частотой 25 Гц. Линия усталости оценивается в билогарифмической системе как линейная регрессия усталостной долговечности в зависимости от уровней амплитуды. Используя эти результаты, деформация соответствует среднему значению 10 ⁶ циклов () и наклону линии усталости . Параметры: (a), (b), (c) наклон, (d) расчетное остаточное стандартное отклонение, (e) коэффициент корреляции.

Оценка проводилась в соответствии с

Для получения результатов было рассчитано следующее: (i) оценка деформации при 10 ⁶ циклах (10), (ii) оценка остаточного стандартного отклонения (11), (iii) индекс качества (12 ),
куда

Образцы подвергались усталостным испытаниям при трех значениях деформации незакрепленного конца трапеции, при этом испытание заканчивалось при уменьшении комплексного модуля наполовину от исходного значения. Усталость выражается в виде значения , полученного из линейной регрессии для измерения на 18 испытательных образцах. Для смесей A1, A2 и A3rec установленные значения представлены в таблице 4. Графическое представление результатов измерений показано на диаграмме Вёлера (рис. 8).

4. Оценка: мастер-кривые

Все три смеси подвергались оценке мазерных кривых. Оценку проводили по эталонным кривым — после введения газовой постоянной — на частоте от 3 до 97 Гц. Значения рассчитываются согласно следующему [8]:

где – кажущаяся энергия активации (210 ⁵ Джмоль ⁻¹ ), – универсальная газовая постоянная (8,31434 Джмоль ^−1° K ⁻¹ ), – температуры, выраженные в °K ( эталонная температура).

Преимущество эталонных кривых состоит в том, что они позволяют оценивать свойства асфальтобетонных смесей при различных температурах и частотах с меньшим количеством испытаний — пересчитанные значения, которые выражают деформационные свойства асфальтобетонных смесей. Основные кривые отображают изменения комплексного модуля, вызванные температурами, влияющими на дорожное покрытие в течение его срока службы.

На рис. 9 показаны основные кривые для смеси A3rec. Мы можем наблюдать изменения комплексного модуля при различных температурах и частотах силы возбуждения — непрерывные линии. Дискретные значения на рисунке 9показывают изменение комплексного модуля при постоянной температуре, но при различных частотах силы возбуждения.

5. Выводы

По проведенным измерениям установлено, что смесь А1 с немодифицированным вяжущим обладает лучшими деформационными свойствами (), а модифицированная вяжущая смесь А2 имеет лучший параметр усталостной долговечности (). Асфальт, с точки зрения усталостных параметров, оказывает первостепенное влияние на асфальтобетонные смеси, используемые для устройства поверхностных слоев дорожной одежды. Деформационные и усталостные характеристики асфальтобетонного вяжущего влияют на нормативно заданные характеристики слоев дорожной одежды. Оцененные асфальты имеют различные значения комплексного модуля в зависимости от температуры. Несмотря на то, что модифицированный асфальтобетон имеет более высокие значения модуля сдвига, его деформационные свойства ниже, а усталостная долговечность выше. Это знание было подтверждено измерениями других смесей. В эмпирических методах проектирования смесей обычно используются деформационные свойства; Характеристики усталостной долговечности имеют ключевое значение для функциональных испытаний. Все три смеси удовлетворительны с точки зрения физико-механических свойств. Расчет материалов, связанных с асфальтом, для слоев дорожного покрытия является эмпирическим и использует свойства деформации, такие как комплексный модуль. Однако для функциональных испытаний характеристика усталостной долговечности () более важна. При различных значениях деформационных свойств и усталостной долговечности необходимо оценить проектируемую смесь на требуемую несущую способность и устойчивость к климатическим условиям.

Измерения показывают, что улучшенная модифицированная асфальтобетонная смесь определяется благоприятными параметрами усталости. Деформационные свойства и усталостная долговечность проверялись также на смеси A3rec. Переработанный заполнитель представлял собой измельченный материал для покрытия дорожного покрытия. Смесь A3rec имеет меньший параметр усталостной долговечности, угол линии регрессии более острый, а значение пропорциональной деформации за миллион циклов ( ) ниже. Несмотря на это, смесь применима для слоев дорожной конструкции и может быть использована для подстилающего слоя.

Благодарности

Исследование было частично поддержано Агентством научных грантов Министерства образования, науки и спорта Словацкой Республики и Словацкой академией наук, грант VEGA №. 1/0485/12.

Ссылки

В. Симанжнков и Р. Идем, Химия сырой нефти , CRC Press, New York, NY, USA, 2003. асфальтовые цементы», Journal of Rheology , том. 43, стр. 1701–1704, 1999.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Г. Д. Эйри, «Реологические свойства дорожных битумов, модифицированных стирол-бутадиен-стирольным полимером», Fuel , vol. 82, нет. 14, стр. 1709–1719, 2003.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Г. Д. Эйри, «Стирол, бутадиен, стирол, полимерная модификация дорожных битумов», Journal of Materials Science , vol. 39, нет. 3, стр. 951–959, 2004.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. Л. Гудрич, «Свойства асфальта и модифицированного полимером асфальта, связанные с характеристиками асфальтобетонных смесей», Труды Ассоциации технологов асфальтоукладчиков , том. 57, pp. 116–175, 1988.
Посмотреть по адресу:
Google Scholar
T. G. Mezger, The Rheology Handbook , Vincentz Network, Hannover, Germany, 2nd edition, 9 2006.0003
J. Kahovec, Rheology of Polymer Systems , Wiley-VCH, Прага, Чешская Республика, 2000.
«Битумные смеси — методы испытаний горячей асфальтобетонной смеси — часть 26: жесткость», EN, 12697 -26:2007 (S), 2007.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
М. Дж. Хаттак и Г. Ю. Балади, «Анализ усталости и разрушения горячих асфальтобетонных смесей», ISRN Civil Engineering , vol. 2013 г., статья ID
2, 10 страниц, 2013 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
«Битумные смеси — методы испытаний горячего асфальтобетона — часть 24: сопротивление усталости», EN12697-24:2003 (E), 2003 г. Машаан, А. Х. Али, С. Котинг и М. Р. Карим, «Оценка эффективности асфальтобетонного покрытия, модифицированного резиновой крошкой, в Малайзии», , Достижения в области материаловедения и инженерии, , том. 2013 г., ID статьи 304676, 8 стр., 2013 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
М. Р. Хайнин, Н. И. Мд. Юсофф, М. Ф. М. Сабри, М. А. Абдул Азиз, М. А. А. Хамид и В. Ф. Реши, «Стальной шлак как замена заполнителя в малазийском горячем асфальте», ISRN Civil Engineering , vol. 2012 г., идентификатор статьи 459016, 5 страниц, 2012 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar

Copyright

Copyright © 2013 Frantisek Schlosser et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.