Водонасыщение асфальтобетона от чего зависит: Показатели качества асфальтобетона — водонасыщение и коэффициент водостойкости

Содержание

Показатели качества асфальтобетона — водонасыщение и коэффициент водостойкости

Дата публикации: 20.04.2020

Водонасыщение — это стандартный термин, одна из особенностей любого материала (в основном строительного). Когда имеют в виду водонасыщение, говорят о способности материалов насыщаться влагой, все свои трещины и полости в структуре заполнять водой. Если мы говорим про водонасыщение асфальтобетона, то подразумеваем определенные его характеристики — уплотнение и пористость, основные показатели качества асфальтобетона.

Водонасыщение асфальтобетона — это объективный показатель, который определяют в условиях лаборатории, в соответствии с ГОСТ. Для проверки гост на асфальтобетон предполагает насыщение выбранных образцов асфальта водой в назначенном режиме.

 

Почему показатели качества асфальтобетона требуют определять водонасыщение асфальтобетона?

Представьте себе укладку асфальта в летнее время. Уложенный в это время года асфальт с повышенным водонасыщением не проявит себя отрицательно и качество дороги сможет оценить только специалист. В этом случае асфальтобетон, который скоро начнет крошиться, отличается незакрытыми порами. Такой асфальтобетон не обладает достаточной морозостойкостью и зимой, в осенний период и весной начнутся проблемы с покрытием — оно начнет разрушаться, трескаться, щебень начнет выходить из поверхности и повышать стираемость дороги.

Все это образует дополнительные полости и поры в которые постоянно попадает вода, особенно от атмосферных осадков. После чего в дело вступает обычная физика — попавшая в эти полости вода замерзает при низкой температуре, в процессе начинает увеличиваться в объеме, расширяясь. Ситуация похожа на знакомый со школьных времен опыт, когда бутылку заполняли водой и выставляли на мороз. Она трескалась не зависимо от толщины стекла, не выдерживая давления расширяющейся замерзшей воды.

С асфальтобетоном происходит то же самое — структура его нарушается под давлением заледеневшей водной массы.

После нескольких таких циклов заполнения-замерзания-размораживания покрытие дорог разрушается все сильнее и сильнее, по прогрессии, и быстро приходит в негодность. Буквально за один сезон высокое водонасыщение асфальтобетона может привести практически к полному разрушению дорожного покрытия.

 

Почему высокое водонасыщение возникает?

В первую очередь коэффициент водостойкости падает при нарушениях во время изготовления самого покрытия дорог. Например, несоблюдение температурных требований при производстве смеси асфальтобетона и во время уплотнения этой смеси.

Гост на асфальтобетон предполагает так же укладку асфальтобетона только в сухую погоду, так как дождливая погода в процессе настила покрытия значительно снижает показатели качества асфальтобетона, даже если он был произведен при соблюдении всех требований, которые описывает гост на асфальтобетон.

То же самое происходит и при укладке асфальтобетона во время морозов, да и в целом при минусовых температурах.

Показатели качества асфальтобетона так же страдают, если было произведено недостаточное количество проходов асфальтовыми катками по уложенной поверхности — уплотнения асфальтобетонной смеси в этом случае становится недостаточно, коэффициент водостойкости значительно падает. Такая же картина получается, если в процессе производства смеси и ее укладки применялась не соответствующая требованиям дорожно-строительная техника.

Водонасыщение асфальтобетона также зависит от качества самой смеси — ее четко определяет ГОСТ на асфальтобетон. Он предполагает определенный рецепт приготовление и зерновой состав смеси, который показывает достаточный коэффициент водостойкости. При нарушении технологии и отступлении от требований госта значительно повышается водонасыщение готового покрытия и показатели качества асфальтобетона не могут ни при каких обстоятельствах соответствовать требованиям, которые выдвигает ГОСТ на асфальтобетон.

Для нормальной, беспроблемной эксплуатации дорожного покрытия, продления его срока службы не допускается повышать водонасыщение асфальтобетона. Отклонения в показателях не заметны на первый взгляд, но удорожают эксплуатацию дорог, так как их постоянный ремонт и переукладка превращаются в бесконечный процесс.

Мелкозернистая смесь асфальтобетона имеет коэффициент водостойкости около 0,8-0,9, это приблизительно 30-40% от своей массы. А крупнозернистый показывает высокое водонасыщение асфальтобетона, так как отличается большим количеством пор.

 

Как оценить показатель водонасыщения?

Водонасыщение асфальтобетона принято оценивать в процентах. Существует так же формула вычисления, на основании которой идет сравнение с показателями, которые выдвигает к покрытию ГОСТ на асфальтобетон:

W= (m3 — m0)/(m1 — m2) 100%

W — это собственно тот самый коэффициент водостойкости, по которому определяют показатели качества асфальтобетона. Этот показатель, который отвечает за определение водонасыщение чаще всего округляют до десятых. Для получения четкой картины, показывающей водонасыщение асфальтобетона конкретных образцов требуется взять среднее число от различных результатов с образцов и использовать для расчета по формуле.

m3 — гост на асфальтобетон требует насыщение контрольных образцов водой в условиях вакуума, после чего производится замер этого показателя в воздухе

m0 — по ГОСТ на асфальтобетон в качестве этого показателя берут среднюю массу предварительно отобранного образца

m1 и m2 — это замер веса контрольного образца после пребывания в воде в течении 30 минут и масса образца, который изначально взвесили в воде.

Влияние уплотнения асфальтобетонной смеси на качество дорожного покрытия

Уплотнение асфальтобетонной смеси дорожного покрытия имеет большое значение в долговечности законченного объекта. Если уплотнение было выполнено неправильно, то как следствие появятся различные дефекты на дорожном покрытии («волны», трещины), повышается риск образования колеи, происходит шелушение покрытия.

Процесс уплотнения представляет собой увеличение плотности материала за счет приложения внешних сил. В дорожном строительстве несущая способность асфальтобетона, способность противостоять нагрузкам напрямую связана со степенью уплотнения, например, увеличение степени уплотнения на 1 % соответствует повышению прочности примерно на 10-12 %.

Асфальтобетонная смесь, произведенная на АБЗ, транспортируется к месту производства работ. В идеальном случае должен быть непрерывный поток грузовиков с асфальтобетонной смесью к асфальтоукладчику. Асфальтоукладчик необходим для распределения и предварительного уплотнения асфальтобетонной смеси.

Предварительное уплотнение асфальтобетонной смеси осуществляется асфальтоукладчиком, а окончательное производится катками. На сегодняшний день имеются различные типы катков для уплотнения, а именно: легкие вибрационные катки, пневмоколесные катки, статические гладковальцовые и вибрационные катки. После уплотнения необходимо иметь одинаковую толщину слоя и однородную степень уплотнения. Для горячей асфальтобетонной смеси на уплотняемость в большой степени влияет ее температура, температура смеси в начале уплотнения должна быть в пределах 100-145°С для различных асфальтобетонных смесей. Процесс уплотнения должен начинаться сразу же после укладки, основная часть уплотнения должна произойти при температуре выше 100° С, с целью гарантировать необходимую степень уплотнения. Например, осенью неуплотненная смесь теряет температуру на 5-7ºС в минуту. Уплотнение асфальтобетонных смесей, содержащих щебня более 50 % необходимо начинать при температуре не менее 150ºС. Уплотнение смесей при температуре 70-80ºС невозможно, за исключением смесей с содержанием ПАВ и активированного минерального порошка. А уплотнение слишком горячей смеси обычным катком может привести к образованию трещин и наплывов. Дефекты асфальтобетонного покрытия зачастую связаны именно с недостаточным уплотнением.

Асфальтобетон приобретает необходимые физико-механические свойства только после надлежащего уплотнения. В процессе уплотнения горячей асфальтобетонной смеси происходит взаимное сближение компонентов, перераспределение битума в смеси, сближенные частицы остаются связанными между собой битумом. После процесса уплотнения асфальтобетонной смеси, повышается объемная масса, слои дорожной одежды приобретают плотность, прочность, водоустойчивость, которые оказывают существенное влияние на эксплуатационные показатели асфальтобетонных покрытий.

Контроль качества уплотнения асфальтобетонных слоев дорожных одежд производится с помощью неразрушающих и разрушающих методов. В первом случае применяются ультразвуковые приборы, определяющие значения коэффициента уплотнения непосредственно на объекте строительства, во втором необходимо производить отбор образцов для последующих испытаний в лабораторных условиях.

Стандартный метод контроля за плотностью заключается в отборе образцов-кернов с помощью буровой установки (керноотборника). Плотность и водонасыщение определяют на образцах-кернах в лаборатории. Для определения плотности отбирают керны без трещин и сколов.

Следующий этап — высушивание образцов до того момента, пока их масса не станет постоянной. Для этого производится высушивание в течение не менее 60 мин при температуре до 50°С, далее производится охлаждение в течение не менее 30 минут и взвешивание. После получения постоянной массы определяется плотность образцов и водонасыщение. Масса определяется взвешиванием, объём определяется по методике гидростатического взвешивания.

В условиях лаборатории проводят переформовку образцов–кернов с целью провести испытания на переформованных образцах.

Эффективность уплотнения асфальтобетонных покрытий зависит от многих технологических факторов, в том числе, от типа катков, режима их работы, температуры асфальтобетонной смеси, толщины уплотняемого слоя и т.

д.

Для определения коэффициента уплотнения необходимо знать среднюю плотность образца из конструктивного слоя и среднюю плотность переформованного образца. Определяют коэффициент уплотнения по формуле:

Купл = рm / р´m ,

где рm — средняя плотность образца из конструктивного слоя, г/ см³;

р´m — cредняя плотность переформованного образца, г/ см³.

Полученный результат сравнивается с нормативным и на основании этого делается заключение о степени уплотнения асфальтобетона. Так его значение для конструктивных слоев дорожных одежд должно быть не ниже:

— 0,99 для плотного асфальтобетона из горячих и теплых смесей типов А и Б;

— 0,98 для плотного асфальтобетона из горячих и теплых смесей типов В, Г, Д, пористого и высокопористого асфальтобетона.

Коэффициент уплотнения является одним из важных параметров, который в обязательном порядке контролируется в ходе проверок МГСН.

Так, за 6 месяцев 2017 года органом инспекции ГБУ «ЦЭИИС» было подготовлено 98 заключений по госработе «Оценка фактических значений коэффициента уплотнения и водонасыщения асфальтобетона, применяемого в конструктивных слоях дорожной одежды требованиям технических регламентов и проектной документации», из них в 23 заключениях выявлено несоответствие требованиям нормативных документов по показателям коэффициент уплотнения и водонасыщение.

Использованная литература:

— Уплотнение и укладка дорожных материалов. Теория и практика.

— ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства.

Исп. ведущий инженер ЛИКСДОиГ Пагнуева Е.П.

Можно ли уменьшить водонасыщение асфальтобетона. | Пенообразователь Rospena

Если результаты протокола имеют водонасыщение асфальта, превышающее норму, то совершенно очевиден вопрос: можно ли его уменьшить? Что нужно, что бы его уменьшить? Ответ один: для этого нужно слой асфальта дополнительно уплотнить.

Теоретически это возможно выполнить, но лишь с небольшими участками и только верхнего слоя покрытия путем нагрева его газовой горелкой и уплотнения разогретой структуры асфальта тяжелым пневмо-катком. В конце концов в сверх жаркий летний день покрытие асфальта чуть ли не плавится и тут можно этим воспользоваться, укатав его дополнительно.

К сожалению – это все теория, на практике же в масштабах строительства крупных дорожных объектов это практически невыполнимые и труднореализуемые способы. 12 февраля, 2021 / Экспертиза асфальта

К сожалению – это все теория, на практике же в масштабах строительства крупных дорожных объектов это практически невыполнимые и труднореализуемые способы. 12 февраля, 2021 / Экспертиза асфальта

Структурно-механические свойства асфальтобетона

Асфальтобетон, как материал с обратимыми микроструктурными связями, в зависимости от температуры и условий деформирования может находиться в следующих структурных состояниях:

— упруго-хрупком, при котором минеральный остов строго фиксирован застеклованными прослойками битума. В этом случае асфальтобетон по свойствам приближается к цементобетону и другим искусственным материалам с кристаллизационными связями;

— упруго-пластичном, когда зерна минерального остова соединены прослойками битума, которые проявляют при напряжениях, не превышающих предел текучести, упругие и эластичные свойства, а при больших напряжениях — упруго-вязкие свойства;

— вязко-пластичном, при котором зерна минерального остова соединены полужидкими прослойками битума и небольшое по величине напряжение приводит к деформированию материала.

Под механической нагрузкой асфальтобетон проявляет комплекс сложных свойств: упругость, пластичность, ползучесть, релаксацию напряжений, изменение прочности в зависимости от скорости деформирования, накопление деформации при многократных приложениях нагрузки и т. д. В зависимости от проявления тех или иных свойств к асфальтобетону применимы законы теории упругости или теории пластичности. Основными свойствами, характеризующими качество асфальтобетона, являются прочность, деформативность, ползучесть, релаксация, водостойкость, износостойкость, морозоустойчивость.

Под механической нагрузкой асфальтобетон проявляет комплекс сложных свойств: упругость, пластичность, ползучесть, релаксацию напряжений, изменение прочности в зависимости от скорости деформирования, накопление деформации при многократных приложениях нагрузки и т. д. В зависимости от проявления тех или иных свойств к асфальтобетону применимы законы теории упругости или теории пластичности. Основными свойствами, характеризующими качество асфальтобетона, являются прочность, деформативность, ползучесть, релаксация, водостойкость, износостойкость, морозоустойчивость.

Прочность — свойство асфальтобетона сопротивляться разрушению под действием механических напряжений. Теоретические основы прочности и устойчивости асфальтобетонных покрытий отражены в виде нормативов на физико-химические свойства в ГОСТ 9128-97. Показателем этих свойств в сумме прямо или косвенно характеризуют прочность при сжатии и сдвиге, трещиностойкость асфальтобетона в покрытиях.

Прочность при сжатии нормируют при 50, 20, 0°С, что соответствует температуре покрытия в жаркий летний день и осенне-зимний период.

Деформативность асфальтобетона оценивают по относительной деформации асфальтобетонных образцов при испытании на изгиб или растяжение. Покрытие будет устойчивым против образования трещин, если асфальтобетон обладает относительным удлинением при 0°С не менее 0,004…0,008, а при -20°С не менее 0,001…0,002 (при скорости деформации, близкой к 5…10 мм/мин).

Деформативность асфальтобетона оценивают по относительной деформации асфальтобетонных образцов при испытании на изгиб или растяжение. Покрытие будет устойчивым против образования трещин, если асфальтобетон обладает относительным удлинением при 0°С не менее 0,004…0,008, а при -20°С не менее 0,001…0,002 (при скорости деформации, близкой к 5…10 мм/мин).

Ползучесть. Испытание асфальтобетона на ползучесть позволяет установить изменение деформации во времени. Ползучесть — процесс малой непрерывной пластичной деформации, протекающей в материалах в условиях длительной статической нагрузки. При испытании на ползучесть к образцу, имеющему форму цилиндра или балочки, прикладывают постоянную нагрузку, чтобы проследить работу материала в упругой (линейной) и неупругой (нелинейной) области.

Релаксация — уменьшение напряжений в материале, величина деформации в котором поддерживается постоянной. Процесс релаксации заключается в «перерождении» упругой деформации в пластичную.

Релаксация напряжений в асфальтобетоне связана с наличием битума, обладающего гораздо меньшей прочностью и вязкостью, чем минеральные материалы. Температура и вязкость битума оказывают влияние на характер релаксации напряжений в асфальтобетоне. С понижением температуры различия в релаксационных процессах уменьшаются, с повышением — релаксационная способность материала увеличивается. На характер релаксации в значительной степени влияет напряжение, сообщаемое материалу. При высоком начальном напряжении процесс релаксации протекает интенсивно, в материале остается мало неотрелаксированных напряжений, что объясняется облегчением пластичного течения по релаксационным плоскостям.

Релаксация напряжений в асфальтобетоне связана с наличием битума, обладающего гораздо меньшей прочностью и вязкостью, чем минеральные материалы. Температура и вязкость битума оказывают влияние на характер релаксации напряжений в асфальтобетоне. С понижением температуры различия в релаксационных процессах уменьшаются, с повышением — релаксационная способность материала увеличивается. На характер релаксации в значительной степени влияет напряжение, сообщаемое материалу. При высоком начальном напряжении процесс релаксации протекает интенсивно, в материале остается мало неотрелаксированных напряжений, что объясняется облегчением пластичного течения по релаксационным плоскостям.

Релаксационные процессы в асфальтобетоне зависят от скорости деформации (нагружения). Процесс нагружения рассматривают как совокупность двух одновременно протекающих процессов — роста напряжений и их релаксации, поэтому, чем медленнее растет нагрузка, тем большая часть напряжений успевает отрелаксировать в процессе нагружения.

При высоких температурах интенсивность снижения напряжений служит показателем деформационной устойчивости асфальтобетона, а при низких отрицательных — показателем трещиноустойчивости.

При высоких температурах интенсивность снижения напряжений служит показателем деформационной устойчивости асфальтобетона, а при низких отрицательных — показателем трещиноустойчивости.

Водостойкость .

Асфальтобетонные покрытия при длительном увлажнении вследствие ослабления структурных связей могут разрушаться за счет выкрашивания минеральных зерен, что приводит к повышенному износу покрытий и образованию выбоин. Водостойкость асфальтобетона зависит от его плотности и устойчивости адгезионных связей. Вода, как полярная жидкость, хорошо смачивает все минеральные материалы, а это значит, что при длительном контакте минеральных зерен, обработанных битумом, возможна диффузия воды под битумную пленку. При этом минеральные материалы с положительным потенциалом заряда поверхности (кальцит, доломит, известняк) в большей степени препятствуют вытеснению битумной пленки водой, чем материалы с отрицательным потенциалом поверхности(кварц, гранит, андезит).

Пористость оказывает большое влияние на водостойкость асфальтобетона, обычно она составляет 3…7 %. Поры в асфальтобетоне могут быть открытые и замкнутые. С уменьшением размера зерен увеличивается количество замкнутых, недоступных воде пор. Водостойкость определяется величиной водонасыщения, набухания и коэффициента водостойкости Кв (отношение прочности водонасыщенных к прочности сухих образцов). Коэффициент водостойкости должен быть не менее 0,9, а при длительном водонасыщении (15 суток) не менее 0,8.

Пористость оказывает большое влияние на водостойкость асфальтобетона, обычно она составляет 3…7 %. Поры в асфальтобетоне могут быть открытые и замкнутые. С уменьшением размера зерен увеличивается количество замкнутых, недоступных воде пор. Водостойкость определяется величиной водонасыщения, набухания и коэффициента водостойкости Кв (отношение прочности водонасыщенных к прочности сухих образцов). Коэффициент водостойкости должен быть не менее 0,9, а при длительном водонасыщении (15 суток) не менее 0,8.

Морозостойкость. Замерзая зимой в порах асфальтобетона, вода переходит в лед с увеличением в объеме на 8-9 %, что создает в них давление свыше 29 МПа. Наибольшее разрушительное действие оказывает происходящее весной и осенью попеременное замораживание и оттаивание асфальтобетона. Знакопеременные температуры приводят к появлению трещин.

Морозостойкость асфальтобетона обычно оценивают коэффициентом KF

, показывающим снижение прочности при растяжении (и сжатия на раскол) после определенного цикла замораживания насыщенных водой образцов на воздухе при температуре -20°С и оттаивания в воде при комнатной температуре. Количество циклов принимают не менее 25. Повысить водо- и морозостойкость можно путем выбора материалов надлежащего качества, тщательного подбора составляющих, применения поверхностно-активных веществ.

, показывающим снижение прочности при растяжении (и сжатия на раскол) после определенного цикла замораживания насыщенных водой образцов на воздухе при температуре -20°С и оттаивания в воде при комнатной температуре. Количество циклов принимают не менее 25. Повысить водо- и морозостойкость можно путем выбора материалов надлежащего качества, тщательного подбора составляющих, применения поверхностно-активных веществ.

Износостойкость и шероховатость асфальтобетона в покрытии. Износ асфальтобетона происходит под действием сил трения, вызываемых проскальзыванием колес автомобиля по поверхности покрытия и вакуумных сил, возникающих под движущимся автомобилем. Износ покрытия определяется: истиранием его структурных элементов; отрывом и износом с его поверхности зерен песка и раздробленных щебенок.

Износостойкость асфальтобетона тем выше, чем больше его плотность, чем выше твердость входящих в его состав минеральных материалов и выше сцепление зерен щебня и песка с битумом. Асфальтобетоны, приготовленные на гранитном щебне, более износоустойчивы, чем асфальтобетоны на известняковом щебне. Применение щебня, загрязненного глинистыми частицами, приводит к резкому снижению износостойкости за счет вырывания щебенок из поверхности покрытия.

Асфальтобетонные покрытия с ровной, сухой и чистой поверхностью (за исключением покрытий с избытком битума) обеспечивают достаточное сцепление шин автомобиля с поверхностью покрытия. При этом шероховатость поверхности покрытия не оказывает существенного влияния на сопротивление скольжению шин. На покрытиях с увлажненной поверхностью степень сопротивления скольжению шин значительно снижается из-за наличия воды в зоне контакта шин с покрытием. Степень сопротивления скольжения оценивается коэффициентом сопротивления скольжению j

Асфальтобетонные покрытия с ровной, сухой и чистой поверхностью (за исключением покрытий с избытком битума) обеспечивают достаточное сцепление шин автомобиля с поверхностью покрытия. При этом шероховатость поверхности покрытия не оказывает существенного влияния на сопротивление скольжению шин. На покрытиях с увлажненной поверхностью степень сопротивления скольжению шин значительно снижается из-за наличия воды в зоне контакта шин с покрытием. Степень сопротивления скольжения оценивается коэффициентом сопротивления скольжению j

(коэффициент сопротивления), представляющим собой отношение силы сопротивления скольжению к нормальной нагрузке на покрытие в зоне контакта шины с покрытием. Коэффициент сцепления на сухом и мокром асфальтобетонном покрытии имеет следующие значения:

Шероховатая поверхность: Гладкая поверхность:

сухая 0,7…0,9 сухая 0,4…0,6;

мокрая 0,5…0,7 мокрая 0,3…0,4.

При коэффициенте сцепления менее 0,4 покрытие становится недопустимо скользким и аварийность на нем резко увеличивается. Коэффициент сцепления 0,4…0,5 в большинстве случаев удовлетворяет требованиям безопасности движения. Повышение коэффициента сцепления достигается за счет применения асфальтобетона поровой и контактно-поровой структуры. Шероховатость обеспечивается при содержании щебня из труднополирующихся пород в количестве 50-65 % в зернистых смесях и 35-55 % зерен крупнее 1,25 мм — песчаных на дробленом песке из труднополирующихся пород, а также уменьшением до возможных пределов содержания минерального порошка (4-10 % в зернистых смесях и 8-10 % в песчаных). Общие зависимости между шероховатостью, качеством составляющих и составом асфальтобетонных смесей следующие: степень шероховатости покрытия пропорциональна острогранности и собственной шероховатости зерен каменного материала; долговечность шероховатости тем больше, чем труднее шлифуется каменный материал, чем выше вязкость битума; чем больше дробленых зерен в смеси и чем меньше в ней минерального порошка, тем выше шероховатость.

При коэффициенте сцепления менее 0,4 покрытие становится недопустимо скользким и аварийность на нем резко увеличивается. Коэффициент сцепления 0,4…0,5 в большинстве случаев удовлетворяет требованиям безопасности движения. Повышение коэффициента сцепления достигается за счет применения асфальтобетона поровой и контактно-поровой структуры. Шероховатость обеспечивается при содержании щебня из труднополирующихся пород в количестве 50-65 % в зернистых смесях и 35-55 % зерен крупнее 1,25 мм — песчаных на дробленом песке из труднополирующихся пород, а также уменьшением до возможных пределов содержания минерального порошка (4-10 % в зернистых смесях и 8-10 % в песчаных). Общие зависимости между шероховатостью, качеством составляющих и составом асфальтобетонных смесей следующие: степень шероховатости покрытия пропорциональна острогранности и собственной шероховатости зерен каменного материала; долговечность шероховатости тем больше, чем труднее шлифуется каменный материал, чем выше вязкость битума; чем больше дробленых зерен в смеси и чем меньше в ней минерального порошка, тем выше шероховатость.

Что такое керн и как с ним работать?

Керном называют пробу вещества, которая отбирается из горной породы, асфальта, асфальтобетона для дальнейшего изучения. Чаще всего керн – это образец в форме цилиндра, который извлекается из материала методом бурения. С какой целью проводится исследование керна, какую роль играет данная процедура в контроле качества дорожного покрытия?

Это и есть керн — проба, образец дороги.

Для чего отбирают керны: испытание асфальтобетона

Основная цель анализа керна – определение характеристик асфальто- или цементобетона. Определив состав и другие параметры дорожного материала в лаборатории, можно контролировать качество работ.

Кернение – есть ли альтернатива? Иногда для отбора используют вырубку. Отличия заметны невооруженным глазом. Столбик имеет кубическую форму. Иногда его делают в форме параллелепипеда.

По сравнению с зондированием, отбор кернов асфальтобетона позволяет получить гораздо больше информации об исследуемом объекте. Например, качестве подгрунтовки, уплотнении. В зависимости от вида дорожных работ, кернение помогает контролировать:

  • Толщину.
  • Зерновой состав.
  • Предел прочности.
  • Водонасыщение асфальтобетона.
  • Степень сцепления.

Потребность в детальном изучении смеси может возникнуть не только на начальном этапе. С помощью данного метода можно изучить степень разрушения, перспективы дальнейшей эксплуатации. Керн поможет поставить точку в спорах между исполнителем и заказчиком, если выявлены нарушения технологии или несоответствия в смете. Более того, отбор проб асфальтобетона может использоваться в суде в качестве доказательства.

На полярных станциях лабораторные исследования керна проводятся методом кольцевого плавления. Метод доказал свою эффективность во многих других сферах. Например, в горнодобывающей промышленности или космической отрасли.Готовый образец дороги. Осталось упаковать его, нанести маркировку и доставить в лабораторию для дальнейшего анализа.

Можно сделать вывод, что кернение играет важную роль в контроле качества асфальтобетонного покрытия. Оно помогает оценить степень разрушения, подобрать оптимальный состав, определить возможные отклонения.

Правила отбора кернов из асфальтобетонного покрытия

Итак, перейдем к главным правилам отбора керна – технология предусматривает использование ручного или прицепного керноотборника. Работа выполняется в такой последовательности:

  • Выбрать участок покрытия для пробы вещества.
  • Закрепить коронку, запустить мотор.
  • Непрерывно подавать холодную воду к участку бурения асфальта для охлаждения оборудования.
  • Следить за равномерным заглублением коронки в дорожное полотно.
  • Извлечь готовый «цилиндр» с помощью щипцов.

Далее пробу вещества упаковывают и маркируют. Также нужно составить акт о проведенных работах с точным указанием места и времени, подписью ответственных лиц.

Когда керноотборник для асфальтобетона успешно извлечен, уже можно сделать кое-какие выводы. Например, определить сцепление. Если проба монолитная, не разваливается при ударе молотком весом 1000 г, сцепление считается хорошим. Удар наносят там, где проходит контактная поверхность. Воспользовавшись штангенциркулем, легко определить толщину слоя и общую толщину каждой пробы.

Правила отбора кернов из асфальтобетонного покрытия, которые связаны с точным временем анализа, не менее важны. Так, из горячей или теплой асфальтобетонной смеси можно брать керн спустя 1-2 дня после устройства. Если есть возможность, лучше подождать 72 часа. Для других типов временные рамки выглядят так:

  • Холодные смеси – минимум через 15 дней.
  • Асфальтополимербетонные – спустя 24 часа.
  • Щебеночно-мастичные – через сутки или позже.

Расстояние от точки сбора выполняется на расстоянии один метр или больше от края. Рекомендуемое расстояние до шва – минимум 20 см. Согласно допускам по толщине асфальта, отбор выполняется на всю толщину. Разделение производится уже в лаборатории. Рекомендуется взять один керн с 3000 кв. м., три керна с 7000 кв. м. Если проводится анализ тротуаров и дорожек, пандусов, рекомендуемые значения снижаются до одной пробы на каждые 2000 кв. м.

Как быть с диаметром? Керны асфальтобетона могут иметь различный диаметр, который зависит от состава материала:

  • Песчаный – 50 мм.
  • Мелкозернистый – 70 мм.
  • Крупнозернистый – 100 мм.

С помощью кернения можно определить зерновой состав асфальтобетонной смеси. Если мелкие и крупные зерна распределены равномерно, дорожному покрытию «ставят диагноз» сегрегация асфальта. Это нежелательное явление, при котором нарушаются нужные пропорции материала. Срок службы сокращается на 10-50%.

Первый участок и первый керн. А дальше — приемка.

В конце отбора образовавшиеся лунки необходимо заполнить смесью такого же типа и марки. Заполнение выполняется с небольшим запасом, чтобы на поверхности лунки образовался выступ высотой до 10 мм.

Лабораторные испытания, проверка керна в лаборатории

Кульминация происходит в лаборатории – испытания асфальтобетона выходят на финишную прямую. Прежде чем приступить к основной работе, нужно отпилить нижний элемент образца, чтобы избавиться от остатков битума. Обычно убирают 5-10 мм материала.

Также нужно позаботиться о сушке проб при температуре до +50 градусов. Проводят серию взвешиваний после каждого этапа высушивания, пока образец не достигнет своей постоянной массы. Исследования предназначены для определения:

  • Средней плотности асфальтобетона. 
  • Толщины слоя.
  • Прочности во время раскола.
  • Уровня сцепления.

Когда испытания подошли к концу, можно приступать к переформовке. Керн разогревают в специальном термическом шкафу. Если термошкафа нет, используют песчаную баню. Заготовку измельчают шпателем, ложкой, а затем снова создают образец-цилиндр. 

Переформованные керны не менее информативны:

  • Зерновой состав.
  • Прочность на сжатие.
  • Прочность на растяжение. Узнав данный параметр, легко прогнозировать устойчивость дорожного полотна и время появления трещин.
  • Насыщение воздухом.
  • Водостойкость.
Оценка зернового состава далеко не всегда является объективной. Во-первых, в процессе транспортировки и хранения керна может произойти сегрегация смеси. Во-вторых, щебень часто дробится при уплотнении.

Отбор и последующее определение качества асфальтобетона с помощью кернения – неотъемлемый этап дорожного строительства. Взяв пробу из полотна, можно узнать много полезной информации об используемом асфальтобетоне. Заказчик получает четкое представление о качестве дорожного покрытия и необходимости устранения дефектов.

Термопрофилирование асфальтобетонных покрытий

Ремонт и содержание автомобильных дорог: Справочник инженера-дорожника

А. П. Васильев, В.И. Баловнев, М.Б. Корсунский и др.

М.: Транспорт, 1989. — 287 с.

Извлечение

10.3. Термопрофилирование асфальтобетонных покрытий.

Для восстановления верхнего слоя асфальтобетонных покрытий все более широкое применение находит новая технология, основанная на регенерации (восстановлении утраченных свойств).

Регенерацию выполняют различными способами термопрофилирования, основными операциями которых являются: разогрев покрытия; рыхление его на глубину 2 — 5 см; планирование разрыхленной смеси; уплотнение. Способы термопрофилирования имеют разновидности: термопланирование; термогомогенизация; термоукладка; термосмешение; термопластификация.

Способ термопланирования — наиболее простой, предусматривает выполнение только основных операций, указанных выше. Средняя глубина рыхления ремонтируемого покрытия зависит от ряда факторов, в том числе от типа асфальтобетона и температуры воздуха.

В режиме термопланирования ремонтируют покрытия из песчаного асфальтобетона с водонасыщением, не превышающим 3 % по объему (1,5 % для районов с избыточным увлажнением).

При ремонте покрытия из мелкозернистого асфальтобетона с водонасыщением, не превышающим 4 % (3 % для районов с избыточным увлажнением), или песчаного с водонасыщением более 3 % (до 4 % включительно), термопланирование сочетают с поверхностной обработкой или ковриком износа. При этом достигается исправление поперечного уклона покрытия в пределах до 4 %.

В остальных случаях после термопланирования на покрытие укладывают защитный слой из новой асфальтобетонной смеси.

Наиболее эффективно осуществлять эту операцию в одном потоке с термопланированием. Асфальтоукладчик перемещается на 15 — 20 м от термопрофилировщика. Благодаря тому, что окончательное уплотнение старой и новой смесей производится в одном слое, повышается его плотность. Кроме того, толщина защитного слоя из новой смеси может быть уменьшена до 1 — 2 см против 3 см в традиционном способе. Данный режим является разновидностью способа термоукладки.

Способ термогомогенизации отличается от термопланирования тем, что кроме основных операций он предусматривает и регенерацию асфальтобетона путем перемешивания старой асфальтобетонной смеси. При этом повышается однородность асфальтобетона и улучшается уплотняемость слоя, что позволяет несколько расширить область применения этого способа по сравнению с предыдущим.

Способом термогомогенизации ремонтируют покрытия с водонасыщением, не превышающим 4 %. Термогомогенизацию осуществляют с применением термопрофилировщиков, оснащенных мешалкой в виде одной машины или комплекта машин.

Способ термоукладки, кроме основных операций, предусматривает добавление новой смеси в виде самостоятельного слоя над разрыхленной старой смесью.

Этот способ в отличие от предыдущих имеет более широкую область применения, так как позволяет ремонтировать покрытия с большими амплитудами неровностей, более глубокими колеями, значительной ямочностью, неудовлетворительными поперечными уклонами и более высоким водонасыщением. Кроме того, этот способ эффективен, когда по каким-либо причинам покрытие не удается разрыхлить на глубину, равную или превышающую минимально допустимую.

Способом термоукладки можно ремонтировать покрытия с водонасыщением до 6 %. Количество добавляемой новой смеси зависит от ровности ремонтируемого покрытия, степени его износа и обычно назначается в пределах 25 — 50 кг/м2. При необходимости исправления поперечного уклона покрытия более чем на 4 % расход добавляемой асфальтобетонной смеси увеличивают.

Преимущество способа термоукладки — возможность одновременного уплотнения старой и новой смеси в одном слое, что повышает его плотность. Термоукладку осуществляют с применением термопрофилировщика, оснащенного оборудованием для приема и распределения новой смеси в виде одной машины или комплекта машин. Можно также использовать комплект оборудования, включающий асфальтоукладчик для добавления новой смеси.

Способ термосмешения в отличие от термоукладки предусматривает перемешивание новой добавляемой смеси со старой и укладку полученной смеси одним слоем.

Его преимущество — возможность коррекции в определенной мере состава старой смеси и ее регенерации. При производстве работ этим способом не предъявляется к старому покрытию требований, ограничивающих его водонасыщение. Расход добавляемой смеси устанавливают в зависимости от ровности ремонтируемого покрытия, степени его износа и желаемого изменения свойств старого асфальтобетона. Термосмешение осуществляют с применением термопрофилировщика, оснащенного, кроме оборудования для термоукладки, также и мешалкой.

Способ термопластификации отличается от предыдущих добавлением пластификатора в старую смесь в количестве 0,1 — 0,6 % от массы последней. Эта операция должна сопровождаться перемешиванием. Способ обладает всеми преимуществами термопланирования и термогомогенизации, так как не требует добавления новой смеси. Кроме того, он позволяет регенерировать старый асфальтобетон, расширяет область применения этого способа, распространяя его покрытия с водонасыщением, превышающим 3 %. Единственное ограничение применимости способа термопластификации — наличие больших неровностей на покрытии и сильного износа, требующих добавления смеси.

Термопластификацию осуществляют теми же машинами, что и термогомогенизацию, при условии оснащения их узлом введения пластификатора. В качестве пластификатора целесообразно использовать масла нефтяного происхождения, содержание ароматических углеводородов не менее 25 % по массе. Наиболее доступен ренобит — пластификатор, предложенный Гипродорнии. Можно также применять экстракты селективной очистки масляных фракций нефти, моторную нефть, зеленое масло. Показатели физических свойств пластификаторов должны отвечать требованиям:

Вязкость кинематическая при 50 °С, м2/с (25 — 70) 1000000

Температура вспышки в открытом тигле, °С, не менее 100

Механические примеси, % массовой доли, не более 2,0

Вода, % массовой доли, не более 4,0

Горючее, % массовой доли, не более 6,0

Расход пластификатора зависит от глубины рыхления покрытия и скорости термосмесителя.

При капитальном ремонте асфальтобетонных покрытий необходимо стремиться к максимально эффективному повторному использованию старого асфальтобетона. С этой целью применяют технологию регенерации способами термопрофилирования или удаления. В последнем случае покрытие разрыхляют на глубину, превышающую толщину верхнего слоя, не менее чем на 3 см, а разрыхленный асфальтобетон или регенерируют на месте, или используют повторно на другом объекте. Как правило, поверх регенерированного слоя устраивают слои износа, если коэффициент прочности старой дорожной одежды не менее 0,9 или слои усиления при коэффициенте прочности менее 0,9. При этом толщина слоя усиления по сравнению с расчетной может быть уменьшена на 20 — 25 %.

Во втором случае по обнажившемуся слою укладывают обычным способом новый асфальтобетонный слой (или несколько слоев). Снятый старый материал можно регенерировать на специально оборудованных АБЗ.


Просмотров статьи: 13960 с 15.01.2009

Ознакомиться с изданиями из категории «Дорожное строительство»

Исследование динамических характеристик насыщенного асфальтового покрытия при многокомпонентной муфте

Материалы (Базель). 2019 март; 12(6): 959.

Yazhen Sun

1 Школа транспортного машиностроения Шэньянского университета Цзянчжу, Шэньян 110168, Китай; [email protected]

Руй Го

1 Школа транспортного машиностроения Шэньянского университета Цзянчжу, Шэньян 110168, Китай; [email protected]

Линь Гао

2 Инженерно-архитектурный колледж Чунцинского университета искусств и наук, Чунцин 402160, Китай; мок[email protected]

Jinchang Wang

3 Институт транспортного машиностроения, Чжэцзянский университет, Ханчжоу 310058, Китай; [email protected]

Xiaochen Wang

4 Школа наук Шэньянского университета Цзянчжу, Шэньян 110168, Китай; [email protected]

Сюэчжун Юань

4 Школа наук Шэньянского университета Цзянчжу, Шэньян 110168, Китай; [email protected]

1 Школа транспортного машиностроения Шэньянского университета Цзянчжу, Шэньян 110168, Китай; нк. [email protected] 2 Инженерно-архитектурный колледж Чунцинского университета искусств и наук, Чунцин 402160, Китай; [email protected] 3 Институт транспортного машиностроения, Чжэцзянский университет, Ханчжоу 310058, Китай; [email protected]

Поступила в редакцию 26 февраля 2019 г.; Принято 18 марта 2019 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Abstract

Для изучения динамического отклика насыщенного асфальтового покрытия на подвижную нагрузку и температурную нагрузку были построены 3-D конечно-элементные модели асфальтовых покрытий с гидромеханической связью и термогидромеханической связью на основе теории пористых сред и Теория биота. Сначала структура асфальтобетонного покрытия рассматривалась как идеальная двухфазная пористая среда, насыщенная жидкостью и твердым телом. После этого были исследованы пространственное распределение и закон изменения давления поровой воды во времени, поперечное напряжение и реакция вертикального смещения асфальтового покрытия при различных скоростях, временах нагрузки и температурах. Результаты моделирования показывают, что как кривые эффективного напряжения, так и порового давления воды в зависимости от внешних нагрузок имеют схожий характер. Повреждение асфальтовой мембраны в основном вызвано циклическим воздействием положительного и отрицательного порового давления воды. Более того, на пиковое значение порового давления воды влияют скорость и время нагружения, и оба они оказывают положительное экспоненциальное влияние на поровое давление воды. Кроме того, на поперечное напряжение верхнего слоя дорожной одежды сильно влияет температурная нагрузка, которая, скорее всего, вызовет поперечную трещину в дорожной одежде, что приведет к образованию температурных трещин на дорожном покрытии.Вертикальное напряжение в средней точке верхнего слоя насыщенного асфальтобетонного покрытия под действием температурной нагрузки и транспортной нагрузки имеет один пик.

Ключевые слова: многопрофильная муфта, гидромеханическая муфта, термогидромеханическая муфта, поровое давление воды, поперечное напряжение, вертикальное напряжение

1.

Введение асфальтовые покрытия автомобильных дорог, основной причиной которых является повреждение водой [1,2,3].Во время дождя дождевая вода проникает в структуру дорожного покрытия через поверхность дороги, что приводит к поровому давлению воды и вакуумному отрицательному давлению всасывания, создаваемому под повторяющимися нагрузками транспортных средств. Из-за этих двух эффектов адгезионные свойства конструкции асфальтового покрытия снижаются, что приводит к отслаиванию асфальта от заполнителя и отслоению асфальтовой мембраны от поверхности заполнителя. Это приводит к повреждению водой асфальтового покрытия [4,5,6].Для того чтобы понять закон изменения порового давления воды и объяснить механизм повреждения дорожной одежды водой, недавно был проведен ряд экспериментов и теоретических экспериментов [7]. Увеличение количества воды в конструкции дорожного покрытия в весенний период является значительным. Было показано, что в сочетании с плохими условиями дренажа изменения в состоянии материалов являются триггерными факторами, которые усиливают влияние нагрузки тяжелого транспортного средства на реакцию дорожного покрытия и его повреждение. В одном эксперименте два экспериментальных участка дорожной одежды контролировались на температуру и прогибы, и было установлено, что участок с наименьшей несущей способностью более чувствителен к ослаблению оттаивания [8].Анализ и изучение деформации и повреждения асфальтобетонного покрытия, находящегося под совместным действием просачивания и автомобильной нагрузки, было основным направлением исследования [9]. Это исследование показало, что повреждение асфальтового покрытия возникает в основном под нагрузкой транспортного средства, но после просачивания повреждение под совместным действием просачивания и нагрузки транспортного средства будет более серьезным. Кроме того, было показано, что поровое давление воды достигает своего пика на дорожном покрытии, полном горизонтальных и поперечных трещин.Более того, положительная и отрицательная циркуляция давления поровой воды оказывает размывающее действие на асфальтовую смесь, что постоянно удлиняет трещины дорожного покрытия. Чрезмерная водная эрозия разрушает поверхность раздела асфальт-заполнитель и вызывает отслаивание асфальта от поверхности заполнителя, что приводит к рыхлости асфальтовой смеси и снижению ее прочности [10].

Исследователи обсудили вопрос отклика в дальней зоне после получения динамического решения для насыщенного полного пространства [11].Все задачи насыщенного упругого полупространства могут быть изучены с помощью преобразований и других методов. Подобный метод анализа был использован для систематического изучения стратификации упругого слоя грунта. Однако авторы настоящего исследования сочли этот процесс чрезмерно сложным [12]. Общее выражение решения во временной области для нестационарных динамических задач многослойных водонасыщенных грунтов было получено с использованием совместного преобразования Лапласа–Ганкеля, метода начальных параметров и технологии матрицы переноса [13].Исследованы вертикальные колебания упругих круглых пластин на пористом насыщенном полупространстве. Дальнейшее исследование, в котором рассматривалась модель динамического отклика дорожной одежды на движущиеся нагрузки, было проведено с помощью компьютера [14]. В другом исследовании динамическая реакция внутреннего скелета слоя почвы в грунте земляного полотна была связана с проникновением и уплотнением внутренней воды [15].

В настоящее время механизм сцепления гидромеханического покрытия с водопроницаемым асфальтовым покрытием неизвестен.Исследования механизма динамической реакции проницаемого асфальтобетонного покрытия при комбинированном воздействии температуры, насыщения и нагрузки не проводились. Эти проблемы напрямую влияют на механизм гидравлической муфты и динамические характеристики асфальтового покрытия. Большое количество исследований показало, что теория уплотнения Био может эффективно объяснить повреждение покрытия водой [16,17,18,19,20,21]. Поэтому, основываясь на теории уплотнения Био и предположении, что материал дорожного покрытия представляет собой упругую пористую среду, в этой статье были созданы трехмерные конечно-элементные модели для конструкций асфальтового покрытия.Исследован механизм динамического отклика проницаемого асфальтобетонного покрытия при взаимодействии гидромеханических и термогидромеханических воздействий. Напряжение, смещение и поровое давление воды каждого слоя конструкции были получены с помощью моделирования методом конечных элементов. Путем анализа влияния различных параметров был выявлен механизм повреждения водой, что обеспечивает теоретическую основу и техническое руководство по проектированию водопроницаемого асфальтового покрытия.

2. Основное теоретическое уравнение

Механическое поведение асфальтобетонной смеси является вязкоупругим, пластичным и вязкоупругим.Для упрощения расчетов и уравнений сделаны следующие допущения:

(1) Асфальтобетон, помимо проницаемости, является однородным и полностью насыщенным идеально упругим материалом.

(2) Все слои асфальтобетонного покрытия уплотнены равномерно, а средняя пористость всех частей одинакова. Пористость всех слоев асфальтобетонного покрытия считается равномерно распределенной.

(3) Асфальтобетон и поровая вода несжимаемы, т.е. происходит только деформация без изменения объема.

Исходя из вышеизложенных предположений, когда все поры между скелетом, состоящим из асфальтобетонной смеси, заполнены водой, поры дорожной одежды находятся в состоянии водонасыщения, независимо от наличия ненасыщенных пор.

2.1. Уравнение динамики

На основе базового предположения о многослойной упругой системе для конструкции дорожного покрытия и теории упругой динамики управляющее уравнение динамического отклика конструкции дорожного покрытия имеет вид [22]

[M]{u¨}+[C]{u˙}+[K]{u}={F(t)}

(1)

где [M] — матрица масс, [C] — матрица демпфирования, [K] — матрица жесткости, {u¨} — ускорение соединения, {u˙} — скорость узла, {u} — узел вектор смещения, а {F(t)} — вектор нагрузки, действующей на узел.

Поскольку система конструкции дорожного покрытия представляет собой небольшую амортизирующую конструкцию, обычно принимается предположение о демпфировании Рэлея [23] для выражения матрицы демпфирования в виде линейной комбинации матрицы масс и матрицы жесткости. Это было написано как

где α и β — коэффициенты демпфирования, связанные с собственной частотой и коэффициентом демпфирования конструкции.

2.2. Уравнение управления для идеальной насыщенной среды

Насыщенное состояние конструкции асфальтового покрытия описывается теорией пористой среды и теорией Био [24]. В контексте этих теорий структура асфальтобетонного покрытия рассматривается как идеальная двухфазная пористая среда, насыщенная жидкостью и твердым телом. Твердая фаза – это скелет асфальтобетонной смеси, а жидкая фаза – это вода, заполняющая поры скелета. Структура асфальтобетонного покрытия рассматривается как линейно-упругая слоисто-осесимметричная система однородности, изотропности и полного непрерывного контакта слоев, и соответственно устанавливаются их равновесные дифференциальные уравнения.Уравнение неразрывности между жидкой и твердой фазами устанавливается законом сохранения массы [25].

Уравнения идеального управления для осесимметричного полупространства насыщенных пористых сред:

G[∇2u(r,z,t)−u(r,z,t)r2]+(λ+G)∂e(r,z,t)∂r−∂σf∂r=ρ∂2u (r,z,t)∂t2

(3)

G∇2w(r,z,t)+(λ+G)∂e(r,z,t)∂z−∂σf(r,z ,t)∂z=ρ∂2w(r,z,t)∂t2

(4)

Уравнения баланса жидкости имеют вид

ρfgk∂wf(r,z,t)∂t+ρf∂2u(r,z,t)∂t2=−∂σf(r,z,t)∂r

(5)

ρfgk∂wf (r,z,t)∂t+ρf∂2w(r,z,t)∂t2=−∂σf(r,z,t)∂z

(6)

Уравнение непрерывной фильтрации имеет вид

∂∂t[∂uf(r,z,t)∂r+uf(r,z,t)r+∂w(r,z,t)∂z]+∂e(r,z,t)∂ t=0

(7)

В этих уравнениях λ и G – константы Ламе скелета насыщенной смеси, σ f – поровое давление воды, 2 ρ 901 ρ f — плотность твердого тела и жидкости соответственно. ρ — плотность насыщения смеси, ρ = (1- N = (1- N ) ρ 1 S + F , N — пористость и K — коэффициент проницаемости.

3. Конечно-элементные модели асфальтобетонных покрытий при гидромеханической связи

3.1. Моделирование методом конечных элементов и выбор параметров

Трехмерные модели конечных элементов для асфальтовых покрытий при гидромеханическом соединении были построены с помощью COMSOL. COMSOL — это программное обеспечение для мультифизического полевого моделирования.Модуль строительной механики и модуль подземных течений в COMSOL обеспечивают удобную обработку расчетов. В данной работе предполагалось, что давление равномерно распределяется по поверхности дорожного покрытия. Транспортное средство было упрощено как равномерная круговая нагрузка, а внутреннее давление шины рассматривалось как действующее на дорожное покрытие. Эквивалентный диаметр окружности груза рассчитывался как

где P — нагрузка на колесо, кН, а p — контактное давление в шине, кПа.

Характеристики асфальтового покрытия в Китае: P max = 0,7 МПа. Кривая нагрузки P в зависимости от времени показана и рассчитывается по уравнению (9).

p=Pmaxsin(πTt)  0≤t≤t1p=0                  t>t1

(9)

где t 1 – время работы одного транспортного средства. При скорости 40 км/ч эквивалент т 1 составляет около 0,0225 с.

Кривая нагрузки на колесо.

В спецификациях по проектированию дорожного асфальтового покрытия в Китае одноосная нагрузка 100 кН принята за стандартную осевую нагрузку на двойную колесную группу, а колесная нагрузка упрощена как круговая равномерная нагрузка. Давление в колесе 0,7 МПа, диаметр единичного эквивалентного круга d = 21,3 см, расстояние между центрами эквивалентного круга d 1 = 31,75 см [26]. По уравнению (9) эквивалентный диаметр окружности груза равен 21.32 см. Максимальное значение мгновенной подвижной нагрузки P max принято равным 0,7 МПа. При скорости автомобиля 40 км/ч время нагрузки на элемент составляет около 0,542 с. Для моделирования динамической реакции асфальтобетонного покрытия на транспортную нагрузку в нашем исследовании была выбрана типичная структура слоя насыщенного асфальтового покрытия. Как правило, в асфальтовых покрытиях есть три слоя: поверхностный слой включает верхний слой, средний слой и нижний слой, а толщина подслоев, использованных в нашем эксперименте, составляла 4 см, 6 см и 8 см соответственно; основание содержало 5% стабилизированного цементом щебня, а основание содержало 3% стабилизированного цементом щебня толщиной 30 см и 20 см соответственно.Толщина насыпи 210 см. Принимая направление движения как продольное, направление нагрузки и направление движения перпендикулярно поперечному направлению. В связи с тем, что диапазон давления колеса значительно меньше, чем в спецификации земляного полотна, за расчетную площадку была принята прямоугольная форма, ее поперечный и продольный размеры составили 8 м и 6 м соответственно. Используя сетку отображения Mapped, верхняя поверхность была разделена четырехугольными сетками.Как показано на , общее количество структурных единиц составило 13 600, а качество генерации элементов – 1,0.

Сеть и направление нагрузки.

В этой модели положение движущегося груза было расположено в боковом центральном положении, и груз перемещался от одного конца к другому концу в продольном направлении. Нижняя граница модели была полностью стеснена, боковая граница стеснена в нормальном направлении, а верхняя граница свободна. Поскольку модель представляла собой полностью проницаемое дорожное покрытие, все боковые и верхние поверхности конструкции дорожного покрытия имели проницаемые границы, а начальное поровое давление воды в каждом слое принималось равным 0.В пористой среде насыщенного битума твердая фаза представляла собой каркасную структуру асфальтовой смеси. Материальные параметры конструкции дорожной одежды приведены в [27].

Таблица 1

Структура и параметры материала асфальтового покрытия.

Структурный слой Эластичный модуль (MPA) Плотность (кг / м 3 ) Соотношение Poasson Коэффициент проницаемости (CM / S)
1400 1400 1400 1400 1400 1400 1400 1400 2400 0. 30 1.0 × 10 -4
середина поверхности 1400 2400 0.35 0.0 × 10 -5
Нижний слой 1400 2400 0,35 1,0 × 10 -5
Base 1600 1600 2100 0. 20 1,0 × 10 -4
Subbase 600 1900 0.30 1,0 × 10 -6
набережной 50 1900 0,40236 0,40 1,0 × 10 -6

3.

2. Результаты анализа гидромеханической связи на основе трехмерного моделирования методом конечных элементов
3.2.1. Влияние скорости транспортного средства и продолжительности нагрузки на поровое давление воды

Параметры материала и движущиеся нагрузки являются двумя основными факторами, влияющими на гидродинамическое давление.Изменение порового давления воды и поперечного напряжения изучалось при изменении времени нагружения и скорости. Пиковые значения порового давления воды при различных скоростях движения и продолжительности нагрузки приведены в .

Таблица 2

Пиковое значение порового давления воды при различных сочетаниях скорости движения и длительности нагрузки.

1 0 (k)
Продолжительность нагрузки T T скорость вождения (км / ч)
40231 40 60220 80 100 120
0. 01 927,81 977,79 1027,77 1057,76 1117,75
0,05 732,97 792,01 801,66 867,36 840,64
0,1 262,57 274,76 292,91 303,58 307,16
1 51,957 42,04 32,89 15,87 17,24

Логарифмируя пикового значения порового давления воды ( р макс ), скорость движения ( v ) и продолжительность нагрузки ( t 0 ), соответственно, данные в были проанализированы и подобраны, а результат подбора может быть выражен как

Y=3. 834+0,7019В-0,2153Т-0,1885В2-0,2893ВТ-0,1455Т2

(10)

где Y = ln p max , V = ln v , T = ln t 0 .

Для наблюдения за изменением порового давления воды (в зависимости от скорости насыщения асфальтобетонного покрытия) в качестве объекта исследования была выбрана средняя точка стыка средней плоскости верхнего слоя, и показана кривая изменения во времени. в .

Кривые зависимости порового давления от времени в средних точках верхних-средних слоев при разных скоростях.

Как показано на рисунке, произошло быстрое увеличение порового давления воды и последующее быстрое рассеивание. Положительное и отрицательное давление вызывало отслоение асфальта от заполнителя и создавало трещины внутри асфальтового покрытия, что приводило к преждевременному разрушению асфальтового покрытия. Положительное поровое давление воды также увеличивалось с увеличением скорости движения. При увеличении скорости движения с 40 км/ч до 120 км/ч максимальное положительное давление поровой воды увеличилось с 90 кПа до 112 кПа, в то время как пик отрицательного порового давления мало изменился. Поскольку время дренажа поровой воды уменьшилось с уменьшением времени нагрузки, время стока поровой воды уменьшилось. Другими словами, поровая вода подвергалась большему внешнему давлению. Даже если мы пренебрегли влиянием времени истечения поровой воды на асфальтовую смесь, было показано, что высокая скорость движения вредна для асфальтовой смеси с точки зрения давления поровой воды. Внедрив решетчатые датчики на испытательной дороге и проведя тесты динамического размыва на образцах Маршалла, исследователи доказали, что чем выше скорость, тем больше поровое давление воды и тем серьезнее повреждение динамического размыва конструкции дорожного покрытия. 28,29,30].Как показано на графике, градиент давления и скорость потока непосредственно под нагрузкой были максимальными, а давление поровой воды немного увеличилось на границе из-за недренированных пределов.

Пространственное распределение порового давления воды за 0,01 с при скорости 40 км/ч.

3.2.2. Влияние скорости на поперечное напряжение конструкции

При анализе механических реакций конструкции асфальтового покрытия горизонтальное напряжение рассматривалось как важный направляющий фактор для трещин в асфальтовом покрытии. Когда транспортное средство проезжало, большое растягивающее напряжение создавалось давлением, действующим на дорогу. Если напряжение превышало максимальное сопротивление, на поверхности появлялись трещины. Поперечное напряжение в этой статье было принято перпендикулярно направлению транспортного средства и направлению нагрузки. Для наблюдения поперечного напряжения насыщенного асфальтобетонного покрытия при изменении скорости в качестве объекта исследования была выбрана средняя точка стыка верхнего слоя и срединной поверхности, а временная кривая показана на рис.

Поперечные кривые напряжение-время в средних точках верхних-средних слоев при разных скоростях.

Как показано на рисунке, поперечное напряжение также увеличивается со скоростью. При увеличении скорости движения с 40 км/ч до 120 км/ч максимальное поперечное растягивающее напряжение увеличилось со 155 кПа до 190 кПа. Когда транспортное средство проезжало, нагрузка с большей вероятностью вызывала трещины в дорожном покрытии. Следовательно, это снижает прочность материала и срок службы дорожной одежды.

3.2.3. Влияние скорости на вертикальное смещение конструкции

Для наблюдения вертикального смещения насыщенного асфальтобетонного покрытия с изменением скорости в качестве объекта исследования была выбрана средняя точка стыка средней плоскости верхнего слоя, а кривые изменения во времени представляют собой Показано в .

Кривые зависимости вертикального смещения от времени в средних точках верхних–средних слоев при разных скоростях.

Видно, что в случае динамической нагрузки вертикальное смещение в средней точке границы раздела верхнего слоя и среднего поверхностного слоя также показало плавающие характеристики.При удалении груза максимальное вертикальное смещение уменьшалось. При увеличении скорости с 40 км/ч до 120 км/ч вертикальное смещение уменьшилось с 86 (0,01 мм) до 77 (0,01 мм).

4. Конечно-элементная модель асфальтового покрытия при термогидромеханическом соединении

На основе вышеизложенных основных предположений к геометрическим моделям применялись температурные нагрузки. Рассчитана динамическая реакция насыщенной асфальтовой конструкции на действие температурной нагрузки и транспортной нагрузки.

4.1. Pavement Temperature

Изменения температуры и солнечного излучения могут оказать непосредственное влияние на температуру дорожного покрытия и верхнего слоя конструкции дорожного покрытия. Таким образом, изменения температуры дорожного покрытия следует рассматривать как синхронные с температурой. В сочетании с измеренными данными о температуре асфальтового покрытия и климатическими условиями метод наименьших квадратов был использован для выполнения множественной регрессии температуры поверхности дороги ( T ), средней температуры за 1 час до ( T a1 ) , и средней интенсивности солнечного излучения за 3 ч до ( Q 3 ).Уравнение прогноза температуры поверхности асфальтобетонного покрытия можно записать в виде [31]

T=0,511+0,007Ta12+0,871Ta1+15,116Q3

(11)

где T – температура поверхности асфальтового покрытия, T a1 – средняя температура за 1 час до, Q 3 – средняя интенсивность солнечного излучения за 3 часа до.

Из-за наложения слоя асфальта на поверхность изменение температуры мало повлияло на базовый слой и грунтовое основание.Поэтому свойства материала асфальтового слоя принимались за константы, и учитывались только те свойства материала асфальтового слоя, которые изменялись при изменении температуры.

4.2. Параметры конструкции дорожного покрытия

В приведенных выше расчетах конструкции асфальтового покрытия не учитывались характеристики материала конструкции, изменяющиеся в зависимости от температуры. Фактически было показано, что материал конструкции асфальтового покрытия чувствителен к температуре, и игнорирование влияния температуры на параметры материала ограничит наше понимание динамических характеристик конструкции.Поэтому необходимо учитывать влияние температуры на параметры материала асфальтового покрытия.

(1) Модуль упругости

Модуль упругости отражает способность конструкционных материалов сопротивляться деформации на стадии упругости. Вообще говоря, для битумного материала модуль упругости уменьшается с повышением температуры, и вариация велика. Поэтому нельзя не учитывать влияние температуры на модуль упругости. Связь между модулем упругости материала асфальтового покрытия и температурой имеет вид [32]

где a и b — параметры, определяемые экспериментально [33].После подгонки данных уравнение (12) становится

E1(T)=2865,89×10−0,01984T(МПа)

(13)

где E 1 ( T ) — модуль упругости материала верхнего слоя дорожной одежды.

(2) Коэффициент Пуассона

Коэффициент Пуассона сильно зависит от температуры. Связь между коэффициентом Пуассона и температурой асфальтовой смеси была получена путем испытаний и анализа данных [34].

мк1(Т)=0.07+1,96×100,05T117,49+100,05T

(14)

где μ 1 ( T ) — коэффициент Пуассона асфальтовой смеси, T — температура.

В построении сетки конечно-элементной модели введен модуль анализа теплопроводности. Начальная температура конструкции была установлена ​​равной 30 °С. Температурная нагрузка прикладывалась к верхнему слою, и предполагалось, что низ и четыре стороны являются изолированными границами. Был проведен анализ связывающих напряжений теплового поля и структурного поля.

4.3. Результаты анализа термогидромеханической связи на основе трехмерного конечно-элементного моделирования

4.3.1. Распределение пространственного вертикального напряжения в разное время

При анализе механической реакции конструкции асфальтового покрытия в качестве механического показателя обычно используется вертикальное напряжение. На основе построенной в данной работе модели был смоделирован закон распределения вертикальных напряжений насыщенной конструкции асфальтобетонного покрытия при совместном воздействии температурной и транспортной нагрузки на верхний слой дорожного покрытия, результаты представлены на рис.

Распределение пространственного вертикального напряжения во времени.

показывает, что при изменении температурной нагрузки вертикальное напряжение конструкции дорожного покрытия демонстрировало относительно очевидное изменение только в верхнем слое. Однако вертикальные напряжения каждого базового слоя и земляного полотна под поверхностным слоем также претерпели небольшие изменения. С перемещением движущей нагрузки область концентрации приложения вертикального напряжения также перемещалась, и объем влияния находился в основном в пределах действия движущей нагрузки, в то время как в большинстве других областей распределение напряжения было относительно равномерным, а максимальное вертикальное напряжение составляло около 3 МПа.Чтобы лучше видеть изменение вертикального напряжения участка асфальтобетонного покрытия, вертикальное напряжение в разные моменты времени было взято по оси z (ось z проходит по глубине дороги), как показано на рис.

Распределение пространственного вертикального напряжения в поперечном сечении верхнего слоя дорожной одежды в разное время.

Как видно из , вертикальное напряжение верхнего слоя сначала быстро уменьшалось, затем медленно возрастало по глубине и, наконец, приблизилось к фиксированному значению.В верхней части дорожной одежды вертикальное напряжение в разное время было максимальным около 2,4 МПа, а на глубине около 0,005 м вертикальное напряжение достигало минимума. С увеличением глубины вертикальное напряжение снова медленно возрастало до 0. Максимальная разница вертикальных напряжений в разные моменты времени составляла около 1 МПа.

Для лучшего анализа изменения вертикального напряжения для анализа была взята средняя точка верхнего слоя, как показано на рис.

Вертикальная кривая зависимости напряжения от времени средней точки в верхнем слое.

Из этого видно, что под действием температурной нагрузки и транспортной нагрузки кривая вертикального напряжения для средней точки слоя асфальтобетонного покрытия имеет один пик. При t = 0,3 с максимальное положительное вертикальное напряжение достигло максимального значения 2,4 МПа. Вертикальное напряжение не демонстрировало периодического изменения, и на него меньше влияла температурная нагрузка. Таким образом, стресс был в основном вызван транспортной нагрузкой. Однако из-за температурной нагрузки кривая вертикального напряжения перестала быть гладкой.Асфальтовое покрытие выдержало вертикальное действие температурной нагрузки и автомобильной нагрузки. Из-за медленного рассеивания нагрузки транспортного средства нагрузка превысила допустимую максимальную нагрузку (называемую «пределом приспособляемости»), что привело к колееобразованию. Для системы гибкого двухъярусного покрытия колейность можно уменьшить, увеличив толщину первого слоя или заменив E 1 / E 2 двух слоев [35]. Геосинтетические материалы широко используются в сочетании с несвязанными материалами для улучшения характеристик гибких и жестких покрытий.Включение геоджута в нежесткие дорожные покрытия значительно улучшает характеристики дорожного покрытия за счет снижения напряжения, деформации и смещения в верхней части земляного полотна. Улучшение снижения напряжения, деформации и смещения за счет геоджута становится более значительным, когда применяется более высокое давление колеса [36]. Вышеупомянутые методы могут эффективно решить проблему колейности, наблюдаемую на асфальтовых покрытиях.

4.3.2. Распределение пространственного поперечного напряжения в разное время

Из-за покрытия поверхностного слоя асфальта изменение температуры оказало небольшое влияние на основание и грунтовое основание.Поэтому было проанализировано поперечное напряжение поверхностного слоя. Чтобы лучше показать изменение поперечного напряжения участка асфальтобетонного покрытия, кривые изменения поперечного напряжения в разное время были сняты вдоль оси z (ось z проходит по глубине дороги, м ), как показано на рис. .

Распределение пространственного поперечного напряжения в поперечном сечении верхнего слоя дорожной одежды в разное время.

Как показано на графике, с увеличением времени поперечное напряжение в верхнем слое было больше, распределение было более равномерным, а поперечное напряжение структурных слоев ниже поверхностного слоя было меньше.

Поперечное напряжение вышеуказанного участка дорожной одежды сначала быстро уменьшалось по глубине, затем медленно возрастало и, наконец, достигло фиксированного значения. В верхней части покрытия максимальное поперечное напряжение составило около 5,5 МПа. На глубине около 0,008 м поперечное напряжение достигало минимального значения. По мере того, как глубина продолжала увеличиваться, поперечное напряжение медленно возвращалось к 0. Максимальная разница поперечных напряжений составляла около 3,5 МПа. Произошло большое изменение поперечного напряжения.Это показало, что поверхность асфальтового покрытия была более склонна к поперечному разрушению при растяжении, что приводило к образованию поперечных трещин.

Для лучшего анализа изменения поперечного напряжения для анализа была взята средняя точка верхнего слоя, как показано на рис.

Кривая поперечного напряжения-времени для средней точки верхнего слоя.

При совместном воздействии температурной нагрузки и транспортной нагрузки поперечное напряжение в средней точке слоя асфальтобетонного покрытия имеет один пик. По мере того как колесо проходило расчетную точку, вертикальные напряжения асфальтового покрытия увеличивались, а поперечные уменьшались. При t = 0,25 с поперечное напряжение заметно уменьшилось и достигло минимального значения около 4,7 МПа. По большей части поперечное напряжение изменилось мало.

5. Выводы

Трехмерные конечно-элементные модели асфальтобетонных покрытий с гидромеханической связью были построены на основе теории пористых сред и теории Био. Исследованы пространственное распределение и закон изменения во времени порового давления, поперечного напряжения и вертикального смещения асфальтобетонного покрытия.После этого параметры асфальтового покрытия, на которые влияет температура, были введены в конечно-элементную модель насыщенного асфальтового покрытия, были проанализированы поперечные напряжения и вертикальные напряжения поверхностного слоя, и можно сделать следующие выводы:

(1) При гидромеханических воздействиях В связи с этим давление поровой воды проницаемого асфальтобетонного покрытия периодически колеблется в зависимости от колебаний внешней нагрузки. Колебание порового давления воды также является важной причиной снятия покрытия с асфальтобетонного покрытия.

(2) При гидромеханическом соединении деформационная реакция конструкции дорожного покрытия имеет характер колебаний. В то же время стресс-реакция асфальтобетонного покрытия в пределах определенного участка имеет явные знакопеременные характеристики. Кроме того, происходит обратное изменение поперечных и продольных растягивающих и сжимающих напряжений. Это попеременное изменение является основной причиной усталостного разрушения асфальтового покрытия. При взаимодействии воды и силы скорость движения и время нагрузки на колесо являются двумя основными факторами, влияющими на пиковое значение порового давления воды.Как скорость, так и время нагрузки находятся в прямой зависимости от пикового значения порового давления воды.

(3) Динамическая характеристика водопроницаемого асфальтового покрытия при гидромеханической муфте зависит от скорости автомобиля. При определенных условиях происходит реверсирование напряжения и давления. По мере увеличения скорости нагрузки реакция конструкции дорожного покрытия на напряжения постепенно уменьшается, поэтому необходимо строго контролировать скорость при измерении деформации.

(4) Когда водопроницаемое асфальтовое покрытие находится в термогидромеханической связи, вертикальное напряжение в средней точке верхнего слоя асфальтового покрытия имеет один пик.При t = 0,3 с максимальное положительное вертикальное напряжение достигает 2,4 МПа. В отличие от случая, когда влияние температуры не учитывалось, вертикальное напряжение не имеет периодического изменения. Однако кривая изменения вертикального напряжения уже не является гладкой из-за температурной нагрузки.

(5) По сравнению с результатами вертикального напряжения температурная нагрузка оказывает большее влияние на поперечное напряжение конструкции дорожной одежды. Поэтому более вероятно, что температурная нагрузка приводит к поперечному разрушению и разрушению дорожной одежды.

Благодарности

Это исследование было проведено в Шэньянском университете Цзянчжу и Институте транспортного машиностроения Чжэцзянского университета.

Вклад авторов

Ю.С.; надзор, рецензирование и редактирование, Р.Г.; сочинение-оригинал, Л.Г. и Дж. В.; ресурсы, XC; программное обеспечение, XY; Проверка.

Финансирование

Исследование финансируется Национальным фондом естественных наук (51478276).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Jiang W.H., Zhang X.N., Li Z. Механический механизм повреждения асфальтобетонной смеси водой на основе имитационного испытания динамического давления воды. Чайна Дж. Хайв. трансп. 2011; 24:21–25. [Google Академия]2. Донг З.Дж., Тан Ю.К., Цао Л.П., Ян З. Исследование порового давления воды в асфальтовом покрытии под воздействием водной нагрузки. Дж. Харбин Инст. Технол. 2007; 39: 1614–1617. [Google Академия]3. Радлинска А., Велкер А., Грейзинг К., Кэмпбелл Б., Литтлвуд Д. Долгосрочные эксплуатационные характеристики водопроницаемого бетонного покрытия.Доп. Гражданский англ. 2012;2012:380795. doi: 10. 1155/2012/380795. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]4. Dong Z.J., P X.K., Shao X.Z. и др. Анализ механической реакции асфальтобетонного покрытия на температурную и неравномерно-распределенную нагрузку. J. Tongji Univ. (Нац. наук. Дл.) 2016; 44:740–746. [Google Академия]5. Xiao C., Qiu Y.J., Huang B. Анализ динамической реакции асфальтового покрытия на основе теста на нагрузку транспортного средства. Дж. Хайв. трансп. Рез. Дев. 2014; 31:12–19. [Google Академия]6. Герсио М.С., Маккарти Л.М., Мехта Ю.Механические реакции и вязкоупругие свойства асфальтобетонных смесей при больших статических и динамических авиационных нагрузках. трансп. Рез. Рек. Дж. Трансп. Рез. Доска. 2014; 2449:88–95. дои: 10.3141/2449-10. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 7. Чжоу Ф.С., Цао Ю.С., Чжао В.Г. Анализ динамического отклика неоднородного фундамента под движущейся нагрузкой. Геотех. мех. 2015;36:2027–2033. [Google Академия]8. Билодо Дж. П., Доре Г. Повреждение гибкого дорожного покрытия во время весенней оттепели: полевое исследование с использованием дефлектометра падающего груза. Может. Дж. Гражданский. англ. 2017;45:227–234. doi: 10.1139/cjce-2017-0465. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]9. Ван Дж. Л. Исследование упруго-вязкопластического анализа и механизма повреждения асфальтобетонного покрытия водой. Ключ инж. Матер. 2011; 467–469:996–999. doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.467-469.996. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 10. Ю Ю.З. Исследование порового давления асфальтобетонного покрытия с различными трещинами. Дж. Хэбэй унив. англ. (Нац. науч. ред.) 2018; 35: 54–57. [Google Академия] 11. Берридж Р., Варгас К.А. Фундаментальное решение в области динамической пороупругости.Геофиз. Дж. Р. Астрон. соц. 1979; 58: 61–90. doi: 10.1111/j.1365-246X.1979.tb01010.x. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 12. Филиппакопулос А.Дж. Задача Лэмба для насыщенных флюидом пористых сред. Бык. сейсм. соц. Являюсь. 1988; 78: 908–923. [Google Академия] 13. Бо Дж. Интегральное уравнение вертикальных колебаний упругой круглой пластины с пористым полупространством. Дж. Мех. 2000; 32:78–86. [Google Академия] 14. Цай Ю., Сунь Х., Сюй С. Стационарные реакции пороупругой полупространственной грунтовой среды на движущуюся прямоугольную нагрузку. Междунар.J. Структура твердых тел. 2007; 44:7183–7196. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2007.04.006. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 15. Нин Л., Фей С. Моделирование динамического уплотнения и разжижения в насыщенном грунте методом МКЭ. Дж. Сиань унив. Хайв. коммун. 1999; 19:6–10. [Google Академия] 16. Мартин В.Д., Путман Б.Дж., Нептун А.И. Влияние градации заполнителя на характеристики кольматации пористых асфальтобетонных смесей. Дж. Матер. Гражданский англ. 2014;26:04014026. doi: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000975. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 17.Лю К., Шланген Э., ван де Вен Д. Характеристика материала пробного участка пористого асфальтобетона с индукционным заживлением. Матер. Структура 2013; 46: 831–839. doi: 10.1617/s11527-012-9936-9. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 18. Раньери В., Сансалоне Дж. Дж., Шулер С. Взаимосвязь между кривой градации, сопротивлением засорению и показателями пористости пористых асфальтобетонных смесей. Дорожный мэтр. Тротуар Des. 2010; 11 (Приложение 1): 507–525. doi: 10.1080/14680629.2010.96. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 19. Такахаши С.Комплексное исследование воздействия пористого асфальта на скоростные автомагистрали в Японии: основано на анализе полевых данных за последнее десятилетие. Дорожный мэтр. Тротуар Des. 2013;14:239–255. doi: 10.1080/14680629.2013.779298. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 20. Хамза М.О., Хасан М.Р.М., Ван М.В.Д. Потеря проницаемости пористого асфальта из-за ползучести вяжущего. Констр. Строить. Матер. 2012;30:10–15. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2011.11.038. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 21. Арпан Л., Кумар П.С. Влияние вертикального давления на горизонтальную и вертикальную проницаемость грунта и влияние дополнительного давления на трехмерное уплотнение грунта.Доп. Гражданский англ. 2018;2018:95. [Google Академия] 22. Ци В.Ю. Дипломная работа. Шаньдунский университет Цзянчжу; Цзинань, Китай: 2011 г. Анализ механизма повреждения влагой и проектирование асфальтобетонного покрытия при совместном воздействии влаги и нагрузки. [Google Академия] 23. Xin Q. Анализ механизма демпфирующего воздействия на динамический прогиб асфальтового покрытия. мех. англ. 2008; 30:51–55. [Google Академия] 24. Де Бур Р. Теория пористых сред: основные моменты исторического развития и современного состояния. заявл. мех.Ред. 2002; 2: B32–B33. дои: 10.1115/1.1451169. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 25. Донг З.Дж. Кандидат наук. Тезис. Харбинский технологический институт; Харбин, Китай: 2006 г. Анализ динамической реакции насыщенного асфальтового покрытия на основе теории пористой среды. [Google Академия] 26. Ян М.Ю., Фэн Д.К., Ша А.М. Спецификации для проектирования асфальтового покрытия шоссе (JTG D50-2006) China Communications Press; Пекин, Китай: 2006. [Google Scholar]27. Донг З., Цао Л., Тан Ю. Анализ динамической реакции насыщенного асфальтового покрытия во времени.Дж. Уханьский унив. Технол. 2009; 33:1033–1037. [Google Академия] 28. Го CC Дипломная работа. Нанкинский университет аэронавтики и астронавтики; Нанкин, Китай: 2013. Влияние порового давления на характеристики асфальтового покрытия и его мониторинг. [Google Академия] 29. Ван З.Ю. Дипломная работа. Цзилиньский университет; Чанчунь, Китай: 2016 г. Исследование повреждения асфальтового покрытия водой под гидродинамическим давлением. [Google Академия] 30. Оу Дж.К. Дипломная работа. Шаньдунский университет; Цзинань, Китай: 2012 г.Исследование механизма воздействия динамического порового давления на повреждение асфальтового покрытия влагой. [Google Академия] 31. Чжуан С., Ван Л., Шен А., Фу Дж. Модель прогнозирования температуры поверхности асфальтового покрытия. Дж. Хайв. трансп. Рез. Дев. 2010;27:39–43. [Google Академия] 32. Ша К.Л. Полужесткое базовое асфальтовое покрытие автомагистрали высокого класса. Китайская коммуникационная пресса; Пекин, Китай: 1999. [Google Scholar]33. Ву Г.К. Анализ температурного напряжения полужесткого дорожного покрытия. Научная пресса; Пекин, Китай: 1995. [Google Scholar]34.Шао X., Шао М., Би Ю. Метод испытания коэффициента Пуассона асфальтовой смеси. J. Tongji Univ. 2006; 34: 1470–1474. [Google Академия] 35. Цянь Дж., Ван Ю., Ван Дж., Хуанг М. Влияние скорости движения транспорта на пределы приспособляемости нежестких покрытий. Междунар. Дж. Тротуар Инж. 2019;20:233–244. doi: 10.1080/10298436.2017.1293259. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 36. Рахман М.М., Саха С., Хамди А.С.А., Алам М.Дж.Б. Разработка трехмерных моделей конечных элементов для гибкого покрытия, армированного геоджутом. Гражданский англ. Дж. 2019;5:437–446.doi: 10.28991/cej-2019-030. [CrossRef] [Google Scholar]

Gale Apps — Технические трудности

Технические трудности

Приложение, к которому вы пытаетесь получить доступ, в настоящее время недоступно. Приносим свои извинения за доставленные неудобства. Повторите попытку через несколько секунд.

Если проблемы с доступом сохраняются, обратитесь за помощью в наш отдел технической поддержки по телефону 1-800-877-4253.Еще раз спасибо, что выбрали Gale, обучающую компанию Cengage.

org.springframework.remoting.RemoteAccessException: невозможно получить доступ к удаленной службе [[email protected]]; вложенным исключением является Ice.UnknownException unknown = «java.lang.IndexOutOfBoundsException: индекс 0 выходит за границы для длины 0 на java.base/jdk.internal.util.Preconditions.outOfBounds(Preconditions.java:64) в java.base/jdk.internal.util.Preconditions.outOfBoundsCheckIndex(Preconditions.java:70) в java.base/jdk.internal.util.Preconditions.checkIndex(Preconditions. java:248) в java.base/java.util.Objects.checkIndex(Objects.java:372) в java.base/java.util.ArrayList.get(ArrayList.java:458) на com.gale.blis.data.subscription.dao.LazyUserSessionDataLoaderStoredProcedure.populateSessionProperties(LazyUserSessionDataLoaderStoredProcedure.java:60) в com.gale.blis.data.subscription.dao.LazyUserSessionDataLoaderStoredProcedure.reQuery(LazyUserSessionDataLoaderStoredProcedure.java:53) в com.gale.blis.data.model.session.UserGroupEntitlementsManager.reinitializeUserGroupEntitlements(UserGroupEntitlementsManager.java:30) в com.gale.blis.data.model.session.UserGroupSessionManager.getUserGroupEntitlements(UserGroupSessionManager.ява: 17) в com.gale.blis.api.authorize.contentmodulefetchers.CrossSearchProductContentModuleFetcher.getProductSubscriptionCriteria(CrossSearchProductContentModuleFetcher.java:244) на com.gale.blis.api.authorize.contentmodulefetchers. CrossSearchProductContentModuleFetcher.getSubscribedCrossSearchProductsForUser(CrossSearchProductContentModuleFetcher.java:71) на com.gale.blis.api.authorize.contentmodulefetchers.CrossSearchProductContentModuleFetcher.getAvailableContentModulesForProduct(CrossSearchProductContentModuleFetcher.java:52) на com.gale.blis.api.authorize.strategy.productentry.strategy.AbstractProductEntryAuthorizer.getContentModules(AbstractProductEntryAuthorizer.java:130) на com.gale.blis.api.authorize.strategy.productentry.strategy.CrossSearchProductEntryAuthorizer.isAuthorized(CrossSearchProductEntryAuthorizer.java:82) на com.gale.blis.api.authorize.strategy.productentry.strategy.CrossSearchProductEntryAuthorizer.авторизоватьProductEntry(CrossSearchProductEntryAuthorizer.java:44) на com.gale.blis.api.authorize.strategy.ProductEntryAuthorizer.authorize(ProductEntryAuthorizer.java:31) в com.gale.blis.api.BLISAuthorizationServiceImpl. authorize_aroundBody0(BLISAuthorizationServiceImpl.java:57) на com.gale.blis.api.BLISAuthorizationServiceImpl.authorize_aroundBody1$advice(BLISAuthorizationServiceImpl.java:61) на com.gale.blis.api.BLISAuthorizationServiceImpl.авторизация (BLISAuthorizationServiceImpl.java:1) на com.gale.blis.auth._AuthorizationServiceDisp._iceD_authorize(_AuthorizationServiceDisp.java:141) в com.gale.blis.auth._AuthorizationServiceDisp._iceDispatch(_AuthorizationServiceDisp.java:359) в IceInternal.Incoming.invoke(Incoming.java:209) в Ice.ConnectionI.invokeAll(ConnectionI.java:2800) в Ice.ConnectionI.dispatch(ConnectionI.java:1385) в Ice.ConnectionI.сообщение (ConnectionI.java:1296) в IceInternal.ThreadPool.run(ThreadPool.java:396) в IceInternal.ThreadPool.access$500(ThreadPool.java:7) в IceInternal.ThreadPool$EventHandlerThread.run(ThreadPool. java:765) в java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:834) » org.springframework.remoting.ice.IceClientInterceptor.convertIceAccessException(IceClientInterceptor.java:365) орг.springframework.remoting.ice.IceClientInterceptor.invoke(IceClientInterceptor.java:327) org.springframework.remoting.ice.MonitoringIceProxyFactoryBean.invoke(MonitoringIceProxyFactoryBean.java:71) org.springframework.aop.framework.ReflectiveMethodInvocation.proceed(ReflectiveMethodInvocation.java:186) org.springframework.aop.framework.JdkDynamicAopProxy.invoke(JdkDynamicAopProxy.java:212) com.sun.proxy.$Proxy130.авторизоваться (неизвестный источник) com.gale.auth.service.BlisService.getAuthorizationResponse(BlisService.java:61) com.gale.apps.service.impl.MetadataResolverService.resolveMetadata(MetadataResolverService.java:65) com.gale.apps.controllers.DiscoveryController.resolveDocument(DiscoveryController.java:57) com.gale.apps.controllers. DocumentController.redirectToDocument(DocumentController.java:22) дждк.internal.reflect.GeneratedMethodAccessor252.invoke (неизвестный источник) java.base/jdk.internal.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43) java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:566) org.springframework.web.method.support.InvocableHandlerMethod.doInvoke(InvocableHandlerMethod.java:215) org.springframework.web.method.support.InvocableHandlerMethod.invokeForRequest(InvocableHandlerMethod.ява: 142) org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.ServletInvocableHandlerMethod.invokeAndHandle(ServletInvocableHandlerMethod.java:102) org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.RequestMappingHandlerAdapter.invokeHandlerMethod (RequestMappingHandlerAdapter.java:895) org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.RequestMappingHandlerAdapter.handleInternal (RequestMappingHandlerAdapter.java:800) орг.springframework.web.servlet.mvc.method.AbstractHandlerMethodAdapter. handle(AbstractHandlerMethodAdapter.java:87) org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet.doDispatch(DispatcherServlet.java:1038) org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet.doService(DispatcherServlet.java:942) org.springframework.web.servlet.FrameworkServlet.processRequest(FrameworkServlet.java:998) org.springframework.web.servlet.FrameworkServlet.doGet(FrameworkServlet.java:890) javax.servlet.http.HttpServlet.service(HttpServlet.java:626) org.springframework.web.servlet.FrameworkServlet.service(FrameworkServlet.java:875) javax.servlet.http.HttpServlet.service(HttpServlet.java:733) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:227) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.apache.tomcat.websocket.server.WsFilter.doFilter(WsFilter.java:53) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain. doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.apache.catalina.filters.HttpHeaderSecurityFilter.doFilter(HttpHeaderSecurityFilter.java:126) орг.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.servlet.resource.ResourceUrlEncodingFilter.doFilter(ResourceUrlEncodingFilter.java:63) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.каталина.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:101) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.ява: 101) org. apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:101) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) орг.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.boot.web.servlet.support.ErrorPageFilter.doFilter(ErrorPageFilter.java:130) org.springframework.boot.web.servlet.support.ErrorPageFilter.access$000(ErrorPageFilter.java:66) org.springframework.boot.web.servlet.support.ErrorPageFilter$1.doFilterInternal(ErrorPageFilter.java:105) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.springframework.boot.web.servlet.support.ErrorPageFilter.doFilter(ErrorPageFilter.java:123) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain. internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.boot.actuate.web.trace.servlet.HttpTraceFilter.doFilterInternal (HttpTraceFilter.java: 90) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.RequestContextFilter.doFilterInternal (RequestContextFilter.ява:99) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.FormContentFilter.doFilterInternal (FormContentFilter. java:92) орг.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.HiddenHttpMethodFilter.doFilterInternal (HiddenHttpMethodFilter.java:93) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.boot.actuate.metrics.web.servlet.WebMvcMetricsFilter.filterAndRecordMetrics(WebMvcMetricsFilter.java:154) org.springframework.boot.actuate.metrics.web.servlet.WebMvcMetricsFilter.filterAndRecordMetrics(WebMvcMetricsFilter.java:122) org.springframework.boot.actuate.metrics.web.servlet.WebMvcMetricsFilter. doFilterInternal(WebMvcMetricsFilter.java:107) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.каталина.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter.doFilterInternal (CharacterEncodingFilter.java:200) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.apache.catalina.core.StandardWrapperValve.invoke(StandardWrapperValve.java:202) org.apache.catalina.core.StandardContextValve.invoke(StandardContextValve.java:97) org.apache.catalina.authenticator.AuthenticatorBase.invoke(AuthenticatorBase.java:542) org.apache.catalina.core. StandardHostValve.invoke(StandardHostValve.java:143) org.apache.каталина.клапаны.ErrorReportValve.invoke(ErrorReportValve.java:92) org.apache.catalina.valves.AbstractAccessLogValve.invoke(AbstractAccessLogValve.java:687) org.apache.catalina.core.StandardEngineValve.invoke(StandardEngineValve.java:78) org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter.service(CoyoteAdapter.java:357) org.apache.coyote.http11.Http11Processor.service(Http11Processor.java:374) орг.apache.койот.AbstractProcessorLight.process(AbstractProcessorLight.java:65) org.apache.coyote.AbstractProtocol$ConnectionHandler.process(AbstractProtocol.java:893) org.apache.tomcat.util.net.NioEndpoint$SocketProcessor.doRun(NioEndpoint.java:1707) org.apache.tomcat.util.net.SocketProcessorBase.run(SocketProcessorBase.java:49) java.base/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1128) Ява.base/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:628) org.apache.tomcat.util.threads. TaskThread$WrappingRunnable.run(TaskThread.java:61) java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:834)

(PDF) Влияние порового давления воды на реакцию асфальтобетона

114

Протокол транспортных исследований: Журнал Совета транспортных исследований,

No.2631, 2017, стр. 114–122.

http://dx.doi.org/10.3141/2631-13

Быстрая транспортная нагрузка вызывает поровое давление воды внутри частично или

полностью насыщенных взаимосвязанных трещин и пустот асфальтобетона. Индуцированное

поровое давление создает дополнительные напряжения в дорожном покрытии

и ускоряет развитие и распространение трещин. Распространение трещин

способствует диффузии влаги через твердую фазу и ускоряет

ухудшение зависящей от времени жесткости и прочности асфальтобетона

.Таким образом, необходимо учитывать совместное воздействие

порового давления воды, диффузии влаги и механической нагрузки на

асфальтобетонное покрытие. Влияние порового давления воды учитывалось с использованием концепции эффективного напряжения внутри деформируемой среды. Был использован подход Био

, связанный с нелинейными вязкоупругими и

вязкоупругими зависимостями (влажностью и механическими) для асфальтобетона

.Модели были реализованы в PANDA, коде конечных элементов

, разработанном в Техасском университете A&M. Возможности предложенной

структуры и определяющих взаимосвязей были продемонстрированы

путем моделирования нескольких реалистичных микроструктурных представлений асфальтобетона. Результаты численного моделирования

показали, как влияние порового давления воды может усилить разрушение

асфальтобетона и снизить его прочность.Таким образом, этот результат

подчеркивает важность учета влияния давления поровой воды

при исследовании реакции асфальтобетона.

Влага в виде жидкости или пара диффундирует через твердый

асфальтобетонный скелет или течет через его взаимосвязанные трещины

и пустоты, как показано на рисунке 1. Поток влаги через макропоры

вызывает дополнительную нагрузку на материал поровое давление воды и

вызывают эрозию, как показано на рисунке 2.Влага, диффундирующая через

твердый каркас, разрушает мастику и склеиваемый материал, включая его

зависящую от времени жесткость. Эти комбинированные действия в конечном итоге приводят к различным видам повреждений, таких как

повреждений, таких как колейность, растрескивание и растрескивание. Повреждение влагой было определено как основная причина ускоренного износа асфальтовых покрытий. Полевые наблюдения за асфальтобетоном на участках, насыщенных водой и подверженных

интенсивной транспортной нагрузке, показали более локализованное

и сильное расслоение (1, 2).Другие исследователи указали, что

дополнительное напряжение, связанное с поровым давлением воды, способствует повреждению, вызванному влажностью, и может вызвать преждевременное разрушение

покрытий (3, 4). Таким образом, для прогнозирования реакции таких материалов

на комбинированное воздействие влаги и механических нагрузок требуются надежные и всесторонние определяющие соотношения

.

Основополагающие соотношения должны учитывать связь вязко-

упругости, всеобъемлющие аспекты повреждения, вызванного влажностью,

механического повреждения и температурно-зависимую реакцию материала.

Влияние влаги на разрушение пористых

материалов было тщательно изучено. Геомеханики провели исследования, чтобы предсказать влияние потока воды через взаимосвязанные трещины и пустоты

в геоматериалах [например, Био, (5), Коллинз и Хоулсби (6), Кусси (7),

и Арсон и Гатмири (8)]. Кусси разработал термодинамическую структуру

для частично насыщенных пористых сред (7). Он предложил соотношение

для учета дополнительного напряжения, вызванного потоком жидкости, и

влияние всасывания на упругопластическую реакцию твердого скелета.Арсон и Гатмири предложили термодинамическую модель повреждения

для неизотермического ненасыщенного пористого эластичного скелета (8).

Большинство моделей геоматериалов предполагают, что материал является эластичным, и

не учитывают диффузию влаги, влияющую на разложение

твердой фазы, как это следует делать для восприимчивых к влаге вязких

материалов.

Крингос и др. введен параметр повреждения влагой, который

не зависит от времени и позволяет полностью восстанавливать повреждение от влаги

при высыхании (4).Они провели микроструктурное моделирование с учетом насыщенных пор между двумя идеально круглыми агрегатами.

Совсем недавно исследователи использовали коэффициенты Био и изучили

влияние порового давления воды на реакцию дорожного покрытия в непрерывной шкале

(9, 10).

Совместное влияние порового давления воды и деградации

, связанной с диффузией влаги в твердой фазе, а также

термовязкоупругой реакции асфальтобетона на вязкоупругие повреждения,

недавно начали исследовать.Шакиба и др. разработал структуру

для учета влияния порового давления воды на нелинейный вязкоупругий твердый пористый скелет (11). Эта схема сочетает

реакцию твердого тела, связанную с влагой и механическими повреждениями

, с использованием теории непрерывной механики влаго-механических повреждений

(CMMDM) для преодоления сложностей, связанных с

определением граничных условий смесей и влаго-механических

муфты.Однако разработанная структура не применялась к

исследованию влияния порового давления воды на отклик

асфальтобетона на микроструктурном уровне.

Цели

Целью данной статьи является представление результатов всестороннего

численного исследования определяющих соотношений CMMDM

с акцентом на влияние порового давления воды на асфальт

Влияние порового давления воды

по реакции асфальтобетона

Марьям Шакиба, Масуд К.Дараби и Даллас Н. Литтл

М. Шакиба, кафедра гражданского и экологического проектирования, Инженерный колледж,

, Политехнический институт и государственный университет Вирджинии, Паттон Холл, комната 102C,

750 Дрилфилд Драйв, Блэксбург, Вирджиния 24061. MK Дараби, Департамент гражданского строительства,

Экология и архитектурная инженерия, Школа инженерии, Университет Канзаса

, 2160F Learned Hall, 1530 West 15th Street, Lawrence, KS 66045.

D.Н. Литтл, Захри Факультет гражданского строительства, Колледж Дуайт-Лук,

Инженерия, Техасский университет A&M, 603E CEOB, College Station, TX 77802.

Автор, ответственный за переписку: М. Шакиба, [email protected]

Протокол P05Метод испытаний на влагостойкость асфальтобетона (AC05) — Проект долгосрочных эксплуатационных характеристик дорожного покрытия Руководство по испытаниям лабораторных материалов и обращению с ними, сентябрь 2007 г.

Протокол P05


Метод испытаний на влагочувствительность асфальтобетона (AC05)

Этот протокол LTPP описывает метод определения восприимчивости к влаге образцов асфальтобетона.Этот тест основан главным образом на AASHTO T283. Испытание должно проводиться на уплотненных образцах, полученных из проектов, включенных в эксперименты LTPP.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1 Общие

Этот метод включает оценку изменений предела прочности при растяжении в результате воздействия насыщения и ускоренного кондиционирования водой уплотненных битумных смесей. Результаты могут быть использованы в качестве индикаторов долгосрочной восприимчивости битумных смесей к десорбции.В этой процедуре зачистка определяется как разрыв связи между асфальтовым вяжущим и поверхностями заполнителя, что приводит к обнажению поверхностей заполнителя с минимальным покрытием из асфальтового вяжущего или без него. Степень зачистки определяется на 102-мм (4-дюймовом) сердечнике, расщепленном при непрямом растяжении.

1.2 Краткое изложение метода испытаний

Требуется восемь образцов для испытаний от каждой насыпной пробы асфальтобетона. Два сердечника будут использоваться для создания метода вакуумного насыщения, описанного в разделе 8.3. Остальные шесть кернов должны быть разделены на две равные части по три образца в каждой. Первая подгруппа испытывается в сухом состоянии на непрямое растяжение. Вторая подгруппа подвергается вакуумному насыщению с последующими циклами замораживания и замачивания в теплой воде, а затем испытывается при непрямом растяжении для определения предела прочности при растяжении. Численные показатели свойств прочности на растяжение, включая средние значения (Y), стандартное отклонение (S d ) и коэффициент вариации (т. е. CV = 100 S d /Y), рассчитывают на основе данных испытаний, полученных из двух подмножеств; сухой и кондиционированный.

1.3 Значение и использование

Этот метод включает оценку влияния насыщения и ускоренного кондиционирования воды на прочность на разрыв битумных смесей, уплотненных в лаборатории. В частности, этот метод будет использован для исследования битумных смесей, приготовленных для использования в экспериментах по LTPP.

Численные показатели сохраняемых косвенных свойств при растяжении получают путем сравнения свойств при растяжении насыщенных ускоренно кондиционированных водой лабораторных образцов с аналогичными свойствами сухих образцов.

1.4 Хранение проб

Сердечники переменного тока следует хранить плоской стороной вниз, с полной опорой, при температуре от 5°C (40°F) до 21°C (70°F) в экологически защищенном (закрытом помещении, не подверженном воздействию природных элементов). ) кладовая.

К каждому образцу должна быть прикреплена этикетка или ярлык, четко идентифицирующий материал, номер проекта/испытательного участка, из которого он был извлечен, и как минимум номер образца.

1.5 Единицы

В этом протоколе Международная система единиц (СИ — Модернизированная метрическая система) считается стандартом.Единицы сначала выражаются в их «мягкой» метрической форме, а затем в скобках указывается их эквивалент в единицах измерения, принятых в США.

2. ИСПЫТАНИЯ

2.1 Испытания на чувствительность к влаге должны проводиться после ; (1) одобрение FHWA COTR для начала испытаний на влагостойкость переменного тока, (2) утверждение формы L04 регионом FHWA-LTPP, (3) визуальный осмотр и определение толщины сердечников переменного тока и определение толщины слоев в сердечниках переменного тока с использованием Протокола P01 , и (4) завершено окончательное присвоение слоев на основе результатов теста P01 (исправленная форма L04, если необходимо).Для получения одобрения по пункту (1) лаборатория должна: (a) представить и получить одобрение плана QC/QA для испытаний на чувствительность к влаге, и (b) продемонстрировать, что их испытательное оборудование соответствует или превосходит спецификации, содержащиеся в этом протоколе.

2.2 Расположение образцов для испытаний и присвоение номеров лабораторных испытаний

Испытание должно проводиться на повторно уплотненных образцах асфальтобетона, извлеченных из испытательных участков LTPP в соответствии с планами отбора образцов для конкретного проекта.

Результаты испытаний должны сообщаться отдельно для образцов, полученных в начале, середине и конце испытательного участка, следующим образом:

  1. Начало участка (станции 0-): пробы каждого слоя, взятые из зон в конце испытательного участка (станции, предшествующие 0+00), должны получить номер лабораторных испытаний «1».
  2. Конец секции (станции 5+): образцы каждого слоя, взятые из участков в конце испытательного участка (станции после 5+00), должны получить номер лабораторных испытаний «2».
  3. Середина участка (участки от 0 до +5): образцам каждого слоя, взятым из участков в середине испытательного участка (из асфальтоукладчика), должен быть присвоен номер лабораторных испытаний «3».

3. ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В данном протоколе используются следующие определения:

3.1 Слой: часть дорожного покрытия, изготовленная из аналогичного материала и уложенная с использованием аналогичного оборудования и технологий. Материал внутри определенного слоя предполагается однородным.

3.2 Образец для испытаний: Та часть слоя, которая используется для указанного испытания.

4. ПРИМЕНИМЫЕ ДОКУМЕНТЫ

4.1 Стандарты AASHTO

T166 Специальная гравитация уплотнения Compacted Bitumsious Smiumtures
T167 Прочность на сжатие битумных смесей
T168 Проборотки битумных слисовых смесей
T209 Максимальная удельная гравитация битуминовых мостолляющих смесей
T245 Устойчивость к пластиковому потоку битумных смесей с использованием аппарата Marshall
T246 Стойкость к деформации и сцеплению битумных смесей с помощью аппарата Хвима
T247 Приготовление образцов битумных смесей для испытаний с помощью калифорнийского замесительного уплотнителя
T283 Стойкость уплотненной битумной смеси к повреждениям, вызванным влагой

4.2 Стандарты ASTM

D3387 Испытание на уплотнение и сдвиговые свойства битумных смесей с помощью гирационной испытательной машины (GTM) Корпуса инженеров США

4.3 Протоколы LTPP

Протокол P01 — Визуальный осмотр и толщина асфальтобетонных ядер

Протокол P02 — Объемный удельный вес асфальтобетона

Протокол P03 — Максимальный удельный вес асфальтобетона

5. АППАРАТЫ

5.1 Оборудование для подготовки и уплотнения образцов по одному из следующих методов AASHTO: T245 и T247 или метод ASTM D3387.

5.2 Вакуумный контейнер из AASHTO T209 и вакуумный насос или водяной аспиратор из AASHTO T209, включая манометр или вакуумметр.

5.3 Весы и водяная баня от AASHTO T166.

5.4 Водяная баня, способная поддерживать температуру 60 ± 1°C (140 ± 1,8°F).

5.5 В морозильной камере поддерживается температура -18 ± 3°C (0 ± 5°F).

5.6 Запас пластиковой пленки для обертывания, прочных герметичных пластиковых пакетов для упаковки пропитанных образцов и липкой ленты.

5.7 Мерный цилиндр объемом 10 мл.

5.8 Алюминиевые кастрюли с площадью поверхности от 485 до 645 см 2 (от 75 до 100 дюймов 2 ) на дне и глубиной приблизительно 25 мм (1 дюйм).

5.9 Печь с принудительной подачей воздуха, способная поддерживать температуру 60 ± 1°C (140 ± 1,8°F).

5.10 Грузовой домкрат и кольцевой динамометр от AASHTO T245 или механическая или гидравлическая испытательная машина от AASHTO T167 для обеспечения диапазона точно контролируемых скоростей вертикальной деформации, включая 51 мм в минуту (2 дюйма в минуту).

5.11 Нагрузочные планки — стальные нагрузочные планки с вогнутой поверхностью, радиус кривизны которой равен номинальному радиусу испытательного образца. Для образцов диаметром 102 мм (4 дюйма) нагрузочные полоски должны иметь ширину 12,7 мм (0,5 дюйма). Длина нагрузочных планок должна превышать толщину образцов. Края изогнутой части нагрузочных планок должны быть закруглены шлифовкой, чтобы удалить острую кромку, чтобы не врезаться в образец во время испытания.

5.12 Записывающее устройство. Для записи максимальной сжимающей нагрузки, приложенной к каждому испытательному образцу, должен использоваться график X-Y или график, созданный компьютером в режиме реального времени.

6. ПОДГОТОВКА ЛАБОРАТОРНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ

6.1 Должны быть подготовлены образцы с номинальным диаметром 102 мм (4 дюйма) и высотой 63,5 мм (2,5 дюйма). Частицы заполнителя размером более 25,4 мм (1 дюйм) следует удалить перед подготовкой образца. Образцы должны представлять только один слой конструкции дорожного покрытия.

6.2 После смешивания смесь помещают в алюминиевый лоток с площадью дна от 485 до 645 см 2 (от 75 до 100 в 2 ) и глубиной примерно 25 мм (1 дюйм) и охлаждают при комнатной температуре в течение 2 ± 0,5 часов. Затем смесь помещают в печь с температурой 60°C (140°F) на период отверждения 16 часов.

6.3 После отверждения смесь помещают в печь при 135°C (275°F) на 2 часа перед уплотнением. Затем смесь уплотняют до 7 ± 1.0 процентов воздушных пустот или определенный уровень пустот, ожидаемый в полевых условиях. Уровень пустот можно получить, либо регулируя количество ударов в методе AASHTO T245; регулировка давления стопы, количества ударов, выравнивающей нагрузки или их комбинации в методе AASHTO T247; или корректировка количества оборотов в соответствии с ASTM D3387. Точная процедура должна быть определена экспериментально для каждой смеси до приготовления восьми образцов. Во всех случаях ASTM D3387 является предпочтительным методом уплотнения.AASHTO T245 или T247 следует использовать только в том случае, если необходимое оборудование или опыт недоступны для выполнения ASTM D3387.

6.4 После того, как образец извлечен из формы, он должен быть подвергнут соответствующему периоду охлаждения. Затем с помощью центрирующего устройства (см. рисунок 1) проводят диаметральные линии на передней и задней сторонах испытуемых образцов. Линии должны проходить через центр испытуемого образца и представлять собой ось для непрямого испытания на растяжение.Очень важно следить за тем, чтобы диаметральные метки на передней и задней сторонах образца лежали в одной вертикальной плоскости. Если доступ к задней поверхности образца ограничен, совмещение размеченной линии на задней поверхности можно проверить с помощью зеркала.

Примечание: соглашение о номере образца. При извлечении с места насыпной образец асфальтового материала будет иметь номер местоположения, аналогичный «B##», и номер образца, аналогичный «BV##», «BR##», «BA##» или «BT##». .» После уплотнения каждому отдельному уплотненному образцу должен быть присвоен новый номер образца. Этот номер образца должен начинаться с буквы «D» (обозначающей формованный образец), за которой следует буква «А» (обозначающая битумный материал) или «Т» (обозначает обработанный асфальтом материал), в зависимости от ситуации.Последние две цифры должны быть числом, последовательно назначаемым от единицы до количества образцов, сформованных из данного объемного образца.Как правило, номера образцов для данного объемного образца AC будут DA01, DA02, DA03, DA04, DA05, DA06, DA07 и DA08.Этот номер образца должен следовать за формованным образцом на всех последующих этапах испытаний материалов. Номер места должен оставаться таким же, как и для объемной пробы.

6.5 Образцы для испытаний должны храниться от 72 до 96 часов при комнатной температуре.

7. СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИСПЫТАНИЯМ

7.1 Теоретический максимальный удельный вес смеси должен быть определен (с использованием отдельной неуплотненной порции смеси АЦ) с использованием протокола LTPP P03.

7.2 Толщина образца должна быть получена в соответствии с протоколом LTPP P01.

7.3 Объемный удельный вес каждого уплотненного образца должен быть определен с использованием протокола LTPP P02.

7.4 Предполагаемые воздушные пустоты каждого образца должны быть рассчитаны с использованием AASHTO T269.

7.5 Образцы должны быть разделены на две равные части по три образца в каждой. Средние воздушные пустоты двух подмножеств должны быть приблизительно равными.

8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ

Из восьми первоначальных образцов по три должны быть испытаны в сухом и кондиционированном виде.Оставшиеся два образца следует использовать для установления надлежащего метода насыщения, чтобы избежать повреждения любого из трех подготовленных образцов. Если приемлемый уровень насыщения не может быть достигнут с использованием двух дополнительных образцов, то один из трех образцов, подлежащих кондиционированию, можно использовать для попытки третьей комбинации времени и вакуумного давления.

Рисунок 1. Иллюстрация подходящего устройства для маркировки образцов

8.1 Один комплект будет протестирован всухую, а другой будет подвергнут предварительному кондиционированию перед тестированием.

8.2 Сухая подгруппа будет храниться при комнатной температуре до тестирования. Когда образцы готовы к испытанию, они должны быть завернуты в пластик или помещены в прочный герметичный пластиковый пакет. Затем образцы помещают в водяную баню с температурой 25°C (77°F) на 2 часа, а затем испытывают.

8.3 Другое подмножество должно быть обусловлено следующим образом:

8.3.1 Образец должен быть помещен в вакуумный контейнер, поддерживаемый над дном контейнера проставкой. Контейнер должен быть заполнен дистиллированной водой комнатной температуры так, чтобы над поверхностью образцов была вода не менее одного дюйма.Вакуумное давление 508 мм рт. ст. (20 дюймов рт. ст.) должно применяться в течение пяти минут. Вакуум отключают, но образец остается погруженным в воду на 30 минут.

8.3.2 Объемный удельный вес должен определяться протоколом LTPP P02. Сравните вес насыщенного сухого вещества с сухим весом насыщенного вещества, определенный в разделе 7.3. Рассчитывают объем поглощенной воды.

8.3.3 Степень насыщения определяется путем сравнения объема поглощенной воды с объемом воздушных пустот из раздела 7.4. Если объем воды составляет от 55 до 80 процентов объема воздуха, перейдите к разделу 8.3.4. Если объем воды составляет менее 55 процентов, повторите процедуру, начиная с раздела 8.3.1, используя большее количество вакуума и/или время. Если объем воды составляет более 80 процентов, образец поврежден и подлежит отбраковке. Повторите процедуру, начиная с раздела 8.3.1, используя меньше вакуума и/или меньше времени.

8.3.4 Образцы, насыщенные вакуумом, должны быть плотно покрыты пластиковой пленкой (сарановой пленкой или эквивалентом).Каждый завернутый образец должен быть помещен в пластиковый пакет, содержащий 10 мл воды, и пакет должен быть запечатан.

8.3.5 Пластиковый пакет с образцом следует поместить в морозильную камеру при температуре -18 ± 3°C (0 ± 5°F) на 16 часов.

8.3.6 Через 16 часов образцы помещают в водяную баню с температурой 60 ± 1 °C (140 ± 1,8 °F) на 24 часа. Как можно скорее после помещения в водяную баню снимите с образцов полиэтиленовый пакет и пленку.

8.3.7 Извлеките образцы через 24 часа в водяной бане при 60°C (140°F) и поместите их в водяную баню при 25±0.5°C (77 ± 1°F) в течение 2 часов. Возможно, потребуется добавить лед в водяную баню, чтобы температура воды не превышала 25°C (77°F). Для того чтобы водяная баня нагрелась до 25°C (77°F), требуется не более 15 минут. Затем образцы должны быть испытаны, как описано в Разделе 9.

9. ИСПЫТАНИЯ

9.1 Определяют предел прочности при растяжении всех образцов (сухих и кондиционированных) при 25°C (77°F) в соответствии с разделом 9.2. Порядок испытаний образцов должен быть рандомизированным с использованием соответствующей схемы рандомизации.

9.2 Затем образец должен быть извлечен из водяной бани с температурой 25°C (77°F) и помещен между двумя нагрузочными планками в испытательной машине с использованием нанесенных по диаметру меток. Необходимо следить за тем, чтобы нагрузка прикладывалась вдоль диаметральной оси образца, как показано на рис. 2.

Диаметральная маркировка должна использоваться для обеспечения того, чтобы образец был выровнен сверху вниз, спереди назад. Выравнивание передней поверхности образца можно проверить, убедившись, что диаметральная маркировка находится по центру верхней и нижней нагрузочных планок.Таким же образом можно выровнять заднюю поверхность с помощью зеркала. После того, как размещение образца гарантировано, сжимающая нагрузка должна быть приложена с контролируемой скоростью деформации 51 мм (2 дюйма) в минуту вдоль диаметральной оси испытываемого образца.

9.3 Максимальная сжимающая нагрузка, наблюдаемая во время испытаний, должна быть зарегистрирована, но нагрузка будет продолжаться до тех пор, пока не появится вертикальная трещина не менее чем на двух третях испытуемого образца. Извлеките образец из машины и разделите на половинки на границе трещины.Если образец невозможно отделить (или расколоть) вручную после того, как трещина образовалась не менее чем на ? длины, его следует снова вставить в машину для испытания на растяжение и продолжать нагружение до тех пор, пока длина или ширина трещины не увеличится до такой степени, что образец можно будет отделить вручную. Ни в коем случае нельзя использовать для разделения образца какое-либо другое оборудование, кроме испытательной машины. Внутренняя поверхность должна быть осмотрена на наличие зачистки, и наблюдения должны быть зарегистрированы. Используя увеличительное стекло, оцените количество крупного заполнителя (этот материал остался на 6.3-мм [¼-дюймовое] сито — кусочки крупнее примерно 6,3 мм [0,25 дюйма]) в сломанной поверхности образца, который был зачищен. Аналогичным образом оцените (при наличии стереоскопического микроскопа) количество очищенного мелкого заполнителя (того материала, который проходит через сито 6,3 мм [¼ дюйма] — кусочки размером менее приблизительно 6,3 мм [0,25 дюйма]). Рисунок 3 должен использоваться для оценки относительного процента удаления крупного заполнителя. Для оценки процента удаления мелкого заполнителя могут быть выбраны репрезентативные площади поверхности для «подсчета» заполнителя с покрытием и без покрытия, которые можно использовать для расчета процента удаления мелкого заполнителя.

9.4 Активная часть может быть утилизирована по завершении визуального осмотра с использованием соответствующих процедур.

10. РАСЧЕТЫ

10.1 Прочность на косвенное растяжение каждого образца рассчитывают следующим образом:

где: S t = Прочность на косвенное растяжение, кПа

P 0 = Максимальная нагрузка, воспринимаемая образцом, Н

t = Толщина образца, мм

D = Диаметр образца, мм

Рис. 2.Правильное выравнивание образца в полосах нагрузки для непрямого испытания на растяжение.

Рис. 3. Диаграмма визуальной оценки в процентах.

10.2 Числовой показатель реакции асфальтобетонной смеси на вредное воздействие воды рассчитывают следующим образом:

где: Y d = средняя прочность на растяжение сухой подгруппы

Y c = средняя прочность на растяжение кондиционированного подмножества.

Значения TSR, близкие к единице, указывают на смеси, которые будут иметь очень низкую склонность к расслаиванию после воздействия влаги и условий замораживания-оттаивания.

10.3 Рассчитайте относительное изменение прочности (RVS) следующим образом:

, где: CV c = коэффициент вариации для обусловленного подмножества (S c / Y c )

CV d = коэффициент вариации для сухой подгруппы (S d / Y d )

, где S c и S d рассчитываются по следующим уравнениям:

где: S tc1 = предел прочности при растяжении первого кондиционированного образца

S tc2 = предел прочности при растяжении второго кондиционированного образца

S tc3 = предел прочности при растяжении третьего кондиционированного образца

Y c = (S tc1 + S tc2 + S tc3 )/3

и

где: S td1 = предел прочности при растяжении первого сухого образца

S td2 = предел прочности при растяжении второго сухого образца

S td3 = предел прочности при растяжении третьего сухого образца

Y d = (S td1 + S td2 + S td3 )/3

11.ОТЧЕТ

Следующая информация должна быть записана в форме T05:

11.1 Идентификация пробы должна включать: идентификационный код лаборатории, регион LTPP, штат, код штата, идентификатор SHRP, номер слоя, номер набора полей, номер области отбора проб, номер местоположения пробы и номер пробы LTPP.

11.2 Идентификация теста должна включать: обозначение теста LTPP, номер протокола LTPP, номер лабораторного теста и дату теста.

11.3 Результаты испытаний

Сообщите следующее:

11.3.1 Максимальный удельный вес неуплотненной смеси АУ.

11.3.2 Средняя высота образца для испытаний с точностью до 2,5 мм.

11.3.3 Средний диаметр испытуемого образца с точностью до 0,25 мм.

11.3.4 Метод уплотнения.

11.3.5 Объемный удельный вес каждого образца для испытаний после формования и до кондиционирования.

11.3.6 Процентное содержание воздушных пустот, рассчитанное для каждого образца.

11.3.7 Объемный удельный вес каждого «кондиционированного» образца для испытаний после вакуумного насыщения.

11.3.8 Суммарная максимальная нагрузка, выдерживаемая каждым образцом во время непрямого испытания на прочность на растяжение, в Н до ближайшего целого числа.

11.3.9 Прочность на растяжение каждого образца с точностью до кПа.

11.3.10 Средняя прочность на разрыв трех «контрольных» образцов и средняя прочность на разрыв трех «кондиционных» образцов (У д и У с соответственно), кПа.

11.3.11 Стандартное отклонение прочности на растяжение для «контрольной» и «кондиционной» подгрупп (S d и S c соответственно).

11.3.12 Коэффициент прочности при растяжении, рассчитанный для образцов.

11.3.13 Относительное изменение прочности образцов (RVS).

11.3.14 Запишите оценочный процент удаленного крупного и мелкого заполнителя.

11.3.15 Комментарии должны включать стандартные коды комментариев LTPP, как показано в Разделе 4.3 настоящего Руководства, и любое другое примечание по мере необходимости.

11.3.16 Дата испытания.

LTPP ЛАБОРАТОРНЫЕ ОБРАЩЕНИЕ С МАТЕРИАЛАМИ И ИСПЫТАНИЯ
ДАННЫЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ
ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ВЛАГИ
ЛАБОРАТОРНЫЙ ЛИСТ T05

АСФАЛЬТОБЕТОННЫЙ СЛОЙ (СВОЙСТВА АСФАЛЬТОБЕТОНА)
ОБОЗНАЧЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ LTPP AC05/ПРОТОКОЛ LTPP P05

ПРОВЕДЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ:_____________________________________________________________________

ИДЕНТИФИКАЦИОННЫЙ КОД ЛАБОРАТОРИИ:__ __ __ __

ШРП РЕГИОН _________________ ШТАТ ___________________ КОД ШТАТА __ __

ЭКСПЕРИМЕНТ № _____ ПРОБЫ ВЫБРАН: ______________________________________________ ПОЛЕВАЯ НАБОР №.__

ДАТА ВЫБОРКИ: __ __-__ __-__ __ __ __

1. НОМЕР СЛОЯ ____ 2. НОМЕР ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ __
3. ШРП ID __ __ __ __ 4. НОМЕР МЕСТА __ __ __
5. НОМЕР ЗОНЫ ОТБОРА ПРОБ (SA-) __ __ 6.МАКСИМАЛЬНЫЙ УДЕЛЬНЫЙ ВЕС СМЕСИ __ . __ __ __
7. МЕТОД УПЛОТНЕНИЯ ________________________

8. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

ПУНКТ ДАННЫХ НЕКОНДИЦИОНИРОВАННЫЙ (СУХОЙ) КОНДИЦИОНЕР
LTPP НОМЕР ОБРАЗЦА _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
СРЕДН. СПЕЦ. ХГТ. _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._
СРЕДН. СПЕЦ. ДИАМ. _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._
BSG ПОСЛЕ ФОРМОВАНИЯ _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _
% ВОЗДУШНЫЕ ПУСТОТЫ _ _._ _ _._ _ _._ _ _._ _ _._ _ _._
BSG ПОСЛЕ ВАК. СИДЕЛ. _._ _ _ _._ _ _ _._ _ _
МАКС. НАГРУЗКА _ _ _ _ _. _ _ _ _ _. _ _ _ _ _. _ _ _ _ _. _ _ _ _ _. _ _ _ _ _.
НЕПРЯМЫЕ ДЕСЯТКИ. УЛ. _ _ _ _. _ _ _ _. _ _ _ _. _ _ _ _. _ _ _ _. _ _ _ _.
СРЕДН. НЕПРЯМЫЕ ДЕСЯТКИ. УЛ. _ _ _ _. _ _ _ _.
СТАНД. НЕПРЯМЫЕ ДЕСЯТКИ. УЛ. _ _ _. _ _ _.
ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ __ .__ __
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВАРИАНТ. НА УЛ. __ __ __
ГРУБЫЙ АГГ. ОБОЛОЧЕННЫЙ, % __ __ __. __ __ __. __ __ __.
ТОНКИЙ АГГ. ОБОЛОЧЕННЫЙ, % __ __ __. __ __ __. __ __ __.
КОММЕНТАРИЙ КОДЫ __ __, __ __, __ __, __ __, __ __, __ __
ПРИМЕЧАНИЕ ______________________________________
ДАТА ИСПЫТАНИЙ _____________ _____________ _____________ _____________ ______________ ______________
90 233 ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ: ___________________________________________________________________________
ПРЕДОСТАВЛЕННАЯ, ДАТА проверены и одобрены, ДАТА
______________________________ ______________________________

ЛАБОРАТОРИЯ ГЛАВНЫЙ Аффилиация ______________________
Аффилация ______________________

 

Оценка характеристик распределения порового давления воды в насыщенной конструкции дорожного покрытия на основе предложенной модели сцепления шина-жидкость-покрытие

Для исследования характеристик потока поровой воды в асфальтовом покрытии и закона изменения порового давления воды под нагрузкой транспортного средства, Для реконструкции трехмерной (3D) модели дорожного покрытия с порами был предложен новый метод, основанный на сети BA и методе генерации набора структур квартета.Коэффициент проницаемости и градационная кривая были приняты для оценки надежности и устойчивости модели дорожного покрытия со случайным ростом. Затем с помощью FLUENT 3D была создана модель сцепления шины с жидкостью и дорожным покрытием на основе уравнения состояния жидкости Ми-Грюнайзена. В соответствии с построенной моделью взаимодействия жидкость-твердое тело для изучения распределения порового давления воды в асфальтовом покрытии был применен алгоритм конечного объема, связанный с давлением и скоростью. Результаты показывают, что поровое давление воды в асфальтовом покрытии периодически уменьшается со временем под нагрузкой транспортного средства.Для различных типов асфальтобетонного покрытия поровое давление воды в покрытии с неоднородным слоем трения (НГФК) является наименьшим в течение всего процесса. Более того, пиковые значения порового давления воды уменьшаются в порядке асфальтобетонного (ББ) покрытия, щебеночно-мастично-асфальтового покрытия (ЩМА) и покрытия из НГФК. Максимальное отрицательное значение порового давления воды обычно менее чем в 0,3 раза превышает максимальное положительное значение. Что касается насыщенных пор дорожного покрытия, то поровое давление воды практически не зависит от толщины водяной пленки.Положительное пиковое значение порового давления воды увеличивается по приблизительной параболической кривой по мере постепенного увеличения скорости автомобиля, в то время как отрицательное значение остается практически неизменным. Ожидается, что полученные результаты помогут снизить риск аквапланирования шин и дадут рекомендации по выбору асфальтобетонных смесей для дренажного асфальтобетонного покрытия.

1. Введение

Благодаря таким преимуществам, как плавность хода, низкий уровень шума, комфорт при езде и т. д., особенно благодаря дренажной способности, вызванной наличием внутренних пор, асфальтовое покрытие становится типичным покрытием в дождливых районах южного полушария. Китай.В дождливые дни дождевая вода будет проникать во внутреннюю структуру дорожного покрытия через связанные поры и трещины. При многократном воздействии автомобильных нагрузок обычно создается поровое давление воды во внутренней структуре асфальтобетонного покрытия, что серьезно нарушает сцепление асфальтобетонного вяжущего с заполнителями [1, 2]. Кроме того, это может вызвать повреждение влаги и даже структурное повреждение асфальтового покрытия [3–6]. Давление поровой воды в асфальтовом покрытии считается одной из основных причин повреждения дорожного покрытия.Исследования показали, что асфальтовое покрытие с пористостью от 8% до 15% более подвержено повреждению водой, что напрямую связано с поровым давлением воды [7].

Для изучения закона изменения порового давления воды в асфальтовом покрытии были проведены исследования по численным расчетам и теоретическим анализам для расчета порового давления воды [8–13]. Например, на основе теории пористых сред и теории Био Sun et al. [14] построили модель гидромеханической связи для исследования пространственного распределения и закона изменения во времени порового давления воды в асфальтовом покрытии.Существующие результаты исследований показывают, что существует положительная корреляция между поровым давлением воды и скоростью транспортного средства, основанная на теории гидродинамики. Однако большая часть исследований не могла напрямую отразить характеристики порового потока воды в дорожном покрытии [15–21]. Чтобы непосредственно исследовать характеристики потока поровой воды, трехмерная (3D) реконструкция асфальтового покрытия с реальной структурой пор становится возможной и важной в области исследований дорожного покрытия. Некоторые методы реконструкции были предложены исследователями, такие как компьютерная томография, микроскопия и технология изображений [22–24].Как правило, текстуру асфальтового покрытия можно получить с помощью микроскопа для реконструкции 3D-модели поверхности асфальтового покрытия. Так, некоторые ученые реконструировали 3D-модель дорожного покрытия по томографическому изображению образца асфальтовой смеси, отсканированному с помощью компьютерной томографии, например Wang et al. [25], Кутай и соавт. [26] и Ran et al. [27]. Однако методы эксперимента в большинстве своем имеют недостатки, заключающиеся в низкой точности, длительности и некоторой погрешности. Кроме того, некоторые исследователи использовали упрощенную модель для изучения гидродинамических характеристик давления с механическими характеристиками, но она не может отражать реальную ситуацию вытекания воды из пустоты асфальтобетонного покрытия при аквапланировании шины [28, 29].Кроме того, технология компьютерного томографа и работы по получению изображения для реконструкции модели асфальтового покрытия всегда требуют много времени и денег, особенно точность измерения обычно низка из-за испытательного оборудования. В реконструированной модели асфальтобетонного покрытия также отсутствует случайность, которая не отражает реальную структуру дорожного покрытия.

В соответствии с упомянутыми выше недостатками исследования постепенно развиваются методы случайной генерации дорожного покрытия, особенно в основном применяются метод случайной доставки заполнителя и метод набора генерирования структуры квартета (QSGS).В целом метод случайной подачи заполнителя больше соответствует инженерной практике и может имитировать процесс образования заполнителя, просеивания и формования асфальтобетонной смеси [30]. Кроме того, метод QSGS позволяет количественно описывать структуру пористой среды с микроскопической точки зрения, что больше подходит для изучения порового гидродинамического давления в асфальтобетонном покрытии. Например, чтобы отразить характеристики случайного распределения большинства пористых сред, Wang et al.[31] предложили метод внутреннего морфологического случайного роста, основанный на теории случайных растущих кластеров, т. е. метод QSGS. Пористая среда, полученная методом QSGS, близка к реальной микроскопической структуре. Основываясь на методе QSGS, Li et al. [32] реконструировали микроструктуру глины, которую можно было напрямую импортировать в программу конечных элементов. Когда модель асфальтового покрытия построена методом QSGS, режим роста близок к процессу формирования пористой среды, скорость роста высокая, а распределение пор равномерное.Однако характеристики кривой градации самого асфальтобетона не могут быть хорошо отражены. Тем не менее, сетевая модель BA представляет собой типичную сложную сетевую модель, созданную Альбертом-Ласло Барабаши и Рекой Альбертом. Эта модель имеет характеристики преимущественного подключения, роста и отсутствия масштабирования. Таким образом, проще получить эффект агрегации, используя такую ​​сетевую форму [33]. Поэтому на основе метода QSGS мы попытались применить модель сети BA для дальнейшего контроля роста пор, чтобы распределение пор и геометрическая конструкция асфальтобетонного покрытия со случайным ростом больше соответствовали реальной ситуации.

Принимая во внимание вышеуказанный статус исследования, для исследования порового давления воды во внутренней структуре асфальтобетонного покрытия при повторяющихся нагрузках транспортных средств в дождливые дни в этом исследовании была реконструирована 3D-модель асфальтового покрытия на основе сети BA и метода QSGS. . Кроме того, были выбраны коэффициент проницаемости и градационная кривая для оценки надежности модели покрытия со случайным ростом. Затем, на основе теории сцепления жидкость-твердое тело, с помощью программы FLUENT 3D была создана модель сцепления шины с водой и дорожным покрытием.Также были проанализированы закон изменения порового давления воды при движущихся транспортных нагрузках и влияние типа дорожного покрытия, толщины водяной пленки и скорости движения автомобиля на поровое давление воды.

2. План исследования

В этом исследовании был предложен метод, основанный на сети BA и методе QSGS для реконструкции трехмерной модели асфальтового покрытия с порами, для исследования распределения порового давления воды во внутренней структуре покрытия при повторяющихся транспортных нагрузках. Цели и объем этого исследования заключаются в следующем: (1) Основная цель этого исследования состоит в том, чтобы определить характеристики порового потока воды в асфальтовом покрытии в соответствии с численным методом и имитационным моделированием.На основе сети BA и метода QSGS была построена трехмерная модель случайного роста асфальтового покрытия. Затем для оценки надежности моделей дорожного покрытия со случайным ростом используются два индекса коэффициента проницаемости и кривая градации. модель сцепления. Алгоритм однонаправленной связи жидкость-твердое тело используется для обеспечения эффективности расчета. Свободная поверхность потока воды построена на границах раздела вода-твердое тело для передачи давления.(3) На основе связанной модели шины, воды и дорожного покрытия алгоритм конечного объема, связанный с давлением и скоростью, применяется для увеличения скорости расчета сходимости модели для получения кривой гидродинамического давления в порах, изменяющейся во времени. Мы проанализировали влияние соответствующих факторов на поровое гидродинамическое давление асфальтового покрытия, таких как тип асфальтового покрытия, толщина водяной пленки и скорость движения.

3. Реконструкция асфальтобетонного покрытия с порами
3.1. Набор для генерации структуры квартета

Метод набора для генерации структуры квартета (QSGS) представляет собой вероятностный алгоритм для случайного роста пор.Взяв в качестве примера конструкцию двумерных твердых частиц и пор, считайте поры фазами роста, а твердые частицы — фазами нероста, задайте начальные твердые частицы как случайно распределенные и растущие случайным образом в соответствии с определенной вероятностью. Конкретные этапы построения следующие: (i) Этап 1 . Построить случайную область роста, в которой задано ядро ​​роста случайной поры. Установите вероятность распределения ядер роста как p d .Между тем, ядро ​​роста используется для определения начального узла роста поры. (ii) Шаг 2 . Возьмите случайно распределенные ядра роста пор на шаге 1 в качестве отправной точки и заставьте их произвольно расти в восьми направлениях с вероятностью P i , как показано на рисунке 1(a).(iii) Шаг 3 . Сделайте так, чтобы любой отдельный узел поры в каждом направлении роста имел вероятность p i вырасти в новый узел поры в определенном направлении.Если сам новый узел роста представляет собой пору в определенном направлении, пропустите его и продолжайте расти в разных направлениях. (iv) Шаг 4 . Повторяйте Шаг 2 и Шаг 3, пока пористость не достигнет начального значения n . Затем получается двухмерное асфальтовое покрытие с распределением пор, как показано на рисунке 1(b).

Метод случайной подачи заполнителя может использоваться для имитации образования заполнителя, а также процесса просеивания и формирования асфальтобетонной смеси. Однако точно охарактеризовать состояние контакта между агрегатами сложно, и это всегда занимает слишком много времени.По сравнению с методом случайной доставки агрегатов метод QSGS может количественно описать структуру пористой среды с микроперспективы, а его режим роста близок к таковому для пористой среды. Этот режим роста подходит для полуслучайной генерации компонентов каркаса, раствора и асфальта для асфальтобетонного покрытия. При этом распределение асфальтового раствора имеет определенную закономерность, а скорость образования высокая. Поэтому для реконструкции асфальтового покрытия будет использоваться метод QSGS.

3.2. BA Scale-Free Networks

При построении модели безмасштабной сети BA количество начальных узлов модели определяется как m 0 , и каждый начальный узел может быть соединен с другими узлами с количеством n . Согласно заданному временному шагу, новый узел продолжает расти на основе узла m 0,. сеть выражается следующим образом: где k i — степень узла, N — общее количество узлов, а ∑ k j — общее количество степеней.Если предположить, что число начальных узлов м 0 равно 3, то его эволюцию можно представить на рис. полуслучайно сгенерированный набор точек пикселей. Такой полуслучайно сгенерированный набор пиксельных точек, смежных с совокупной группой пиксельных точек, с большей вероятностью будет агрегированной пиксельной точкой с точки зрения вероятности. То есть точка пикселя, смежная с группой пористых пикселей, с большей вероятностью будет точкой пористого пикселя с точки зрения вероятности.

3.3. Алгоритм случайной генерации трехмерной модели асфальтового покрытия

Ссылаясь на традиционный метод QSGS для построения асфальтового покрытия, безмасштабная сетевая модель BA была применена для дальнейшего контроля роста пор, так что распределение пор и геометрическая конструкция Асфальтовое покрытие соответствует фактическому состоянию. В данном исследовании в качестве фазы роста выбрана фаза заполнителя, а конкретные этапы реконструкции трехмерной модели случайного роста асфальтового покрытия следующие: (i) Шаг 1 .Построить кубовидную область для роста пор. Пиксель размера области роста установлен как 1200 × 678 × 223 с размером каждого пикселя 0,4 мм × 0,4 мм × 0,4 мм. Совокупные зародыши роста распределены в построенной области случайным образом с вероятностью распределения 0,1. То есть около 10% областей предварительно заданы как совокупные точки пикселей. (ii) Шаг 2 . Постепенно перемещайте пиксели в прямоугольной области сверху вниз, чтобы вычислить предполагаемый диаметр каждого неизвестного пикселя.Затем анализируется вероятность того, что неизвестный пиксель является совокупным пикселем. Тем временем неизвестный пиксель определяется как совокупный пиксель или нет в соответствии с алгоритмом рулетки. (iii) Шаг 3 . Удалите 5% совокупных пикселей случайным образом после трех проходов, чтобы увеличить случайность и изменчивость модели. (iv) Шаг 4 . Повторяйте Шаг 2 и Шаг 3, чтобы непрерывно перемещаться по растущим агрегированным пикселям для сгенерированной области, пока количество агрегированных пикселей не достигнет общего количества пикселей в кубовидной области, построенной изображениями.

На основе описанных выше шагов было реконструировано случайно сгенерированное 3D-асфальтобетонное (AC) покрытие с помощью программного обеспечения MATLAB, и конкретный процесс выглядит следующим образом: (i) Для расчета оптимального изображения AC-асфальта применяется алгоритм динамического планирования. диаметр изображения смеси по технологии компьютерного томографа. В то же время пиксели отсканированных изображений извлекаются в качестве основы для суждения. (ii) Инициализировать модель и агрегированное распределение и сохранить данные в трехмерной матрице.Затем возьмите существующие кластеры, которые нужно разделить или агрегировать. (iii) Пройдите и подгоните геометрическую конструкцию с разных направлений, используйте алгоритм рулетки, чтобы определить местоположение агрегации, и позвольте ему расти случайным образом. Во время процесса роста случайным образом удаляйте пиксели, чтобы сохранить случайность сгенерированного дорожного покрытия. (iv) Процесс случайного создания дорожного покрытия на самом деле является полуслучайным процессом. Основная идея состоит в том, чтобы идентифицировать битумные пиксели на КТ-изображениях асфальтовой смеси.Исходя из этого, пиксели случайным образом выращиваются в заданной области для имитации трехмерного асфальтового покрытия. (v) На основе вышеописанных шагов процесс случайной генерации асфальтобетонно-щебеночного покрытия (SMA) и слоя трения с открытым уклоном (OGFC) Асфальтовое покрытие аналогично. После идентификации изображений КТ-сканирования асфальтовой смеси SMA или асфальтовой смеси OGFC подсчитываются диаметры кластеров пикселей и идентифицируются их характеристики пикселей, которые служат основой для оценки случайного роста модели дорожного покрытия.(vi) После этого реконструированные 3D-модели объединяются, зеркально отображаются и расширяются, а затем была получена случайно сгенерированная 3D-модель для покрытия AC, покрытия SMA и покрытия OGFC. Взяв в качестве примера сетчатую трехмерную модель асфальтового покрытия переменного тока, мы импортировали ее в программу Fluid 3D mechanics, как показано на рисунке 3.

3.4. Проверка трехмерной модели асфальтового покрытия

Случайно сгенерированная модель асфальтового покрытия отличается для каждой операции. Таким образом, коэффициент проницаемости и кривая градации были выбраны для проверки надежности случайно сгенерированной модели асфальтового покрытия в этом исследовании.В этом разделе дорожное покрытие переменного тока было выбрано в качестве исследовательского проекта для проверки надежности и точности случайно сгенерированной модели.

3.4.1. Коэффициент проницаемости асфальтовой смеси

Коэффициент проницаемости является важным показателем, отражающим проницаемость асфальтового покрытия. Обычно для измерения коэффициента проницаемости применяли испытание на проникновение при постоянном напоре воды. В программу гидромеханики были введены 3D-модель асфальтового покрытия, основанная на технологии компьютерного томографа, и модель дорожного покрытия со случайным ростом, основанная на сети BA и методе QSGS.Затем был численно рассчитан коэффициент проницаемости k асфальтового покрытия на основе следующих этапов: (i) Этап 1 . Пронумеруйте приведенную выше трехмерную реконструированную модель асфальтового покрытия переменного тока с помощью технологии компьютерного томографа как A. Затем случайным образом сгенерируйте модели вышеупомянутого асфальтового покрытия три раза, чтобы получить трехмерную модель дорожного покрытия, которая пронумерована как B 1 , B 2 и B. 3 соответственно. Кроме того, указанные выше четыре модели импортируются в программу гидродинамики.(ii) Этап 2 . Установите поток воды как модель турбулентности k ε и толщину пленки воды на поверхности дороги как 2 мм. Сохраняйте толщину водяной пленки постоянной, чтобы имитировать постоянный напор воды. Нижняя часть модели задается как граница стенки, периферия модели задается как граница оттока, а вход воды задается как граничные условия давления с 0 кПа. (iii) Шаг 3 . Предположим, что поток воды покрывает всю модель дорожного покрытия, так что модель дорожного покрытия изначально может быть насыщена водой.(iv) Этап 4 . Рассчитайте выход воды в течение 1   с для четырех вышеприведенных моделей при условии постоянного напора. Коэффициенты проницаемости четырех реконструированных моделей рассчитаны по уравнению (2), а результаты представлены в таблице 1, где V — объем потока, L — высота, A — поперечное сечение площади, ∆ ч – перепад напора между секцией и пленкой воды, t – время дренирования.



Модели A B 1 B 2 B 3

Коэффициент проницаемости (см / с) 0.0169 0.0162 0.0171 0.0168


от Таблица 1 относительная погрешность коэффициента проницаемости между 3D реконструированным тротуаром A и три случайногенерированных 3D-покрытия составляет 1,18%, что находится в пределах допустимой погрешности. Видно, что случайно сгенерированная модель дорожного покрытия согласуется с реальной реконструированной 3D-моделью. Следовательно, случайно сгенерированные модели обладают определенной устойчивостью.

3.4.2. Градация асфальтобетонной смеси

Заполнители с разным размером частиц подбираются по определенному соотношению для получения более высокой плотности или прочности, то есть градации смеси. Кривая градации может отражать сущность асфальтовой смеси. В этом исследовании для оценки градации случайно сгенерированной 3D-модели асфальтового покрытия использовался следующий метод.

Чтобы получить эквивалентный диаметр агрегата, в котором расположен пиксель A, необходимо получить количество последовательных пикселей агрегата слева, справа, сверху и снизу от точки пикселя A.На рисунке 4 показано, что количество последовательных пикселей с четырех сторон равно 1, 3, 2 и 2 соответственно. Диаметр влево и вправо равен 4, а в направлении вверх и вниз равен 4. Затем определяется среднее гармоническое значение. Совокупный эквивалентный диаметр точки A пикселя на данный момент равен 4. Для повышения точности расчета эквивалентного размера частиц заполнителя эквивалентный диаметр заполнителя также рассчитывается в диагональном направлении в этом исследовании.После этого два результата расчета подвергаются расчету гармонического усреднения. Профили случайно сгенерированной трехмерной модели асфальтового покрытия разрезаются на секции для получения эквивалентного диаметра заполнителей. Наконец, количество пикселей в пределах диапазона сита подсчитывается и преобразуется в кривую градации.


На основе вышеуказанного конкретного метода градационные кривые случайно сгенерированных 3D-моделей B 1 , B 2 и B 3 сравниваются с моделью A (то есть асфальтовой смесью AC), и результаты представлены в таблице 2.

91 768 Сито диаметр 91 768 Pass ставка (%) +

Образцы
0,15 0,3 0,6 1,18 2,36 4,75 9.5 13.2 16 16

Модель 89 13.2 17,9 17.9 26,8 36,1 52.7 76,5 94,3 100
3D случайно сгенерированных модели B 1 Модель 9,2 13,7 18,3 27,4 36,9 52,8 79,1 97,8 100
B 2 модель 8,1 12,6 16,8 25,9 35,7 49,9 72,2 90,1 100
B 3 модель 8 .7 12,5 17,4 26,3 35,3 51,6 75,9 93,9 100
Среднее значение 8,67 12,93 17,50 26,53 35,97 51,43 75.73 75.73 93.93 100 100
Относительная ошибка (%) 2.62 2.02 2,02 2.23 1,00 0,37 2.40 1,00 0.00 0.39 0 0 0


От Таблицы 2 градиентные кривые моделей асфальтеров на основе случайным образом сгенерированного метода, как правило, соответствуют тем из фактической асфальтовой смеси переменного тока . По сравнению с методом случайно сгенерированной модели с технологией CT, наибольшая относительная ошибка составляет 2,62%, что находится в пределах допустимой ошибки 5%. Это показывает, что случайно сгенерированная модель асфальтового покрытия обладает определенной достоверностью и точностью.Кроме того, градационные кривые трех видов случайно сгенерированных моделей дорожного покрытия последовательно изменяются, что указывает на то, что случайно сгенерированная модель обладает значительной стабильностью.

4. Муфта шина-жидкость-дорожное покрытие Модель FE
4.1. Моделирование надувных шин с узором

Основываясь на достижениях исследовательской группы [34], модель шины 205-55-R16 принята в качестве объекта исследования, в котором резиновый материал шины принимает определяющую модель Йео [35] для моделирования механические свойства резинового сверхэластичного материала.Что касается резинокордного композиционного материала, содержащего армирующий материал, то для имитации каркасного материала, проходящего через резиновый материал в конструкции шины, используется блок поверхности, в который встроены блоки арматуры. Конкретные параметры материала можно получить, обратившись к литературе [36, 37].

Для исследования распределения гидродинамического давления и характеристик потока воды в сложных порах асфальтобетонного покрытия в процессе прокатки шин в данной работе выбрана модель прокатки шин.Ввиду незначительной деформации обода шины и дорожного покрытия обод и дорожное покрытие считаются жесткой поверхностью. Кроме того, обод сформирован аналитическим твердым телом, чтобы гарантировать, что обод соответствует центру шины. Для описания поведения контакта между ободом и шиной применяется расширенный метод Лагранжа.

4.2. Жидкостное моделирование

Установленная модель асфальтового покрытия и модель шины с координатной сеткой вводятся в программное обеспечение FLUENT 3D для создания модели сцепления шины с водой и покрытием.Среди них модель состояния потока принята для области потока воды, которая отражает взаимосвязь между плотностью жидкости ρ , давлением p и внутренней энергией E м , как показано на рисунке 5 ( а). Уравнение состояния применяется для описания ударного воздействия водного потока, а динамическая характеристика водного потока получается путем решения уравнения движения частиц жидкости под ударным воздействием. Таким образом, учитывая характеристики течения водяной пленки при ударном воздействии высокоскоростной шины в сочетании с превосходством уравнения состояния при моделировании ударного взрыва, в данном исследовании используется уравнение состояния высокого давления в твердой форме.Уравнение состояния Ми-Грюнайзена выбрано для представления состояния потока воды, которое выражается следующим образом: где p — давление, которому подвергается поток воды, p H — ударное давление Гюгонио. , s и Г 0 – материальные константы, ρ 0 – начальная плотность водного потока, ρ – плотность после ударного воздействия, 0 / ρ , а E m – отношение внутренней энергии воды.Подходящая форма ударной кривой потока Гюгонио получается путем сохранения массы и импульса, как показано в следующем уравнении:

На основе (3) и (4) выводится общая форма уравнения состояния Ми-Грюнайзена. В уравнении (4) c 0 — это скорость звука в воде, а s — параметр материала. В сочетании с данными теста Гюгонио [38] удара водной жидкости параметры материала фитинга рассчитываются, как показано на рисунке 5 (b). При этом константа s равна 1.92 и Г 0 равно 1,2. Материальные параметры выбранного уравнения Ми-Грюнайзена: ρ 0  = 998,203 кг/м 3 и c 0  = 1480 м/с.

Для исследования характеристик потока воды в порах и давления воды в порах при движущихся транспортных нагрузках не учитывалась небольшая деформация шины и дорожного покрытия. Поэтому для обеспечения эффективности расчета был принят однонаправленный алгоритм гидродинамической связи.Свободная поверхность потока воды была построена на границе раздела жидкость-твердое тело для передачи давления. Расчет сходился путем повторных итераций, и было получено конечное значение гидродинамического давления (как показано на рисунке 6). Из-за большой разницы в формировании сетки жидкости и сетки шин для переноса и расчета физической величины между ними был принят метод взвешенных остатков [39]. Для ускорения сходимости расчетов водная пленка в расчетной области разбивалась, а сетки контактных поверхностей зашифровывались.


4.3. Настройка граничных условий

Как и для входа водяной пленки, граница входа давления используется для моделирования начального состояния водяной пленки под нагрузкой колеса. Для входного граничного условия энергия турбулентного потока K и скорость диссипации жидкости ε определяются соответственно согласно (5 и 6). расход, а I – интенсивность потока.

При движении автомобиля по асфальтовому покрытию на высокой скорости возникают брызги воды. Таким образом, поверхность водной пленки также следует задать в качестве одной из границ выхода. Выходное отверстие для воды и верхняя поверхность водяной пленки настроены на свободный поток, чтобы имитировать ситуацию разбрызгивания воды. Предполагается, что течение воды на выходе полностью развито как несжимаемая жидкость, а на выходе из двойной границы противотока нет. Граничное условие стены было принято для нижней части модели дорожного покрытия, а также для протектора и боковины шины.Поскольку напряжение Рейнольдса вблизи стенки существенно исчезает внутри вязкого подслоя и турбулентное движение постепенно переходит в ламинарное течение, необходимо реализовать переход от ламинарного течения к турбулентному через пристеночные функции.

Для обеспечения движения шины по действительно скользкому дорожному полотну область жидкости при моделировании покрывает всю продольную поверхность дорожного полотна. На самом деле, когда шина катится по мокрому асфальту, поток воды будет плескаться из-за нагрузки от транспорта.Поэтому над слоем водяной пленки был определен слой воздуха толщиной 50 мм, чтобы обеспечить достаточное пространство для рассеивания брызг водяной пленки, когда шина катится по асфальтовому покрытию дороги. Подвижные и простые деформирующиеся объекты использовались, чтобы позволить шине двигаться с определенной скоростью, которая реализует сцепление шины с потоком воды.

4.4. Валидация модели муфты

Установите толщину водяной пленки 0 мм, чтобы имитировать процесс качения шины, который равномерно ускоряется от 0 км/ч до 90 км/ч в условиях сухой дороги.Затем была получена вертикальная контактная сила, которую сравнили с состоянием мокрого дорожного покрытия (как показано на рисунке 7). Видно, что вертикальное контактное усилие шины держится на уровне 3922 Н на сухом асфальте. Основная причина в том, что в порах дорожной одежды отсутствует динамическое давление воды. Поскольку эффект демпфирования шины не учитывался, контактная сила шины демонстрирует небольшие колебания.

Подъемная сила потока воды на шину была получена в соответствии с разницей вертикальной контактной силы между сухими и мокрыми дорожными условиями, как показано на рисунке 7(а).При этом зависимость между подъемной силой потока воды и скоростью транспортного средства показана на рис. 7(b). Наклон построенной кривой для подъемной силы воды приблизительно равен 2. Это указывает на то, что подъемная сила воды приблизительно пропорциональна квадрату скорости транспортного средства, что соответствует ссылке [40]. Таким образом, это подтверждает, что модель связи, построенная в этом исследовании, имеет определенную точность.

5. Расчет и обсуждение
5.1. Характеристики распределения порового давления воды

На основе установленной модели сцепления шина-жидкость-дорога скорость качения шины и скорость вращения были установлены как 60 км/ч и 8.40 р/с соответственно. Кроме того, толщина водяной пленки была постоянной и составляла 5 мм. Модель получила начальный временной шаг 0,001 и минимальный временной шаг 1e−5. Алгоритм конечного объема, связанный с давлением и скоростью, был применен для повышения скорости расчета сходимости модели. Распределение порового давления воды в конструкции дорожного покрытия было смоделировано, как показано на рисунке 8.


Когда автомобиль движется по асфальтовому покрытию на высокой скорости, возникает как положительное, так и отрицательное давление.Под действием знакопеременных положительных и отрицательных гидродинамических давлений асфальтобетонная смесь во внутренней структуре дорожного покрытия отслаивается, что приводит к определенным повреждениям от влаги (таким как ямы, откачка и т. д.) асфальтового покрытия.

Область куба была выбрана в середине асфальтового покрытия для расчета среднего значения порового гидродинамического давления. Кривая гидродинамического давления, изменяющаяся во времени, была получена, как показано на рисунке 9. Видно, что поровое давление воды во внутренней конструкции дорожной одежды под нагрузкой автомобиля имеет определенную закономерность изменения.Поровое гидродинамическое давление начинает проявляться при 14,81 мс и постепенно увеличивается со временем. Достигнув пикового значения на 23,86 мс, оно начинает постепенно уменьшаться. После падения до 0 кПа гидродинамическое давление начинает показывать отрицательное значение и достигает минимального значения при 36,07 мс. Затем он начинает постепенно повышаться до нуля, и происходит небольшое колебание. Как правило, поровое давление воды периодически уменьшается с течением времени, и это явление можно объяснить гидродинамической теорией гидравлического удара [41].


Видно, что поровое гидродинамическое давление периодически падает при транспортной нагрузке. Это связано с тем, что построенная модель жидкости приобретает начальную скорость при сдавливании высокоскоростно вращающейся шины и дорожного покрытия. Внутренняя свободная вода создает большую ударную силу в порах дорожного покрытия. Мгновенная ударная сила, создаваемая потоком воды, согласно гидромеханике может рассматриваться как ударная волна давления. Более того, энергия будет постепенно рассеиваться при ударе водного потока по порам.Давление поровой воды в конструкции дорожной одежды постепенно снижается по мере уменьшения нагрузки от транспорта.

5.2. Влияние типа дорожного покрытия на гидродинамическое давление

В соответствии с приведенной выше моделью шина-жидкость-покрытие задайте толщину водяной пленки как постоянную 5 мм при скорости движения 60 км/ч и нагрузке на колесо 3500 Н. В этом В ходе исследования с помощью FLUENT 3D были смоделированы, соответственно, три типа асфальтобетонного покрытия: плотный асфальтобетон (AC), асфальтобетон с каменной матрицей (SMA) и слой трения с открытым грунтом (OGFC).Градация трех асфальтобетонных смесей показана в Таблице 3. Давление воды в порах для различных асфальтобетонных покрытий показано на Рисунке 10. прохождение скорости каждого сита (%) 0,075 0,15 0,6 0,6 1.18 2.36 4,75 9,5 13.2 16 девяносто одна тысяча шестьсот девяносто один AC 6 10 13,5 19 26,5 37 53 76,5 95 100 SMA 10 13.2 16.3 16.5 19.5 22.7 22.7 29 63.9 97.9 97.9 97.9 100 OGFC 4.6 5,4 6,1 8,7 11,5 15,0 18,8 63,3 97,8 100 девяносто один тысяча семьсот шестьдесят-один +



В соответствии с фиг.10, для трех типа асфальтового покрытия кривые порового давления воды, меняющиеся во времени, имеют тенденцию быть похожими. Когда поровое давление воды изменяется от нуля до положительного пика, а затем возвращается к нулю, затрачиваемое время остается тем же, то есть тип асфальтобетонного покрытия не оказывает большого влияния на периодичность порового гидродинамического давления.Однако тип дорожного покрытия оказывает большое влияние на положительное пиковое значение порового давления воды и мало влияет на отрицательное давление (как показано в таблице 4). Кроме того, отрицательные пиковые значения порового давления воды обычно менее чем в 0,3 раза превышают положительные пиковые значения.

29,86

Предметы Асфальт типы дорожного покрытия
AC тротуар SMA тротуар OGFC тротуар

Максимальное положительное (кПа) 219.31 159,38 124,27
Максимальное отрицательное (кПа) -56,88 -48,19 -37,11
Относительная скорость изменения (%) 25,94 29,61

Для трех типов покрытий максимальные значения как положительного гидродинамического давления, так и отрицательного гидродинамического давления указаны для покрытия AC > SMA покрытия > покрытия OGFC.Кроме того, поровое давление воды в дорожном покрытии OGFC является самым низким, когда транспортное средство движется на высокой скорости в дождливые дни. Можно видеть, что покрытие OGFC превосходит два других типа асфальтового покрытия по предотвращению аквапланирования транспортных средств и уменьшению повреждения от влаги.

5.3. Влияние толщины водяной пленки на гидродинамическое давление

Аналогичным образом установите толщину водяной пленки 1 мм, 2 мм, 5 мм, 8 мм и 10 мм соответственно в модели водяной пленки (см. рис. 11).В качестве объекта исследования взято асфальтобетонное покрытие переменного тока с постоянной скоростью движения шин 60 км/ч и нагрузкой на колеса 3500 Н. Кроме того, была получена кривая среднего гидродинамического давления, меняющаяся во времени при различной толщине водяной пленки. Видно, что при различной толщине водяной пленки изменяющиеся во времени значения гидродинамического давления воды имеют тенденцию к постоянству.Максимальные значения гидродинамического давления воды при различной толщине водяной пленки были получены, как показано на рисунке 12.


Видно, что максимальное отрицательное значение гидродинамического давления несколько увеличивается с увеличением толщины водяной пленки. Максимальное отрицательное значение гидродинамического давления уменьшается на 13,02 % при увеличении толщины пленки воды от 1 мм до 10 мм. Максимальное положительное гидродинамическое давление увеличивается параболически с увеличением толщины водяной пленки.По сравнению с влиянием толщины водяной пленки на подъемную силу шины [42] толщина водяной пленки мало влияет на гидродинамическое давление. Это связано с тем, что в дождливые дни поры дорожного покрытия обычно насыщены. При одинаковой скорости автомобиля начальная скорость потока воды, полученная при сдавливании шины, одинакова при различной толщине водяной пленки. Таким образом, влияние различной толщины водяной пленки на пористую структуру асфальтобетонного покрытия не имеет существенной разницы.

5.4. Влияние скорости шины на гидродинамическое давление

Для изучения влияния скорости движения на поровое гидродинамическое давление в асфальтовом покрытии при неизменной толщине водяной пленки и нагрузке на колесо, равной 5 мм и 3500 Н соответственно, скорость движения составляет соответственно выбраны 30 км/ч, 60 км/ч, 90 км/ч, 100 км/ч и 120 км/ч. По результатам моделирования было получено поровое гидродинамическое давление в асфальтобетонном покрытии при различных скоростях движения транспортных средств.

Изменение гидродинамического давления во времени в асфальтовом покрытии при различных скоростях движения транспортных средств имеет устойчивую тенденцию. Сначала гидродинамическое давление возрастает до пикового значения, а затем со временем снижается, пока не упадет до максимально отрицательного значения. Он постепенно увеличивается от максимального отрицательного значения до 0. Затем он демонстрирует небольшой диапазон колебаний, пока, наконец, не станет равным 0. По мере того, как шина постепенно откатывается от зоны расчета, гидродинамическое давление постепенно становится равным 0.В целом гидродинамическое давление в асфальтобетонном покрытии возникает периодически и постоянно снижается с увеличением скорости движения шин.

По изменяющимся во времени кривым порового давления воды было получено пиковое значение порового давления воды при различных скоростях (как показано на рисунке 13). Видно, что положительные пиковые значения гидродинамического давления параболически увеличиваются с увеличением скорости движения. Однако отрицательные пиковые значения мало меняются со скоростью автомобиля. При увеличении скорости автомобиля с 30 км/ч до 120 км/ч максимальное положительное значение порового давления воды увеличивается на 281.60 кПа, а максимальное отрицательное значение просто увеличивается на 38,41 кПа. Чем выше скорость автомобиля, тем меньше время, необходимое поровому давлению для достижения пикового значения, то есть тем короче периодичность изменения порового давления.


6. Резюме и выводы

Для исследования закона изменения порового давления воды в асфальтовом покрытии под нагрузкой от транспортных средств был предложен новый метод, основанный на сети BA и методе QSGS для реконструкции 3D модели асфальтового покрытия с порами.Коэффициент проницаемости и градационная кривая использовались для проверки надежности модели покрытия со случайным ростом. Затем, на основе уравнения состояния жидкости Ми-Грюнайзена, с помощью FLUENT 3D была построена модель сцепления шины с водой и дорожным покрытием для анализа характеристик распределения порового давления воды под нагрузкой транспортного средства. Основные выводы заключаются в следующем: (1) На основе сети BA и метода QSGS установленная модель случайного роста асфальтового покрытия близка к процессу образования пористой среды.Он имеет высокую скорость роста и равномерное распределение пустот. Между тем, по сравнению с методом случайной генерации модели с технологией CT, наибольшая относительная ошибка составляет 2,62%, что находится в диапазоне допустимой ошибки 5%. (2) Когда транспортное средство движется на высокой скорости в условиях мокрой дороги, поры давление воды во внутренней конструкции дорожной одежды имеет определенную периодичность и затухание, что можно объяснить гидродинамической теорией гидроудара. При многократном выдавливании положительных и отрицательных гидродинамических давлений асфальтобетонные смеси легко отслаиваются и в дальнейшем приводят к влагоповреждению асфальтобетонного покрытия.(3) Правило изменения порового давления воды для разных типов дорожного покрытия, как правило, согласуется со временем. Очевидного влияния типа дорожного покрытия на периодичность порового давления воды не наблюдается. Пиковое значение порового давления воды в дорожном покрытии AC является самым большим, за ним следуют покрытия SMA и покрытия OGFC. Максимальное отрицательное значение порового давления воды обычно менее чем в 0,3 раза превышает максимальное положительное значение. (4) Максимальное отрицательное значение порового давления воды немного увеличивается по мере увеличения толщины водяной пленки, в то время как максимальное положительное поровое давление воды увеличивается параболически с увеличением толщины водной пленки.При увеличении толщины водяной пленки от 1 мм до 10 мм максимальное отрицательное значение порового давления воды уменьшается на 13,02%. Когда поры дорожного покрытия уже насыщены, толщина водной пленки мало влияет на поровое давление воды. (5) При различных скоростях движения поровое давление воды кажется периодическим и затухающим. По мере увеличения скорости транспортного средства с 30 км/ч до 120 км/ч максимальное положительное значение увеличивается на 281,60 кПа, в то время как максимальное отрицательное значение порового давления воды увеличивается только на 38.41 кПа. Чем больше скорость шины, тем короче периодичность изменения порового давления воды.

Поскольку модель дорожного покрытия с пустотами и текстурой слишком сложна, в данном исследовании рисунок протектора был упрощен в модели шина-жидкость-покрытие. Последующее рассмотрение должно быть уделено характеристике потока воды для различных типов канавок протектора, когда транспортное средство движется по мокрому дорожному покрытию на высокой скорости.

Доступность данных

Предыдущие данные были использованы для поддержки этого исследования и доступны в DOI: 10.1155/2017/5843061. Эти предыдущие исследования (и наборы данных) цитируются в соответствующих местах текста в качестве ссылок [34, 36, 37].

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Работа, представленная здесь, была выполнена в сотрудничестве всех авторов. Биньшуан Чжэн отвечал за концепцию и дизайн исследования. Jingwen Ma и Jiaying Chen отвечали за сбор данных. Jiaying Chen и Runmin Zhao отвечали за анализ и интерпретацию результатов.Shengze Zhu отвечал за программное обеспечение. Чжэнцян Хун отвечал за рецензирование черновика рукописи. Сяомин Хуан отвечал за финансирование и управление проектом. Все авторы рассмотрели результаты и одобрили окончательный вариант рукописи.

Благодарности

Это исследование было проведено при финансовой поддержке Национального фонда естественных наук Китая (№ 51778139) и Фонда стартапов в области естественных наук по набору талантов Нанкинского университета почты и телекоммуникаций (№ 51778139).NY221150).

%PDF-1.4 % 1 0 объект >поток 2015-12-03T11:13-05:00Microsoft® Word 20102022-02-13T03:55:27-08:002022-02-13T03:55:27-08:00iText 4.2.0 от 1T3XTapplication/pdf

  • UUID: 423a2945-ccd1-4ae1-9aaf-6fef3cd63786uuid: 4f29ea5b-3813-4cb0-98b8-a34c72544b0b конечный поток эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект >поток xXn6S+dhoEs[iҠH/}e˶x(Gjr’b>֤2Ȋ9″| ~ϋ*C»]0#dv&f9AQfG?

    Microsoft Word — REVD TOC Pre-Stg 5_4.9_MoistSens_Src Rpt 23 июля 2010 г. ds.doc

    %PDF-1.6 % 1204 0 объект > эндообъект 1201 0 объект >поток Acrobat Distiller 8.2.3 (Windows)PScript5.dll Версия 5.2.22010-07-23T19:18:29-07:002010-07-23T14:18:19-07:002010-07-23T19:18:29-07: 00application/pdf

  • Microsoft Word — REVD TOC Pre-Stg 5_4.9_MoistSens_Src Rpt 23 июля 2010 г. ds.doc
  • Администратор
  • UUID: 2cbd6fd0-f7e5-4050-8aaf-6ae735df87e6uuid: f35a4690-ded0-4bf4-af06-a71be8b4e971 конечный поток эндообъект 1264 0 объект >/Кодировка>>>>> эндообъект 1162 0 объект > эндообъект 1163 0 объект > эндообъект 1262 0 объект > эндообъект 1174 0 объект > эндообъект 1278 0 объект > эндообъект 1185 0 объект > эндообъект 1196 0 объект > эндообъект 1197 0 объект > эндообъект 1198 0 объект > эндообъект 1199 0 объект > эндообъект 1200 0 объект > эндообъект 1091 0 объект > эндообъект 1094 0 объект > эндообъект 1097 0 объект > эндообъект 1099 0 объект >поток h|Wr8}+(o=_ [Cžd}Fm|amCd`aJe/O7_)M6e.