Politechnika Lubelska

Wydział Budownictwa i Architektury

Grupa IBS 5/ C5

Mateusz Matras

TECHNOLOGIA ROBÓT DROGOWYCH- LABORATORIUM

Prowadząca:

mgr inż. Wioleta Czubacka

1. Badanie Marshalla. Oznaczenie stabilności i odkształcenia

mieszanek mineralno-asfaltowych wg PN- EN 12697-34.

• Cel doświadczenia:

Metodę Marshalla stosuje się do sprawdzenia właściwości mechanicznych mieszanek mineralno-asfaltowych przy projektowaniu ich składu oraz kontroli produkcji.

• Miejsce i data badania:

Laboratorium Budownictwa WBiA, 17.12.2013r,

• Opis doświadczenia:

Badanie stabilności wykonuje się w prasie Marshalla na próbkach walcowych, ściskanych prostopadle do osi. Badanie wykonuję się w temperaturze 60°C , do której może nagrzewać się w okresie letnim warstwa ścieralna nawierzchni. Wymiary próbki: średnica=100mm; wysokość=63,5±mm

• Badanie:

Próbki przygotowane do badania pomierzona za pomocą suwmiarki, rejestrując wysokość i średnicę. Zważono w stanie suchym z dokładnością do 0,5g . Następnie zważono próbkę w wodzie po 60 s od zanurzenia za pomocą wagi hydrostatycznej i po powierzchniowym osuszeniu zważono próbkę w powietrzu. Następnie próbkę termostatujemy w kąpieli wodnej w temperaturze badania 60°C przez 30±1min. Po tym czasie wyjmujemy próbki i umieszczamy w prasie Marshalla i dokonujemy pomiaru odkształcenia i stabilności

• Wyniki badania:

Średnica: Wysokość: Stabilność: Odkształcenie:

d₁=102 mm h₁=67 mm S_z=9,278 kN L=7,365 mm

d₂=102 mm h₂=67 mm

d₃=102 mm h₁=67 mm

d_śr=102 mm h_śr=67 mm

Obliczanie stabilności

S = αS_z

Gdzie : S – stabilność mieszanki przy wysokości próbki przy wysokości równej 63,5mm

S_z – stabilność mieszanki uzyskana przy rzeczywistej wysokości próbki [kN]

α – współczynnik przeliczeniowy

α = 5, 2 • e^{−0, 0258 • h_sr} = 0, 92

S = 0, 92 • 9, 278 = 8, 5 kN

Wskaźnik sztywności wg Marshalla:

$$SZ = \frac{S}{L}$$

W którym:

S – stabilność [kN]

L – odkształcenie [mm]

$$SZ = \frac{8,5}{7,365} = 1,15\ kN/mm$$

Obliczanie gęstości:

m_s=1300 g – masa próbki suchej

m₁=748 g – masa próbki w wodzie

m₂= 1302 g – masa próbki w powietrzu po powierzchownym wysuszeniu

ρ= 0,997 g/cm³ gęstość wody

$$\rho^{\text{MMA}} = \frac{m}{m_{2} - m_{1}} \bullet \rho = \frac{1300}{1302 - 748} \bullet 0,997 = 2,34g/\text{cm}^{3}$$

1.2.  Badanie rozciągania pośredniego na cylindrycznych próbkach i określenie modułu sztywności wg PN- EN 12697-26

• Miejsce i data badania:

Laboratorium Budownictwa WBiA, 17.12.2013r,

• Opis doświadczenia:

Po doprowadzeniu próbki do określonej temperatury i po dokładnym jej zmierzeniu próbka powinna być przygotowana do badania z pionową jedną z narysowanych średnic. Procedura przygotowania zawiera ustawienie przetworników i systemu pomiarowego, powinna być wykonana zgodnie z instrukcjami producentów. Po wykonaniu pierwszej próby próbka powinna być wyjęta z urządzenia badawczego, obrócona o (90 ± 10)° wokół poziomej osi i włożona ponownie. Przykładowe wyposażenie badawcze pokazano na rysunku pierwszym.

• Obliczanie modułu sztywności

Używając pomiarów z 5-ciu pulsów siły, zmierzony moduł sztywności powinien być oznaczony dla każdego pulsu z wykorzystaniem wzoru [1].

[1]

w którym:

S_m to zmierzony moduł sztywności, wyrażony w megapascalach (MPa);

F to wartość piku siły przyłożonej pionowo, wyrażona w Newtonach, (N);

z to amplituda poziomej deformacji (Rysunek C.5) uzyskana podczas cyklu siły, wyrażona w milimetrach (mm);

h to średnia grubość próbki, wyrażona w milimetrach (mm);

• to współczynnik Poissona

Zmierzony moduł sztywności powinien być zmodyfikowany o współczynnik obszaru siły 0,60 z wykorzystaniem wzoru [2].

[2]

w którym:

S’_m to moduł sztywności wyrażony

w megapascalach (MPa), zmodyfikowany współczynnikiem siły k, wyrażonym w stopniach Calsiusa (°C)

k to zmierzony współczynnik powierzchni siły

S_m to zmierzony moduł sztywności w

megapascalach (MPa) przy

współczynniku siły k, wyrażonym w stopniach Calsiusa (°C)

1 Pneumatyczny siłownik 2 Nastawa LVDT

3 Stalowa rama obciążająca 7 Rama do montowania LVDT

4 Czujnik siły 8 Dolny uchwyt obciążający

5 Górny uchwyt obciążający 9 Zacisk do osiowania LVDT

6 Próbka

Rysunek 1 – Przykład wyposażenia badawczego

• Wyniki badań:

Wymiary	Punkt 1	Punkt 2	Punkt 3	Średnia
Długość [mm]	60,5	59,2	60,1	59,9
Średnica [mm]	102,0	102,0	102,0	102,0

1. Moduł sztywności I:

1. Moduł sztywności II:

• Wnioski:

80%*5192=4153,6

110%*5192=5711,2

$$S_{sr} = \frac{5192 + 5153}{2} = 5173MPa$$

4153,6 < 5153 < 5711,2

Średnia wartość modułu sztywności z drugiego badania znajduje się w przedziale +10 % do –20 % od średniej wartości zapisanej dla pierwszego badania. Dlatego możemy przyjąć moduł sztywności próbki jako średnia wartość z dwóch badań .

1.3.  Badanie czteropunktowego zginana belki wg PN- EN 12697-26

• Cel doświadczenia:

Celem badania było wyznaczenie złożonego modułu sztywności belki zginanej czteropunktowo.

• Miejsce i data badania:

Laboratorium WBiA, 16.12.2013r,

• Opis doświadczenia:

Przed wykonaniem badania próbkę zmierzono suwmiarką z dokładnością do 0,1mm oraz zważono na wadze z dokładnością do 0,1g. Następnie próbkę zamocowano w uchwytach maszyny i wykalibrowano jej położenie za pomocą czujników komputerowych. Zaciski powinny być zapięte na próbce w jednakowych odstępach. Próbka powinna być poddana sinusoidalnemu obciążeniu siłą wywołującemu wymaganą amplitudę odkształcenia (50 ± 3) mikrojednostki odkształcenia. Amplituda ugięcia powinna pozostawać w przedziale 2% wartości nominalnej.

Główne zasady badania czteropunktowego zginania pokazano na rysunku:

1 Przyłożona siła

2 Reakcja

3 Próbka

4 Uchwyty do próbki

5 Ugięcie

6 Powrót do pozycji oryginalnej

7 Swobodne przesunięcie i obrót

Obliczenia:

Początkowy moduł sztywności powinien być wyznaczony jako moduł z cykli obciążania pomiędzy 45-tym a 100-tnym przyłożeniem siły. Moduł sztywności mieszanki mineralno-bitumicznej powinien być wyznaczony jako wartość średniej arytmetycznej otrzymanej z wartości otrzymanych przynajmniej z 2 próbek.

Wyniki badania:

Wnioski:

Badanie przeprowadzone zostało tylko na jednej próbce. Pomierzony końcowy moduł sztywności wyniósł 1535 MPa.

1.4.  Badanie koleinowania wg PN-EN 12697-22

• Cel doświadczenia:

Celem badania było obliczenie zmierzonej proporcjonalnej głębokości koleiny.

• Miejsce i data badania:

Laboratorium WBiA, 16.12.2013r,

• Opis doświadczenia:

Badanie koleinowania można określać w małym aparacie, dużym aparacie bądź w bardzo dużym aparacie. W zależności od tego skąd pobierane są próbki (z laboratorium lub z istniejącej nawierzchni) oraz w jakim aparacie przeprowadzane jest badanie koleinowania dobiera się różne wymiary próbek do badania. Ciśnienie w oponie powinno wynosić 600 ± 30 kPa. Podczas badania temperatura próbki powinna być utrzymywana z dokładnością do ± 2ºC w całym okresie badania. Należy zatrzymywać aparat i mierzyć głębokość koleiny w 15 wcześniej wybranych miejscach pokazanych po przeniesieniu przez próbkę badawczą określonej liczby cykli, 1000, 3000, 10000, 30000 i jeśli potrzeba po 30, 100, 300 i 100000 cyklach nie wliczając cykli wstępnych. Badanie na próbce jest zakończone po określonej liczbie cykli obciążenia lub jeżeli średnia głębokość koleiny , przekroczy 18 mm.

Badanie powinno być przeprowadzone na co najmniej dwóch próbkach.

Obliczenie i przedstawienie wyników:

Obliczoną zmierzoną proporcjonalną głębokość koleiny P_i próbki dla zestawu pomiarów i z 15 wartości lokalnych deformacji m_ij przy grubości próbki h wyznacza zależność:

w którym:

P_i jest zmierzoną proporcjonalną głębokością koleiny, %

m_ij lokalna deformacja, mm

m_0j początkowy pomiar w miejscu j, mm

h grubość próbki, mm.

1.5.  Przygotowanie próbek w ubijaku Marshalla.

• Cel doświadczenia:

Celem badania było przygotowanie próbek w ubijaku Marshalla.

• Miejsce i data badania:

Laboratorium WBiA, 16.12.2013r,

• Opis doświadczenia:

Termostatowanie formy w temp. 110^o ÷ 120^oC przez okres 15 min;

Przygotowanie formy (smarowanie gliceryną);

Napełnienie formy mieszanką;

Wstępne zagęszczenie MMA (nóż, łopatka – 25 uderzeń) i wyrównanie;

Zagęszczenie próbki ubijakiem Marshalla (o energii uderzenia 20 J, 50 ÷ 75 uderzeń na każdą stronę próbki, w zależności od kategorii ruchu KR 1 ÷ 2 lub KR 3 ÷ 6);

Termostatowanie próbki (6 h lub 3 h plus nadmuch powietrza);

Wyciśnięcie próbki z formy;

Wnioski:

Tak przygotowane próbki używa się do badań wytrzymałościowych (np.: badanie Marshalla)