1. Badanie odporności na koleinowanie w koleinomierzu dużym

   1. Opis badania wg PN-EN 12697-22

Podatność materiałów bitumicznych na deformacje jest oceniana poprzez pomiar głębokości koleiny uformowanej przez powtarzalne przejścia obciążonego koła w ustalonej temperaturze. Opisywane badanie zostało przeprowadzone w koleinomierzu dużym w następujących sposób:

• Próbki badawcze powinny być zagęszczone w formach zgodnie z PN-EN 12697-33 lub PN-EN 12697-32, których grubość próbki powinna wynosić:

  • 50 mm dla mieszanek przeznaczonych do użycia w warstwach o grubościach mniejszych bądź równych 50 mm,

  • 100 mm dla mieszanek przeznaczonych do użycia w warstwach grubszych niż 50 mm

• Próbki badawcze powinny być testowane albo w formie, w której były przygotowane lub innej, której wszystkie istotne wymiary różnią się od wymiarów formy, w której były przygotowywane o mniej niż 0,5 mm.

• Próbka badawcza powinna być kondycjonowana w okresie od 12 do 16 h przed badaniem w temperaturze około 60 ⁰C lecz nie większej niż 75 ⁰C.

• Próbkę badawczą poddaje się obiążeniu 10000 cykli w temperaturze 60 ⁰C ±2 ⁰C

• Badanie na próbce jest zakończone po określonej liczbie cykli obciążenia lub jeżeli średnia głębokość koleiny , przekroczy 18 mm.

w którym:

m_ij lokalna deformacja, mm

m_0j początkowy pomiar w miejscu j, mm

• Badanie powinno być przeprowadzone na co najmniej dwóch próbkach.

  1. Obliczenie zmierzonej głębokości koleiny

Zmierzoną proporcjonalną głębokość koleiny Pi próbki dla zestawu pomiarów i z 15 wartości lokalnych deformacji mij przy grubości próbki h oblicza się stosując następującą 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.

W normie PN-EN 12697-22 nie zdefiniowano położenia punktów pomiarowych na powierzchni próbki. Przyjęte punkty pomiarowe rozmieszczone są w zakresie od -24 mm do 24mm względem środka próbki (pkt 0) w rozstawie co 4mm. Punkty zostały przyjęte w ten sposób ponieważ wyniki w tym zakresie będą najbardziej wiarygodne.

Próbka	h [mm]	m0j [mm]	Pi [%]
452 B-EN	60	0	6,23
509 B-EN	60	0	11,6
732 B-EN	60	0	5,3
787 A-EN	60	0	5,6
867 A-EN	60	0	6,85

Głębokość koleiny po 20000 cykli w punkcie 0.

Próbka	Głębokość koleiny [mm]
452 B-EN	3,78
509 B-EN	7,03
732 B-EN	3,21
787 A-EN	3,32
867 A-EN	3,91

Nachylenie wykresu koleinowania w powietrzu

Nachylenie wykresu koleinowania (mm/1000) jest obliczane jako:

w którym:

WTS_AIR nachylenie wykresu koleinowania, mm/1000 cykli;

d₅₀₀₀, d₁₀₀₀₀ głębokość koleiny po 5000 i 10000 cykli obciążenia, mm.

Nachylenie wykresu podane dla punktu 0

Próbka	d10000 [mm]	d5000 [mm]	WTSAIR
452 B-EN	3,35	2,86	0,098
509 B-EN	5,84	4,74	0,220
732 B-EN	2,86	2,52	0,068
787 A-EN	2,94	2,59	0,070
867 A-EN	3,34	2,96	0,076

Projektowanie składu MMA

Na podstawie otrzymanej bazy kruszyw, w trakcie zajęć laboratoryjnych wykonano, metodą krzywych granicznych, projekty następujących mieszanek mineralnych:

• SMA 5 KR1÷KR4

• SMA 11 KR3÷KR6

• AC 11 W KR3÷KR6

• AC 16 W KR1÷KR2

• AC 16 W KR3÷KR6

• AC 22 P KR3÷KR6

Projekty tych mieszanek mineralnych przedstawiono na kolejnych stronach sprawozdania przedstawiono w załączniku 1.

Wykonanie próbek mieszanki mastyksu grysowego SMA 11 KR3÷KR6

W trakcie zajęć laboratoryjnych wykonano próbki dla różnej zawartości asfaltu 5,4%; 6,4% i 7,4%. Łącznie 9 próbek mieszanki po trzy na każdą zawartość asfaltu. Projekt mieszanki mineralnej przedstawiono w załączniku nr 1.

Wszystkie recepty mieszanek mienralno-asfaltowych w trakcie zajęć laboratoryjnych obliczono przyjmując za 100% 5kg mieszanki mineralnej. Procentowa suma składników mieszanki mineralno-asfaltowej wynosiła więc ponad 100%, dlatego aby obliczyć rzeczywisty skład procentowy mieszanki mineralno-asfaltowej dokonano korekty procentowej zawartości składników.

Składniki mieszanki mineralno-asfaltowej	Proporcje składników pierwotne	Zawartość wagowa składników	Korekta proporcji składników dla różnych zawartości asfaltu [%]	Gęstość pozorna
	[%]	[kg]	5,4	6,4
kruszywo 0/4	8	0,4	7,57	7,50
kruszywo 4/8	26	1,3	24,60	24,37
kruszywo 11/8	43	2,15	40,68	40,30
kruszywo 0/2	13	0,65	12,30	12,18
pyły	3	0,15	2,84	2,81
mączka	7	0,35	6,62	6,56
stabilizator	0,3	0,015	0,28	0,28
asfalt 45/80-60	5,4	0,27	5,11	-
	6,4	0,32	-	6,00
	7,4	0,37	-	-

Próbki zagęszczono w ubijaku Marshalla po 50 uderzeń na stronę. Wykonane próbki miały kształt walcowy o średnicy (101,6 ± 0,1) mm i wysokości (63,5 ± 2,5) mm (zgodnie z normą PN-EN 12697-30).

Badanie spływności

Z przygotowanej masy SMA wykonano także próbki pozwalające wykonać badanie spływności, zgodnie z metodą Schellenberg’a, przedstawioną w normie PN-EN 12697-18. W badaniu wyznacza się utraconą ilość materiału przez spłynięcie, po 1 godzinie w temperaturze przewidywanej do wytwarzania mieszanki w wytwórni, która jest oznaczana jako pozostałość po odwróceniu zlewki zawierającej daną mieszankę.

Wynik badania obliczany jest z następującego wzoru:

gdzie:

D to spływność materiału, w procentach (%);

W₁ to masa pustej zlewki, w gramach (g);

W₂ to masa zlewki z porcją, w gramach (g);

W₃ to masa pustej zlewki plus pozostałego po odwróceniu materiału, w gramach (g);

W₄ to masa wysuszonych pozostałości zatrzymanych na sicie, w gramach (g) – u nas pomijamy.

W trakcie zajęć wykonano po jednym badaniu na każdą zawartość asfaltu. Uzyskano następujące wyniki:

Zawartość asfaltu	W1 [g]	W2[g]	W3[g]	D[%]
5,11%	286,81	1305,95	286,92	0,011
6,00%	277,27	1295,65	277,36	0,009
6,87%	263,42	1301,22	263,77	0,034

Wszystkie trzy próbki mają spływność mniejszą niż 0,3%. Oznacza to, że spełniają wymagania względem SMA 11 KR 3-6 przedstawione w WT 2 2010.

Zawartość wolnych przestrzeni

Norma 12697-8 definiuje zawartość wolnej przestrzeni jako objętość pustek powietrznych w próbce mieszanki mineralno-asfaltowej wyrażona w objętości próbki. Oblicza się ją według wzoru:

$$V_{m} = \frac{\rho_{m} - \rho_{b}}{\rho_{m}} \bullet 100\%\ (\frac{v}{v})$$

w którym

V_m – zawartość wolnej przestrzeni w próbce MMA, do 0,1%;

ρ_m – gęstość mieszanki mineralno-asfaltowej;

ρ_b - gęstość objętościowa mieszanki mineralno-asfaltowej.

Zgodnie z normą PN-EN 12697-5 w przypadku zastosowania mieszanki mineralno-asfaltowej z kruszyw o różniej gęstości jej gęstość obliczono według następującego wzoru:

$$\rho_{\text{mc}} = \frac{100}{\frac{p_{a1}}{\rho_{a1}} + \frac{p_{a2}}{\rho_{a2}} + \ldots + \frac{p_{b}}{\rho_{b}}}$$

w którym

ρ_mc- obliczona gęstość mieszanki mineralno-asfaltowej;

p_a1 – procentowa zawartość kruszywa 1, w mieszance mineralno-asfaltowej, (m/m);

ρ_a1 – gęstość pozorna ziaren kruszywa 1;

p_a2 – procentowa zawartość kruszywa 2, w mieszance mineralno-asfaltowej, (m/m);

ρ_a2 – gęstość pozorna ziaren kruszywa 2;

p_b – procentowa zawartość lepiszcza, w mieszance mineralno-asfaltowej, (m/m);

ρ_b – gęstość lepiszcza.

Gęstość objętościową obliczono, na podstawie pomiarów masy przygotowanych próbek mieszanki SMA 11 KR3÷KR6, według wzoru:

$$\rho_{b} = \frac{m_{1}}{m_{3} - m_{2}} \bullet \rho_{w}$$

w którym

m₁ – masa próbki suchej;

m₂ – masa próbki w wodzie;

m₃ – masa próbki w powietrzu po powierzchniowym osuszeniu;

ρ_w – gęstość wody.

Na podstawie pomiarów wykonanych w trakcie zajęć laboratoryjnych obliczono zawartość wolnych przestrzeni przyjmując gęstość objętościową jako średnią z trzech próbek. Wszystkie wyniki zestawiono w tabeli:

Zawartość asfaltu	Masy próbek	Gęstość objętościowa	Średnia gęstość objętościowa ρb	Gęstość MMA ρm	Zawartość wolnych przestrzeni Vm
	m1	m2	m3
	[g]	[g]	[g]	[g/cm^3]	[g/cm^3]
5,11%	1158,00	672,73	1159,12	2,38	2,35
	1188,22	684,06	1191,72	2,34
	1207,08	694,00	1209,85	2,34
6,00%	1161,07	672,25	1162,51	2,37	2,37
	1194,25	692,51	1195,43	2,37
	1233,58	715,64	1235,19	2,37
6,87%	1226,60	709,38	1227,27	2,37	2,37
	1149,53	664,03	1150,45	2,36
	954,64	551,75	954,99	2,37

WT 2 2010 wymaga, aby zawartość wolnych przestrzeni w SMA 11 KR 3-6 wynosiła od 1,5 do 3%. W badanych próbkach tylko próbki z zawartością asfaltu 6,00% spełniają ten wymóg. Próbka z zawartością 5,11% posiada zbyt dużą ilość wolnych przestrzeni, natomiast próbka z zawartością 6,87% zbyt małą.

1. Badania sztywności

   1. Cztero-punktowe zginanie na próbce pryzmatycznej (4PB-PR)

      1. Zasada badania

Pryzmatyczna próbka poddawana jest cztero-punktowemu cyklicznemu zginaniu z zachowaniem swobodnego obrotu i poziomego przesunięcia we wszystkich punktach obciążenia i reakcji. Zginanie jest realizowane poprzez poruszanie centralnymi punktami przyłożenia siły w kierunku pionowym prostopadle do wzdłużnej osi próbki. Pionowe pozycje dwóch końcowych punktów pozostają zachowane. Cyklicznie przyłożone przemieszczenie jest symetryczne względem zera, sinusoidalne, a amplituda przemieszczenia powinna być stała w czasie. Podczas badania siła potrzebna do deformacji próbki jest mierzona jako funkcja czasu i przesunięcia fazowego pomiędzy sygnałem siły a sygnałem przemieszczenia. Na podstawie tych danych obliczany jest moduł sztywności badanego materiału.

Do badania przygotowuje się sześć próbek o wymiarach 450 mm x 50 mm x 50 mm, gdzie do badania wykorzystuje się 4 próbki a 2 powinny pozostać w rezerwie.

Opracowanie wyników

W poniższej tabeli przedstawiono wyniki badań modułów sztywności uzyskanych w badaniu czteropunktowego zginania belki na zajęciach laboratoryjnych.

Numer testu	Kąt fazowy [ ^0]	Moduł sztywności [MPa]
Moduł A	9,7	13813
Moduł B	7,9	15768
Moduł C	6,4	16986
Moduł D	6,8	17801
Moduł E	8,0	19685
Moduł F	7,6	21827
Moduł G	11,0	24056

1. Rozciąganie pośrednie na próbce cylindrycznej

   1. Zasada badania

Metoda ta jest odpowiednia do badania cylindrycznych próbek przygotowanych w laboratorium lub wywierconych z nawierzchni drogowej o zmiennych średnicach i grubościach. Krawędzie szczęk obciążających powinny być zaokrąglone, aby uniknąć cięcia próbki podczas badania. Powinno się sprawdzić wycentrowanie dolnej szczęki z osią obciążania stalowej ramy. Górna szczęka powinna stykać się z systemem obciążającym poprzez sferyczny przegub.

1	Pneumatyczny siłownik
2	Nastawa LVDT
3	Stalowa rama obciążająca
4	Górny uchwyt obciążający
5	Próbka
6	Czujnik siły
7	Rama do montowania LVDT
8	Dolny uchwyt obciążający
9	Zacisk do osiowania LVDT

Opracowanie wyników

Moduł sztywności próbki przed obróceniem o 90⁰

S_m= 10566 MPa

Moduł sztywności próbki po obróceniu o 90⁰

S_m= 8607 MPa

Średni moduł sztywności

S_m= 9586,5 MPa

Średni moduł sztywności jest mniejszy o mniej niż 20% od wartości modułu sztywności próbki przed obróceniem a zatem można przyjąć, że obliczony średni moduł sztywności z dwóch pomiarów jest modułem miarodajnym.

1. Ściskanie na wysokich walcach

   1. Opis badania

W badaniu modułu sztywności mieszanki mineralno-asfaltowej na próbkach cylindrycznych, próbka poddawana jest kontrolowanemu sinusoidalnemu naprężeniu ściskającemu o różnych częstotliwościach (u nas 25; 20; 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,2; 0,1Hz). Zastosowane naprężenie i powstałe osiowe odkształcenia są mierzone w funkcji czasu oraz wykorzystywane do obliczenia modułu i kąta przesunięcia fazowego.

Opracowanie wyników

Na podstawie wyników badania sporządzono wykresy: