Реологічні властивості асфальтобетону

Асфальтобетон є пружньо-в'язко-пластичним матеріалом. В залежності від стану і умов формування в ньому можуть проявлятися або переважно пружні властивості або, головним чином, в'яз­ко-пластичні.

В напружено-деформованому стані асфальтобетон проявляє комплекс складних властивостей: пружність, пластичність, повзучість, релаксацію напружень, накопичення деформацій при багаторазовому прикладанні навантаження тощо. В залежності від виявлення

тих чи інших властивостей до асфальтобетону застосовуються закони, що витікають з теорії пружності або теорії пластичності. Проте, з погляду на залежність багатьох властивостей матеріалу від часу, вважається доцільним застосування до асфальтобетону теорії повзучості, яка додатково оперує незалежною перемінною - часом.

Детальний розгляд умов роботи а/бетону вимагає врахування такої важливої його властивості, як релаксація напружень. Релак­сація напружень - це процес зниження напружень в часі в деформо­ваному тілі при незмінній деформації. У цьому зв'язку необхідно зауважити, що прояв а/бетоном властивостей пружного або в'язкого тіла залежить тільки від співвідношення між часом дії навантажен­ня і часом релаксації напружень.

Знання структурно-механічних характеристик а/бетону дозво­ляє прогнозувати поведінку матеріалу в різних умовах роботи і, зокрема, його деформації при найбільш високих і низьких експлуа­таційних температурах.

Структурно-механічні властивості можна характеризувати кінетикою розвитку деформацій. Найбільш достовірні результати можна отримати при випробуванні матеріалу в умовах чистого однорідного зсуву під дією постійного напруження.

При постійно діючих напруженнях розвиток деформацій в часі в пружньо-пластичному матеріалі залежить від величини напруження. Тут можна виділити два випадки.

1. Коли діюче напруження () достатньо мале і менше грани­ці пружності або границі текучості ( < _k). В цьому випадку в деформованому тілі розвиваються тільки оборотні деформації двох типів:

а) чисто пружня деформація (E0), що підпорядковується зако­ну Гука, розповсюджується в матеріалі із швидкістю звуку після прикладання навантаження і з такою ж швидкістю спадає після знят­тя навантаження;

б) деформація пружної післядії (Ee) повільно розвивається після прикладання навантаження і так само повільно спадає після зняття напруження. Цю деформацію іноді ще наз. деформацією упо­вільненої пружності або еластичності.

В даному випадку, коли  < _k, після зняття навантаження початкова геометрична форма тіла повністю відновляється. Характер кривої "деформація-час" зображений на рис. 12,а.

А) б)

 

P = 0 P = 0

T t

Рис. 12. Розвиток деформацій в а/бетоні при напруженнях.

а) менше границі текучості;

б) більше границі текучості.

2. Коли діюче напруження () перевищує границю текучості, але менше граничного напруження tm, що викликає руйнування мате­ріалу, тобто _k <  <_m.

В цьому випадку в деформованому тілі при достатньо трива­лому прикладанні навантаження, крім розглянутих вище, додатково з'являється третій тип деформації - деформація в'язкості і пластичної течії, яка є необоротною.

Після розвитку пружної і еластичної деформацій в дефор­мованому тілі спостерігається період стаціонарної течії матеріалу з постійною швидкістю  = d/dt. Тому незворотна (залишкова) де­формація буде постійно зростати і для любого відрізку часу періо­ду стаціонарної течії складе:

_зап =  * ₁ (3.5)

Характер кривої "деформація-час" для даного випадку зобра­жений на рис. 12, б.

Структурно-механічні властивості а/бетону можна найбільш повно охарактеризувати наступними константами матеріалу:

1. МОДУЛІ ПРУЖНОСТІ:

а) умовно миттєвий (початковий) модуль пружності характе­ризує міцність зв'язків матеріалу:

Е1 = /₀ (3.6)

б) модуль еластичності характеризує здатність матеріалу до пружної післядії:

Е = /_е (3.7)

в) рівноважний модуль заміняє Е1 та Е2 в тих випадках, ко­ли неможливе чітке розмежування пружної та еластичної деформа­цій:

Е = /_m, (3.8)

де _m = ₀ + _е.

2. ВЯЗКОСТI.

а) найбільша гранична в'язкість (ньютонівська) характерна для деформування при достатньо малих напруженнях зсуву - ₀;

б) найменша в'язкість характерна для області повністю зруйнованої структури (практично постійна) - _m. Для твердо подібних матеріалів характерна велика різниця між величинами ₀ і _m. Для структурованих рідин, навпаки, ця різниця відносно неве­лика;

в) ефективна (структурна) в'язкість залежить від величини напруження і відображає всю складність процесу течії матеріалу:

(3.9)

г) пластична в'язкість (бінгамова) застосовується при ви­рішенні задач теорії пластичності:

(3.10)

г) в'язкість пружної післядії дозволяє характеризувати швидкість зростання еластичної деформації:

(3.11)

3. ЧАС РЕЛАКЦІЇ НАПРУЖЕНЬ.

Серед дорожньо-будівельних матеріалів а/бетон є найбільш яскравим представником матеріалів, що релаксують. Причиною релаксації матеріалу є внутрішня течія. При незмінній досягнутій деформації внутрішня течія послаблює напруження таким чином, що з часом вимагається все менше зусилля для підтримання зразка в деформованому стані.

Основним для характеристики процесу релаксації є час, протягом якого напруження спадає на повну (значну) величину. Для а/бетону час релаксації, в основному, залежить від в’язкості. Із збільшенням температури разом із зменшенням в’язкості зменшується і час релаксації а/бетону.

Вияв а/бетоном пружніх або в’язких властивостей залежить тільки від співвідношення між часом дії навантаження і часом релаксації напружень.

Якщо час дії навантаження значно менше часу релаксації, то матеріал поводить себе як ідеально пружній. І навпаки, якщо час навантаження значно більший за час релаксації, то матеріал проявляє властивості в’язкої рідини. Якщо ці величини одного порядку, то матеріал поводить себе як пружньо-в’язкий: одночасно спостерігаються пружність і течія.

Відповідно до суттєвого зростання в’язкості а/бетону зимою та її падіння влітку при високих температурах спостерігається і відповідна поведінка матеріалу.

На основі отриманих значень в'язкості і модулів пружності та еластичності можна визначити:

а) максвеллову константу часу релаксації: t₁ = ₀/E;

б) час пружної післядії: t₂ = ₂/E.

4. ГРАННИЦЯ ТЕКУЧОСТІ характеризує міцність структури сис­теми. В твердо подібних тілах границя текучості відповідає напру­женню, при якому різко падає значення ефективної в'язкості.

Для виведення розрахункових рівнянь в реології використо­вується метод аналогії, тобто застосовуються рівняння механічних моделей деяких фізичних тіл. Найбільш близька до механічних влас­тивостей а/бетону модель Богуславського (рис. 13). В цій моделі елементи Максвела і Кельвіна, що з'єднані паралельно, описують пружньо-в'язкі властивості а/бетону, а елемент Сен-Венана - плас­тичні властивості.

Рис. 13 Модель Богуславського

Розглянуті вище константи і реологічна модель дають можли­вість всебічно і об'єктивно описати властивості бітумів і а/бето­нів. За такими незалежними одна від одної інваріантними характеристиками можна об'єктивно оцінювати і порівнювати між собою різні види бітумів і а/бетонів. Таким чином, ці константи можуть слугу­вати і критеріями при регулюванні їх властивостей.

Необхідно відзначити, що не завжди потрібно визначати всі вказані константи. В залежності від вимог достатньою може бути одна або декілька з них. Важливим для оцінки якості бітумів і а/бетонів є визначення залежності основних констант від темпера­тури в діапазоні, обумовленому реальними умовами роботи дорожніх покриттів, а також виявлення змін у значеннях констант у часі в зв'язку з процесами старіння.

Поиск по сайту: