Традиционно испытания по Маршаллу применяют для оценки механических свойств асфальтобетонов – предельной разрушающей нагрузки и сопротивления пластической деформации.
Прежде всего, договоримся о терминах:
- упругой называется обратимая деформация, которая исчезает после прекращения воздействия нагрузки (резина);
- пластической называется необратимая деформация, приводящая к изменению размеров/формы материала под воздействием нагрузки (пластилин).
Способность асфальтобетона к упругой деформации положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках асфальтобетона, препятствуя образованию трещин при низких температурах. А вот необратимые изменения плохо сказываются как на качестве, так и на долговечности покрытия. Склонность дорожного покрытия к пластической деформации снижает его прочность, приводя к растрескиванию и продавливанию с образованием "колеи" (склонность к сдвигу внутри слоев дорожного покрытия). Сдвигоустойчивостью называют способность дорожного покрытия сопротивляться необратимым видам деформации при плюсовых температурах. Сочетание в одном материале разных типов деформации называется деформативностью.
Параметры сдвигоустойчивости асфальтобетонов
Битумы являются самым объемным компонентом асфальтобетонов, и пластичные свойства этого вида органических вяжущих сильно влияют на поведение дорожного покрытия как при высоких, так и при низких температурах. Но на результирующую устойчивость к пластичному течению асфальтобетонов влияют не только состав и отдельные характеристики компонентов асфальтобетонной смеси (АБС), но и внешние погодные условия (температурные условия, влажность, осадки).
Сдвигоустойчивость асфальтобетонов определяется в лабораторных условиях в соответствии с требованиями ГОСТ 12801-98 под воздействием сжимающей нагрузки, передающего усилие в специальное обжимное устройство по схеме Маршалла.
Для оценки сдвигоустойчивости используются два показателя:
- коэффициент внутреннего трения;
- сцепление при сдвиге.
Для проведения испытаний на сдвигоустойчивость по Маршаллу специально подготавливается (сформованные из свежей АБС, или же вырубленные керны из дорожного покрытия) четное число образцов (≥6) в виде цилиндров установленных стандартом размеров. Перед началом испытаний все образцы серии подвергаются термостатированию на водяной бане при =50°С в течение часа.
Исследования на устойчивость к сдвигу проводят в два этапа. Половину подготовленных образцов подвергают вертикальной одноосной сжимающей нагрузке со скоростью 50 мм/мин. Фиксируют величину воздействия, при которой начинается разрушение кернов, время воздействия и предельную деформацию (максимальная величина изменения линейных размеров перед разрушением).
Второй этап испытаний проводят с помощью обжимного устройства по Маршаллу при той же скорости нагрузки – 50 мм/мин.
Установка с контрольным кольцом и расходомером для проведения испытаний по методу Маршалла
Установкой Маршалла принято называть компрессионное устройство для проведения испытаний в соответствии с ПНСТ 109-2016, позволяющее прикладывать нагрузку на испытуемые образцы через тестовые головки с цилиндрическим сегментом (внутренний радиус кривизны - 51 или 76,2 мм).
Нагретые образцы для проведения второй части испытаний помещают по центру в нижнюю тестовую головку, верхняя тестовая головка смещается в рабочее положение и весь блок устанавливается под тестовую нагрузку с рекомендуемой скоростью вплоть до начала деструкции. Момент разрушения фиксируется как максимальное значение на индикаторе, которое представляют собой 1/4 величину текучести для данного образца.
Вся процедура по определению стабильности и текучести, начиная с момента извлечения образца из водяной бани, должна быть проведена в течение 30 с.
Текучесть по Маршаллу FM по факту характеризует деформативность материала как результат воздействия как упругой, так и и пластической деформации, определяемой в ходе испытаний на стабильность, которая измеряется в пределах всего диапазона значений нагрузки и кратна 0,25 мм. В случае автоматизированной регистрации предела текучести по Маршаллу результаты испытаний отображаются в виде графика:
определение текучести по Маршаллу на основе построения касательной к сегменту графика как разница значений по оси абсцисс (пересечение касательной оси абсцисс) и максимального значения стабильности (18-4=14)
Значение текучести, превышающее верхний обозначенный предел указывает на излишнюю пластичность; значение же, меньшее указанного нижнего порога, указывает на чрезмерную хрупкость.
Для каждого из образцов серии вычисляют работу деформирования:
где А - работа деформирования, Р - разрушающая нагрузка, кН,
l - предельная деформация, мм.
Полученные результаты усредняют для каждой серии испытаний.
Коэффициент внутреннего трения tgϕ получают по формуле:
где Аm - средняя работа деформирования по Маршаллу, Дж,
Ac - средняя работа деформирования при сжатии под прессом, Дж.
Сцепление при сдвиге Cп определяют по формуле:
где Rc - предел прочности при сжатии данного асфальтобетона, МПа.
Результаты испытаний на стабильность и текучесть асфальтобетонов по методу Маршалла зависят от свойств компонентов АБС (вяжущего и заполнителя).
АБС на основе модифицированных вяжущих могут подвергаться высокой деформации, вплоть до достижения пиковых значений стабильности по Маршаллу, что приводит к искусственному завышению значений текучести.
Поэтому при работе с модифицированными вяжущими проводят альтернативные испытания на соответствия АБС эксплуатационным характеристикам.
При проектировании объемных смесей асфальтобетона по методологии Маршалла, в соответствии с Отраслевым дорожным методическим документом ОДМ 218.3.096-2017 в протокол исследований асфальтобетонных смесей по Маршаллу вносят следующие данные:
При проектировании асфальтобетонной смеси по методологии Маршалла все полученные данные при оформлении отчета вносятся в Обязательную форму.
