Исследовательский проект. Воскобович.Теория пректа.. Историческая справка
 Скачать 39.93 Kb.
|
|
МОУ «Киришский лицей» Проектная работа по физике учащегося 8а класса Воскобовича Александра Руслановича Определение физико-механических свойств АБС и дорожного асфальтобетона Руководитель: учитель физики Морозова Любовь Михайловна г. Кириши 2020 Введение ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА ??? В прошлом улицы городов вымащивались камнями. С середины девятнадцатого столетия для дорожного покрытия стали использовать битумно-минеральные смеси. Первый литой асфальт на основе нефтяных битумов появился в США в 1876 году. В России родоначальником массового производства асфальта был инженер И.Ф. Буттац. Первым российским заводом, на котором производили этот дорожный материал, в 1873 году стал Сызранский завод. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОЕКТА??? В современном мире дорожные коммуникации развиваются очень бурно, и от покрытий требуется все более высокое качество: высокая износостойкость, максимальная ровность полотна, пластичность (асфальтобетон должен прогибаться), особенно при покрытии взлетно-посадочных полос аэропортов, где по нему движутся самолеты (вес которых может превышать 140 тонн), прочность и долговечность. Кроме того, важной задачей при укладке асфальтобетона является увеличение скорости (для этого асфальтобетон должен быстрее высыхать, твердеть и набирать прочность и максимального упрощения процесса. Исходя из этого следует, что изучение физико-механических свойств асфальтобетона при различных условиях, является важным не только с точки зрения приобретения теоретических знаний и практических навыков, но и может является отправной точкой при постановке задач по улучшению свойств асфальтобетонных смесей, поиске новых способов проведения лабораторных исследований, для того чтобы, например, сократить срок испытаний образцов смеси из конкретных природных материалов в определенных условиях . Изменить формулировку или вставить в другое место Еще важный аспект в данном проекте: дорожное строительство связано с тем, что дороги прокладываются в различных регионах нашей страны, а поскольку одни и те же природные материалы по своим свойствам отличаются друг от друга в разных местностях, то проведение испытаний необходимо при поступлении на завод изготовитель изготовлении каждой партии каждого инертного материала, а также при выпуске каждой партии асфальтобетонной смеси. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА: 1.Изучить теоретическую часть процесса производства асфальтобетона, ознакомится с процессом на примере действующего завода 2. Изучить виды и типы асфальтобетона 3. Изучить технические условия к изготовлению асфальтобетона (ГОСТ 9128-2013) 4. Изучить методы испытаний готовых асфальтобетонов или АБС (ГОСТ 12801-98) 5. Провести испытания образцов готового асфальтобетона или АБС и определить их физико-механические свойства 6. Сделать выводы ???????? Сравнение полученных опытным путем результатов испытаний опытных образцов определенных видов асфальтобетона с данными, указанными в технических условиях к изготовлению асфальтобетона (АБС) согласно ГОСТ 9128-2013. Цели ??? или Результаты выполнения данного проекта: получение теоретических знаний о технологии приготовления асфальтобетона, овладение методиками определения физико-механических свойств асфальтобетона, получение представление о влиянии на свойства асфальтобетона различных эксплуатационных факторов (температура, вода), умение анализировать результаты эксперимента. Определение, по-возможности, векторов, по которым необходимо провести работу для оптимизации процесса определения физико-механическитх свойств асфальтобетона (это круто, из разряда – идти вперед) то есть поставить задачи для _____________________ ОПРЕДЕЛЕНИЕ асфальтобетона и его типы Асфальтобетон — искусственный строительный материал, полученный в результате уплотнения подобранной в необходимых соотношениях и специально приготовленной смеси. Асфальтобетонная смесь состоит из оптимально подобранных: минеральных материалов: щебня (либо гравия), песка (природного или дроблёного) с тонкодисперсным минеральным порошком (либо без него); органического вяжущего материала — битума (раньше также использовался дёготь, но был запрещён к применению в черте города, а позже и вовсе исключён из производства). Составляющие асфальтобетонной смеси перемешиваются в нагретом состоянии. В РФ требования к асфальтобетону и асфальтобетонной смеси изложены в ГОСТ 9128- 2013.Вроде тоже не надо указывать здесь Требования к показателям физико-механических свойств нормируются в зависимости от дорожно-климатической зоны, вида, марки и типа структуры горячего асфальтобетона [1]. Технология приготовления асфальтобетонных смесей и образцов из них, а также методы определения физико-механических свойств асфальтобетона [2].??? НУЖНО ЛИ? Для установления качества асфальтобетона определяют его физико-механические свойства на стандартных образцах. Физические свойства асфальтобетона определяют с целью прогнозирования таких эксплуатационных свойств, как водоустойчивость, морозостойкость, погодостойкость. К физическим свойствам относятся: средняя плотность, истинная плотность минеральной части и смеси её с битумом, пористость минеральной части и асфальтобетона, водонасыщение. В практической части проекта будет определена средняя ???плотность, а также образцы будут испытаны на водонасыщение (уточнить!), может, еще какие? Механические свойства асфальтобетона характеризуют его способность обеспечивать долговечность дорожных покрытий под воздействием нагрузок от транспортных средств. При эксплуатации дорожное покрытие подвергается действию сжимающих, сдвигающих и растягивающих напряжений [3, 4]. В соответствии с этим определяют прочности асфальтобетона при сжатии, сдвиге и растяжении. В практической части проекты образцы будут испытаны на прочность при сжатии (уточнить) Основные типы асфальтобетона Согласно ГОСТ 9128-2013, асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны в зависимости от вида минеральной составляющей (каменного материала) разделяются на: щебёночные; гравийные; песчаные. Асфальтобетонные смеси в зависимости от используемого битума и температуры при укладке подразделяют на: горячие (вязкие и жидкие нефтяные дорожные битумы), укладываются с температурой не менее 110 °С; холодные (жидкие нефтяные дорожные битумы), укладываются с температурой не менее 5 °С. Асфальтобетонные смеси и асфальтобетон в зависимости от наибольшего размера минеральных зёрен (щебень, гравий, песок) делят на: крупнозернистые (размер зёрен до 40 мм); мелкозернистые (размер зёрен до 20 мм); песчаные (размер зёрен до 10 мм). Смеси холодные делятся на мелкозернистые и песчаные. Асфальтобетоны из горячих смесей по величине остаточной пористости (выраженному в процентах к объёму количеству пор в покрытии после уплотнения) делятся на следующие виды: высокоплотные (остаточная пористость от 1,0 до 2,5 %); плотные (остаточная пористость от 2,5 до 5,0 %); пористые (остаточная пористость от 5,0 до 10,0 %); высокопористые (остаточная пористость свыше 10,0%). Покрытия из холодных смесей должны иметь остаточную пористость от 6,0 до 10,0 %. Горячие смеси, щебёночные и гравийные, и плотные асфальтобетоны по содержанию в них щебня (гравия) делятся на типы: А (содержание щебня (гравия) от 50 до 60 %); Б (содержание щебня (гравия) от 40 до 50 %); В (содержание щебня (гравия) от 30 до 40 %). Холодные щебёночные и гравийные смеси и соответствующие асфальтобетоны по содержанию щебня (гравия) делятся на типы Бх и Вх. Смеси песчаные, горячие и холодные, и соответствующие асфальтобетоны по виду песка делятся на следующие типы: Г и Гх — приготовленные на песках из отсевов дробления (остаточный материал, получаемый в результате дробления и фракционирования горных пород) или на их смесях с природным песком при содержании последнего не более 30 % по массе; Д и Дх — приготовленные на природных песках или смесях природных песков с отсевами дробления при содержании последних менее 70 % по массе. В зависимости от применяемых материалов и физико-механических показателей асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны подразделяются на следующие марки: горячие высокоплотные — МI; плотные типов: А — МI, МII; МIII; Б, Г — МI, МII, МIII; В, Д — МII, МIII; пористые — МI, МII; высокопористые щебёночные — МI, МII; высокопористые песчаные — МII; холодные типов: Бх, Вх — МI, МII; Гх — МI, МII; Дх — МII; высокопористые щебёночные — МI. ОПИСАНИЕ производства асфальтобетона Перед непосредственным производством промышленной партии АБС лаборант отбирает поступившие на площадку инертные материалы (в нашем случае отсев фракции 0-5 и щебень фракции 5-20 либо 20-40) к ним подбирается битум (вид, марка, тип?), так, чтобы изготовленная на АБЗ асфальтобетонная смесь соответствовала техническим условиям. Асфальтобетонные смеси (горячие и холодные) изготавливают на стационарных или передвижных асфальтобетонных заводах (АБЗ). Стационарные строятся там, где имеется постоянная потребность в асфальтобетонных смесях - в городах, у крупных транспортных узлов. Передвижные АБЗ создают при строительстве или реконструкции магистральных автомобильных дорог. Удалённость завода от места укладки горячей или тёплой смеси определяют продолжительностью её транспортирования, которая не должна превышать 1,5 часа. Целесообразный радиус обслуживания строящихся автомобильных дорог с одного АБЗ составляет 60…80 км. Расстояние транспортирования холодной асфальтобетонной смеси не имеет ограничения и определяется технико-экономическими расчётами. Выбор площадки для АБЗ определяется из условий наименьшего расстояния транспортирования готовой смеси и исходных материалов, наличия железнодорожных и водных путей и других условий. Наилучшее место для размещения АБЗ выбирают на основе технико-экономических изысканий. Современный уровень развития техники позволяет полностью механизировать производство асфальтобетонных смесей на АБЗ. Поступающие на завод минеральные материалы выгружают на специальные площадки, которые должны иметь твёрдое покрытие. Рекомендуется устраивать крытые склады или навесы для хранения 10…15 - дневного запаса щебня мельче 20 мм и песка. Каменный материал для производства минерального порошка после просушки во вращающемся барабане размалывают в шаровых или трубных мельницах. Хранят минеральный порошок в закрытых помещениях бункерного типа или в силосах. Для механизации складских операций обычно применяют автопогрузчики, ленточные конвейеры, транспортные эстакады и другие машины и механизмы. Асфальтобетонную смесь приготавливают, как правило, одним из следующих способов:1. в асфальтосмесителях принудительного перемешивания периодического действия с предварительным просушиванием, нагревом и дозированием минеральных материалов. Ввиду наиболее широкого распространения этой технологии она названа традиционной; 2. в асфальтосмесителях принудительного действия, в которых отдозированные холодные влажные минеральные материалы перемешивают с горячим битумом, а затем они поступают в сушильный барабан, где их нагревают до заданной температуры. Такая технология названа беспыльной; 3. в асфальтосмесителях свободного перемешивания барабанного типа, в которых отдозированные минеральные материалы просушиваются, нагреваются и смешиваются с битумом. Такая технология называется турбулентной.В нашей стране асфальтобетонные смеси изготавливают в основном по традиционной технологии в смесителях периодического действия.Холодный влажный песок и щебень подаются со склада в бункера агрегата питания 10 с помощью погрузчиков. Из бункеров агрегата питания холодный и влажный песок и щебень непрерывно подаются с помощью питателей в определённых пропорциях на сборный ленточный конвейер, расположенный в нижней части агрегата питания. Со сборного конвейера материал поступает на наклонный ленточный конвейер, который загружает холодные и влажные песок и щебень в барабан сушильного агрегата 9. В барабане песок и щебень высушивают и нагревают до рабочей температуры. Нагрев материала осуществляется вследствие сжигания жидкого или газообразного топлива в топках сушильных агрегатов. Газы и пыль, образующиеся при сжигании топлива и просушивании материала, поступают в пылеулавливающее устройство, состоящее из блока циклонов 2, в котором пыль осаждается. Не осаждённая тонкая пыль улавливается мокрым пылеуловителем 1 и удаляется в виде шлама. Нагретые до рабочей температуры песок и щебень поступают из сушильного барабана на элеватор, который подаёт их в сортировочное устройство смесительного агрегата 8. Сортировочное устройство разделяет материалы на фракции по размерам зёрен и подаёт их в бункеры для горячего материала. Из этих бункеров песок и щебень различных фракций поступают в дозаторы, а оттуда в смеситель 6. Минеральный порошок поступает из агрегата минерального порошка 7, в состав которого входит оборудование для хранения и транспортирования этого материала. С помощью дозатора, установленного на агрегат минерального порошка, обеспечивается заданное содержание порошка в смеси. Из дозатора порошок подаётся в смеситель шнеком.асфальтобетонная смесь битум асфатобетон Битум, разогретый в хранилище до жидкотекучего состояния, с помощью нагревательно-перекачивающего агрегата подаётся в нагреватель 4 битума, в котором обезвоживается и нагревается до рабочей температуры. Битум из нагревателя битумопроводом поступает к смесительному агрегату, дозируется и вводится в смеситель. Все компоненты, поданные в смеситель, перемешиваются. Затем готовая продукция выгружается в автомобили-самосвалы или направляется с помощью подъёмников в бункеры для готовой смеси 5. 3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ АСФАЛЬТОБЕТОНА Или АБС ??? Для изготовления образцов берется объединенная проба АБС в производственных установках не ранее чем через 30 минут после начала выпуска смеси. Физико-механические свойства смесей и асфальтобетонов определяют на образцах, полученных уплотнением смесей в стальных формах, согласно ГОСТ 12801-98. Перед испытанием образец выдерживают 1 сутки. В нашем случае потребуется 12 штук по три образца для определения следующих физико-механических свойств: водонасыщение, средняя плотность ( используем одни и те же образцы) и прочность при 0 градусов С, 20 градусов С и 50 градусов С ???? (3 штуки на каждую температуру?) 2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРЯЧЕГО АСФАЛЬТОБЕТОНА. 2.1. Определение средней плотности асфальтобетона. Среднюю плотность асфальтобетона определяют гидростатическим взвешиванием лабораторных образцов. Три образца, изготовленные по стандартному методу, тщательно обтирают тканью и очищают от налипших частиц смеси. Образцы взвешивают с точностью 0,01 г на воздухе, затем погружают на 30 мин (у нас 1,5 часа)??? в сосуд с водой, имеющий температуру (20 ± 2) градусов С, после этого образцы взвешивают в воде, температура которой должна быть (20 ± 2) градусов С, вытирают и вторично взвешивают на воздухе. Среднюю плотность образцоввычисляют с точностью до 0,01г/см3 по формуле (формула)(4) где m – масса образца, взвешенного на воздухе, г; m1 – масса образца, выдержанного в воде в течение 30 мин и взвешенного в воде, г; m2 –масса того же образца, вторично взвешенного на воздухе, г. За результат определения средней плотности принимают среднее арифметическое значение результатов определения средней плотности трех образцов. Если расхождение между наибольшим и наименьшим результатами параллельных определений превышает 0,03 г/см3, то проводят повторные испытания и вычисляют среднеарифметическое из шести значений [2]. 2.7. Определение водонасыщения асфальтобетона. За величину водонасыщения образцов асфальтобетона принимают количество воды, поглощенное образцом при заданном режиме насыщения. Водонасыщение определяют на образцах, ранее использованных для определения средней плотности (см. п. 2.1 изменить номер в соответствии со своим проектом ). Образцы асфальтобетона помещают в сосуд с водой, температура которой (20 ± 2)°С. Уровень воды над образцами должен быть не менее 3 см. Сосуд с образцами устанавливают в ванну или под стеклянный колпак вакуум-прибора, где создают и поддерживают остаточное давление 2000 Па в течение 1 ч. Затем доводя давление до атмосферного и образцы выдерживают в том же сосуде с водой при температуре (20 ± 2)°С в течение 30 мин. После этого образцы извлекают из воды, вытирают мягкой тканью и взвешивают на воздухе с точностью 0,01 г. Увеличение массы образца соответствует количеству поглощенной образцом воды. Приращение массы образца, отнесенное к первоначальному объему образца, составляет его водонасыщение по объему. Водонасыщение W образца в процентах вычисляют по формуле: (формула) (10) где.m – масса образца, взвешенного на воздухе, г; m1 – масса образца, выдержанного в воде в течение 30 мин и взвешенного в воде, г; m2 – масса того же образца, вторично взвешенного на воздухе, г; m3 – масса насыщенного водой образца, взвешенного на воздухе, г. За результат определения принимают округленное до первого десятичного знака среднее арифметическое значение трех определений. 3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРЯЧЕГО АСФАЛЬТОБЕТОНА. 3.1. Определение предела прочности асфальтобетона при сжатии. Для определения предела прочности асфальтобетона при сжатии используют пресс с гидравлическим приводом с нагрузками от 50 до 100 кН по ГОСТ 28840. Силоизмеритель пресса должен обеспечить определение разрушающей нагрузки с точностью до 0,05 МПа для образцов, имеющих предел прочности при сжатии меньше 1,5 МПа, и с точностью 0,1 МПа для образцов, имеющих предел прочности при сжатии больше 1,5 МПа. Предел прочности асфальтобетона при сжатии определяют на цилиндрических образцах, изготовленных из асфальтобетонных смесей в соответствии с разделом 1. Перед испытанием образцы выдерживают при заданной температуре (50 ± 2)°С, (20 ± 2)°С или (0 ± 2)°С. Образцы горячего асфальтобетона выдерживают в течение 1 ч в водяной бане емкостью 3…8 л (в зависимости от количества и размеров образцов). Температуру (0 ± 2)°С создают смешением воды со льдом. Для определения предела прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии используют образцы, испытанные на водонасыщение в соответствии с п. 2.7. Насыщенные водой образцы после взвешивания на воздухе снова помещает на 10…15 мин в воду, температура которой (20 ± 2)°С, а перед испытанием вытирают мягкой тканью или фильтровальной бумагой. Предел прочности при сжатии асфальтобетонных образцов определяют на прессах при скорости деформирования образца (3,0 ± 0,5) мм/мин. Перед проведением испытания на прессах с гидравлическим приводом следует установить скорость холостого хода поршня 3 мм/мин. Образец, извлеченный из водяной или воздушной бани, устанавливают в центре нижней плиты пресса, предварительно положив под образец и на него плотную бумагу или картон (для уменьшения потерь тепла). Затем опускают верхнюю плиту и останавливают ее выше уровня поверхности образца на 1,5…2 мм. После этого включают электродвигатель пресса и начинают нагружать образец. Для повышения точности определения предела прочности при сжатии рекомендуется использовать шарнирное устройство (рис. 2) представляющее собой две металлические пластины с расположенным между ними стальным шариком диаметром 6–8 мм. Шарнирное устройство обеспечивает равномерное распределение нагрузки по всей площади торца образца в случае непараллельности оснований образцов. Максимальное показание силоизмерителя принимают за разрушающую нагрузку. Предел прочности при сжатии образца Rсж вычисляют по формуле: (формула) (11) (рис.2) Рис. 2. Шарнирное устройство: 1 – шарик стальной диаметром 6–8 мм; 2 – металли- ческие пластинки; 3 – прокладка из плотной бумаги; 4 – образец асфальтобетона. где Р – разрушающая нагрузка, Н; F –первоначальная площадь поперечного сечения образца см2; 102 – коэффициент пересчета в МПа. За результат определения принимают округленное до первого десятичного знака среднее арифметическое значение испытаний трех образцов. Библиографический список 1. ГОСТ 9128–97. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. 2. ГОСТ 12801–98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний. 3. Дорожно-строительные материалы / И.М. Грушко, И.В. Королев, И.И. Борщ и др. – М.: Транспорт, 1991. – 348 с. 4. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. – М.: Высшая школа, 2003. –701 с. |