прибор для определения прочности сцепления каменного материала с вяжущим

Формула изобретения

ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ КАМЕННОГО МАТЕРИАЛА С ВЯЖУЩИМ, содержащий плиту с закрепленными на ней ограничителями каменной пластины и стойку, на которой с помощью винтового зажима прикреплен штатив с нагрузочным устройством, отличающийся тем, что он снабжен полой цилиндрической платформой с упругими элементами для закрепления на ограничителях, фиксаторами и емкостью, установленной на плите под платформой, при этом каменная пластина с одной стороны снабжена усеченным конусом, а нагрузочное устройство - валом, диском с рукояткой, удлинителями и штангой с ударником и сменными грузами, причем угол между осью штанги и плоскостью пластины составляет 68 - 74^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытаниям дорожно-строительных материалов, а именно к приборам для определения прочности сцепления каменных материалов с вяжущим в слоях поверхностных обработок дорожных покрытий в лабораторных условиях.

Известен прибор для определения силы сцепления битума с каменным материалом в асфальтобетоне, содержащий плиту с размещенным на ней испытуемым образцом в виде штампа-эталона и стойки, на которую с помощью винтового зажима крепится стержень, соединенный одним концом с образцом, а другим - с трособлочной системой и нагружающим приспособлением [1].

Недостатком прибора является низкая достоверность результатов испытаний ввиду несоответствия условий испытаний натурным условиям, обусловленного жестким закреплением образца со стержнем, отсутствием динамического воздействия ударной нагрузки, необходимостью готовить образцы с гладкой отполированной поверхностью.

Известно устройство для определения прочности сцепления каменного материала с вяжущим, содержащее станину, испытуемый образец в виде пластины, которая крепится одним краем к станине, и нагружающее устройство, которое воздействует на свободный край пластины ударной цилиндрической нагрузкой [2].

Однако данное устройство не обеспечивает достоверности результатов испытаний ввиду несоответствия условий испытания, обусловленного жестким закреплением образца-пластины в станине и воздействием нагрузки только на один край пластины, в то время как в реальных условиях образец в виде слоя дорожного покрытия под действием нагрузки от транспортных средств прогибается в центральной части воздействия нагрузки, а отдельные минеральные зерна способны сдвигаться относительно подложки ввиду вязкотекучих свойств битума.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является прибор для определения прочности сцепления каменного материала с вяжущим, содержащий плиту с закрепленными на ней ограничителями, испытуемый образец в виде пластины и стойки, на которой с помощью винтового зажима крепится штатив с нагружающим устройством, рабочим элементом которого является стальной шар-груз [3].

Однако известный прибор характеризуется низкой достоверностью результатов ввиду несоответствия условий испытаний натурным условиям, обусловленного неизменностью положения крайних зон образца во время испытания и прогибом под действием силы сбрасываемого шара-груза центральной части пластины, в то время как в натурных условиях нагрузка воздействует не только в вертикальной, а в большей степени в горизонтальной плоскости. Кроме того, в натурных условиях под действием нагрузки происходит прогиб покрытия не только в точке воздействия нагрузки, но и за ее пределами, плавно уменьшаясь по мере удаления от центра. Эти несоответствия обусловлены жестким закреплением пластины на ограничителях плиты и закреплением груза в платформе с возможностью его только вертикального воздействия (удара) на пластину.

Цель изобретения - повышение долговечности слоя износа дорожных покрытий за счет точной оценки прочности сцепления каменных материалов с вяжущим в слое износа (слое поверхностной обработки), повышение достоверности результатов испытаний путем приближения условий испытаний к натурным условиям.

Предлагаемый прибор для определения прочности сцепления каменных материалов с вяжущим содержит плиту с закрепленными на ней ограничителями, испытуемый образец в виде пластины, устанавливаемый на ограничители, и стойку. На стойке с помощью винтового зажима крепится штатив с нагружающим устройством. Для крепления образца-пластины прибор снабжен полой цилиндрической платформой, снабженной по краям упругими элементами, которые закреплены ограничителями и фиксаторами для закрепления образца на платформе. На плите под платформой установлена емкость для сбора зерен щебня, отделившихся от образца-пластины во время его испытания. Образец-пластина снабжен с верхней стороны усеченным конусом для восприятия ударной циклической нагрузки. Нагрузочное устройство прибора содержит вал, закрепленный с возможностью вращения в опоре штатива. На вале закреплен диск с рукояткой, удлинителем и штанга с ударником и сменными грузами. При этом угол, образованный между осью штанги и плоскостью образца-пластины в момент касания рабочей поверхности ударника с боковой поверхностью усеченного конуса, составляет 68-74^о.

Существенным признаком предлагаемого изобретения, отличающим его от прототипа и других известных технических решений, является наличие полой цилиндрической платформы с упругими элементами, внутри которой закрепляется образец-пластина. В научно-технической литературе известны устройства, в которых упругие элементы, воспринимая вертикальные перемещения, служат для крепления и смягчения ударных нагрузок. В предложенном устройстве платформа и упругие элементы используются не по прямому назначению, а для обеспечения возможности прогиба образца-пластины по всей его площади при одновременном перемещении как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, что приближает условия испытаний к натурным. При этом упругое закрепление образца-пластины в платформе обеспечивает имитацию упругой связи испытуемого материала с образцом, которая возникает при отрыве материала в результате упругого воздействия автомобильного колеса на дорожное покрытие и пластических свойств вяжущего, обеспечивающих зернам возможность под действием нагрузки от колеса перемещаться на короткое расстояние в горизонтальной плоскости без отрыва от подложки. Таким образом наличие полой цилиндрической платформы с упругими элементами, внутри которой закреплен образец-платформа, обеспечивает приближение условий испытаний к натурным и повышение за счет этого достоверности результатов испытаний.

Другим существенным признаком предлагаемого изобретения, отличающим его от других технических решений, является наличие штанги с ударником, закрепленных на валу штатива, и усеченного конуса, закрепленного на верхней стороне образца-пластины, которые обеспечивают величину угла, образованного между осью штанги и плоскостью образца-пластины в момент касания ударника об усеченный конус, равную 68-74^о. В научно-технической литературе известны устройства, в которых используются штанги с ударниками, воздействующие на основание-плиту. Однако данные устройства обеспечивают передачу образцу только вертикальной нагрузки, что не обеспечивает соответствия натурным условиям. В предложенном приборе в отличие от известных устройств штанга с ударником и усеченный конус, закрепленный на образце, обеспечивают передачу ударной нагрузки под углом 68-74^о, что имеет место в натурных условиях при контакте протектора автомобильного колеса с зернами щебня в поверхностных слоях покрытия автомобильной дороги. При этом сила инерции, возникающая в материале подложки под действием ударной нагрузки и направленная под углом 68-74^о, (угол между осью штанги и плоскостью подложки) вызывает отрыв зерен испытуемого материала в соответствии с натурными условиями. Таким образом наличие штанги с ударником, закрепленным на валу штатива, и усеченного конуса, закрепленного на верхней стороне образца-пластины, которые обеспечивают величину угла, образованного между осью штанги и плоскостью образца-пластины в момент касания ударника об усеченный конус, равную 68-74^о, обеспечивают приближение условия испытания к натурным, повышают достоверность результатов испытаний.

На чертеже изображен предлагаемый прибор.

Прибор содержит плиту 1, на которой закреплены ограничители 2 с испытуемым образцом в виде пластины 3 и стойка 4. На стойке 4 с помощью винтового зажима 5 крепится штатив 6 с нагружающим устройством. Для крепления образца-пластины 3 прибор снабжен полой цилиндрической платформой 7, снабженной по краям упругими элементами 8, которые закреплены на ограничителях 2, и фиксаторами 9 для крепления образца 3 на платформе 7. На плите 1 под платформой 7 установлена емкость 10 для сбора зерен щебня, отделившихся от образца-пластины 3 во время его испытания. Образец-пластина 3 снабжен с верхней стороны усеченным конусом 11 для восприятия циклической ударной нагрузки. Нагрузочное устройство прибора содержит вал 12, закрепленный с возможностью вращения в опоре штатива 6. На валу 12 закреплены диск 13 с рукояткой 14 и удлинителем (на чертеже не показан) и штанга 15 с ударником 16 и сменными грузами 17. При этом угол А, образованный между осью штанги 15 и плоскостью образца-пластины 3 в момент касания рабочей поверхности ударника 16 с боковой поверхностью усеченного конуса 11, составляет 68-74^о.

Устройство работает следующим образом.

Образец-пластину 3 с нанесенным слоем испытуемого материала устанавливают в полую цилиндрическую платформу 7 так, чтобы усеченный конус 11 располагался вверху, в слой испытуемого материала - внизу, после чего образец 3 закрепляют в платформе 7 фиксаторами 9. Под платформу 7 на плиту 1 устанавливают емкость 10 для сбора зерен материала, отделившихся от образца 3 в процессе его испытания. Штатив 6 вместе с валом 12 и диском 13 поднимают настолько, чтобы угол А, образованный между осью штанги 15 и плоскостью образца 3 при касании ударника 16 об усеченный конус 11, составлял 68-74^о, после чего данное положение штатива 6 фиксируют зажимом 5, а положение штанги 15 фиксируют винтом, установленным на валу 12 (на чертеже не показан). Затем за рукоятку 14 поворачивают диск 13 против часовой стрелки на 90^о, после чего рукоятку 14 отпускают. Рукоятка 14 с обратной стороны диска 13 имеет удлинитель (на чертеже не показан), который контактирует cо штангой 15 и при повороте диcка 13 обеспечивает одновременно с этим поворот штанги 15 относительно вала 12, при котором ударник 16 поднимается над образцом-пластиной 3. При снятии усилия с рукоятки 14 ударник 16 под действием собственного веса и веса сменных грузов 17 ударяет по боковой поверхности конуса 11, приводят в движение образец-пластину 3, от которой отделяются зерна материала, попадающие в емкость 10. По истечении заданного количества ударов ударника 16 о конус 11 определяют показатель прочности сцепления каменных материалов с вяжущим по формуле

П_с= (К_о-К₁)/К_о, где К_о - общее количество зерен, наклеенных на образец-пластину;

К₁ - количество зерен, отпавших от образца после механического воздействия.

Величина угла А, равного 68-74^о, установлена расчетом с учетом моделирования натурных условий. Если за испытуемый образец 3 принять поверхность дороги, а за вал 12 - ось автомобильного колеса при его качении по поверхности дороги, то отрыв щебня от покрытия может происходить по крайней точке касания протектора колеса, удаленной от перпендикуляра, опущенного на поверхность покрытия из центра колеса, на величину:

X = , где r - радиус недеформированного колеса;

r_к - радиус качения (статический радиус).

При этом угол А, образованный между величиной Х и основным радиусом r, будет равен

A = arccos(x/r)=arccos/r=arccos((r²-r²_к)/r²)

В то же время известно, что отношение r_к/r для различных типов автомобильных шин находится в пределах 0,93-0,96. В этом случае угол должен изменяться в пределах от 68 до 74^о (68^о соответствует отношению r_к/r, равному 0,93; 74^о соответствует отношению r_к/r, равному 0,96). Таким образом приведенный расчет подтверждает пределы изменения угла А. Угол А не может иметь значений менее 68^о и более 74^о, так как он соответствует техническим характеристикам шин, выпускаемых промышленностью.

К техническим преимуществам предлагаемого прибора относятся повышенная достоверность результатов испытаний, достигаемая путем приближения условий испытаний к натурным условиям. Эти преимущества достигаются благодаря наличию в приборе полой цилиндрической платформы с упругими элементами, внутри которых закрепляется образец-пластина, а также благодаря наличию штанги с ударником, закрепленных на валу штатива, и усеченного конуса, закрепленного на верхней стороне образца-пластины, которые обеспечивают величину угла, образованного между осью штатива и плоскостью образца-пластины в момент касания ударника об усеченный конус, равную 68-74^о.

Благодаря такому выполнению прибора он обеспечивает приближение условий испытаний к натурным.

К преимуществам предлагаемого прибора можно отнести также его простоту, надежность и независимость в работе (использовании) от какого-либо стационарного оборудования, работающего от энергии электрического тока. Прибор удобен в работе и прост в обслуживании.