Способ определения прочности сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции мостового полотна

Способ определения прочности сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции мостового полотна

Реферат

Изобретение предназначено для определения прочности сцепления между собой слоев мостового полотна относительно друг друга на сдвиг слоя гидроизоляции в результате разгона или торможения транспортных средств, а также движения транспортных средств на подъем или спуск по мостовому полотну мостового сооружения.

Известно, что дорожная одежда мостового полотна в общем случае включает в себя слой гидроизоляции, который наносят на плиту проезжей части и слои дорожного покрытия, которые укладывают поверх слоя гидроизоляции (см. «Свод правил СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-85*», 2011, с.18-22). Если прочность на сдвиг самого материала слоя гидроизоляции, а также прочность сцепления его с плитой проезжей части или с дорожным покрытием недостаточны, то целостность слоя гидроизоляции нарушается. Это приводит к разрушению слоев дорожного покрытия в результате возрастания в них напряжений и к разрушению самой плиты проезжей части мостового полотна под действием воды, проникающей через разрушенный слой гидроизоляции. Поэтому для устройства слоя гидроизоляции выбирают материалы, которые обеспечивают ее собственную прочность на сдвиг, а также прочность его сцепления с плитой проезжей части и с дорожным покрытием.

Известен способ определения прочности сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции дорожной одежды (см. Европейские нормы EN 13653: 2004 «Flexible Sheets For Waterproofing Of Concrete Bridge Decks And Other Concrete Surfaces Trafficable By Vehicles - Determination Of Shear Strength*, 2004, c. 1-7), принимаемый нами за прототип. В соответствии с этим способом изготавливают опытный образец - модель мостового полотна мостового сооружения. Модель состоит из прямоугольного основания, изготовленного из материала плиты проезжей части мостового полотна, на котором закрепляют слой испытуемого гидроизоляционного материала того же размера. Затем сверху на этот слой укладывают слой битума, из которого должен быть приготовлен асфальтобетон дорожного покрытия. Испытуемую модель устанавливают между плитами пресса под углом 15° к вертикальной плоскости. Испытание проводят при температуре модели +23°C, постоянной скорости перемещения плиты пресса в 10 мм/мин и относительной влажности воздуха 50%. В ходе испытания регистрируют текущие величины усилия обжима пресса «F_верт.i» и величину получаемого при этом сдвига слоя гидроизоляции. Сдвиг может произойти по поверхности между основанием модели и слоем гидроизоляции или между слоем гидроизоляции и слоем битума или внутри слоя гидроизоляции. Фиксируют усилие обжима пресса «F_{верт.сдв.}», при котором сдвиг достигает допустимой (предельной) величины. Прочность сцепления на сдвиг определяют по формуле «Т_{пред.сц.сдв.}=F_{верт.сдв.}/(S×cos15°)», где «S» - площадь поверхности слоя гидроизоляции в модели мостового полотна, а «F_{верт.сдв.}/cos15°» - это составляющая усилия «F_{верт.сдв.}», касательная к поверхности слоя гидроизоляции, сдвигающая его.

Недостатком способа-прототипа является то, что при проведении испытаний не в полной мере учитывается влияние прижатия слоев мостового полотна друг к другу на прочность их сцепления на сдвиг со слоем гидроизоляции. Известно (см. И.М.Руденская, А.В.Руденский «Органические вяжущие для дорожного строительства», М., ИНФРА-М, 2010, с.69), что при повышении давления на гидроизоляционный материал (например, нефтяной битум), его способность сопротивляться деформациям (в том числе сдвигу) значительно возрастает. При давлении сверх атмосферного от 0 до 0,7 МПа и более, соответствующем давлению на слой гидроизоляции от колеса грузового автомобиля и веса вышележащих слоев дорожного покрытия, сопротивляемость материала гидроизоляции деформациям может возрастать на 15-30%. В то же время в реальных условиях эксплуатации величина сдвигающего напряжения в слоях дорожных покрытий также может изменяться в широком диапазоне и достигать 0,75 МПа (см. ОДМ «Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах» - М., РОСАВТОДОР, 2002, с.139). Таким образом, соотношение между напряжениями сдвига и прижатия в реальных слоях гидроизоляции может изменяться в широком диапазоне, в том числе достигать соотношения 1:1. При заданном угле наклона к вертикали испытуемой модели в 15° сдвигающая сила составляет около 95% от силы обжима пресса, а сила прижатия составляет примерно 25% от силы обжима пресса. То есть сила прижатия в этом случае составляет всего ¼ часть от величины сдвигающей силы. Кроме того, поскольку давление прижатия для гидроизоляции определяется по формуле «Т_давл.=F_{верт.сдв.}/(S×sin15°)», где «S» - площадь поверхности слоя гидроизоляции в модели мостового полотна, а «F_{верт.сдв.}/sin15°» - это составляющая усилия «F_{верт.сдв.}», нормальная к поверхности слоя гидроизоляции при угле наклона этого слоя к вертикальной плоскости в 15°, то при данной схеме испытания образцы различных гидроизоляционных материалов (имеющих разную прочность на сдвиг) окажутся испытанными при различных давлениях прижатия. Все это делает результаты испытаний несопоставимыми. Кроме того, известно (см. И.М.Руденская, А.В.Руденский. «Органические вяжущие для дорожного строительства» - М. ИНФРА-М, 2010, с.69 и с.90), что модуль деформации, а следовательно, и прочность асфальтобетона в десятки раз выше, чем у битума. Отсюда следует, что при испытании по способу-прототипу может иметь место разрушения образца - модели не по слою гидроизоляции, а по вышерасположенному и менее прочному слою битума. Испытание по способу-прототипу не соответствует реальным условиям работы мостового полотна и не позволяет объективно оценить фактическую прочность слоя гидроизоляции. А использование в способе-прототипе в модели мостового полотна слоя битума в качестве дорожного покрытия вместо слоя покрытия из асфальтобетона также существенно искажает результаты испытания по сравнению с фактическими условиями работы слоя гидроизоляции. В целом, определение прочности сцепления между собой слоев мостового полотна относительно друг друга на сдвиг слоя гидроизоляции по способу-прототипу не обеспечивает приемлемой точности результатов испытаний.

Целью создания предлагаемого изобретения является повышение точности определения прочности сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции с остальными слоями мостового полотна.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе определения прочности сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции мостового полотна в отличие от способа-прототипа, где с каждым вариантом материала слоя гидроизоляции испытывают только одну модель мостового полотна, в которой используют слой битума в качестве дорожного покрытия, испытывают, по крайней мере, две модели мостового полотна, в которых материалы всех слоев аналогичны материалам реального мостового полотна, а зоны контактов между слоями моделей выполнены в соответствии с требованиями, установленными для строительства мостовых сооружений. При этом последовательно выполняют следующие действия.

Изготавливают, по крайней мере, два опытных образца - модели мостового полотна мостового сооружения. Каждая из моделей состоит из основания, имитирующего плиту проезжей части мостового полотна, на верхней плоской поверхности которого размещают слой гидроизоляции из испытуемого материала и сверху на этот слой укладывают покрытие, имитирующее покрытие дорожной одежды мостового полотна. Затем каждую из моделей помещают между плитами пресса и устанавливают параметры испытаний, в том числе температуру, влажность, скорость деформирования моделей, предельную величину сдвига слоя гидроизоляции или соответствующую ей допустимую величину снижения усилия обжима пресса. При этом модели помещают между плитами пресса под разными заданными углами наклона слоя гидроизоляции к вертикали. Потом обжимают плитами пресса каждую из моделей и фиксируют при этом вертикальные усилия обжима, при которых одна часть модели сдвигается относительно ее другой части до допустимой величины смещения или допустимой величины снижения усилия пресса. Затем, после сдвига слоев гидроизоляции, для каждой из моделей по зафиксированным усилиям обжима пресса определяют нагрузки, перпендикулярные к слоям гидроизоляции соответствующих моделей и имитирующие величины давления на слой гидроизоляции от веса транспортных средств вместе с весом дорожного покрытия, а также соответствующие им величины прочности сцепления при сдвиге слоев гидроизоляции. После этого по выявленной зависимости полученных величин прочности сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции от величин давления на слой гидроизоляции определяют величину прочности сцепления на сдвиг испытуемого слоя гидроизоляции мостового полотна для расчетной величины давления на слой гидроизоляции от веса транспортных средств вместе с весом дорожного покрытия. Отметим, что при испытании только двух моделей принимается линейная зависимость величин прочности сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции от величин давления на слой гидроизоляции.

По результатам испытаний на прочность сцепления на сдвиг слоев гидроизоляции из испытанных материалов нескольких спроектированных для конкретного мостового сооружения вариантов дорожной одежды выбирают из них вариант, соответствующий установленным требованиям.

Предлагаемый в качестве изобретения способ определения прочности сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции мостового полотна позволяет повысить точность определения прочности сцепления, что в свою очередь позволяет повысить надежность выбора материала слоя гидроизоляции дорожной одежды мостового полотна мостового сооружения и увеличить срок его службы.

Проведенные в соответствии с предлагаемым способом испытания подтвердили его работоспособность, эффективность и готовность к практическому применению и ЗАО «Институт «Стройпроект»» принял решение в дальнейшем использовать при проектировании мостовых сооружений предлагаемый способ определения прочности сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции мостового полотна.

Способ определения прочности сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции мостового полотна, в соответствии с которым изготавливают модель мостового полотна мостового сооружения, состоящую из основания, на верхней плоской поверхности которого размещают испытуемый слой гидроизоляции и сверху на этот слой укладывают покрытие, затем помещают модель между плитами пресса так, чтобы слой гидроизоляции модели был расположен под углом к вертикали, устанавливают параметры испытаний, потом перемещают плиты пресса в вертикальном направлении и фиксируют при этом усилия обжима, при которых происходит сдвиг слоя гидроизоляции, после этого определяют прочность сцепления на сдвиг слоя гидроизоляции с учетом площади поверхности слоя гидроизоляции в модели мостового полотна и составляющей вертикального усилия обжима, касательной к поверхности слоя гидроизоляции, сдвигающей его, отличающийся тем, что испытывают по крайней мере две модели, в которых слои гидроизоляции располагают под разными заданными углами к вертикали, при этом материалы слоев моделей выполняют из материалов, аналогичных материалам мостового полотна, а зоны контактов между слоями моделей выполняют в соответствии с требованиями, установленными для строительства мостовых сооружений, затем после сдвига слоев гидроизоляции для каждой из моделей по зафиксированным усилиям обжима пресса определяют нагрузки, перпендикулярные к слоям гидроизоляции соответствующих моделей и имитирующие величины давления на слой гидроизоляции от веса транспортных средств вместе с весом дорожного покрытия, а также соответствующие им величины прочности сцепления на сдвиг слоев гидроизоляции, после этого по выявленной зависимости полученных величин прочности сцепления на сдвиг слоев гидроизоляции от величин давления на эти слои определяют величину прочности сцепления на сдвиг испытуемого слоя гидроизоляции мостового полотна для расчетной величины давления на слой гидроизоляции от веса транспортных средств вместе с весом дорожного покрытия.