حد التحمل للأسفلت:
في عام 1970 Monismith وآخرون، اقترحو أن العلاقة بين الإجهاد في الجزء السفلي من طبقة HMA وعدد الدورات إلى كسر الأسفلت، حيث يبدو أنها تخضع لتغيير كبير في المنحدر عند مستويات الإجهاد المنخفضة، (بالقرب من 70 ميكروسترين)، فإن خلائط HMA لها، في الواقع، حياة إجهاد لا نهائية.
النظرية هي أن تفاعل الشفاء الفيزيائي والكيميائي المستمر يحدث، حتى أثناء التحميل المستمر، عند مستويات إجهاد منخفضة، لذلك؛ تتمثل إحدى الخصائص المادية لـ HMA في قدرته على استرداد مقدار ثابت من الضرر أو “إمكانية الشفاء”، إذا انخفض الضرر الناجم عن التحميل إلى ما دون “إمكانية الشفاء”، فإن تراكم الضرر يكون غير موجود تقريبًا، تميل المخططات النموذجية لإجهاد الانحناء مقابل الأحمال إلى الفشل إلى أن تبدو مثل الشكل (1) نلاحظ أنه بعد نقطة معينة تكون المؤامرة أفقية بشكل أساسي – مما يشير إلى عمر إجهاد لانهائي.
الشكل (1) رسم بياني نموذجي للتعب الانثناء يوضح حد التحمل.
مبادئ اختبار إجهاد الانحناء:
يتم إجراء اختبار إجهاد الانحناء عن طريق وضع حزمة من HMA في تحميل متكرر من أربع نقاط عند مستوى إجهاد محدد، أثناء الاختبار، ويتم تثبيت العارضة في مكانها بواسطة أربعة مشابك ويتم تطبيق حمل هافرسين (جيبي) متكرر على المشابك الداخلية مع المشابك الخارجية التي توفر حمولة تفاعل معدل الحمل المتغير، ولكن يتم ضبطه عادةً من 1 إلى 10 هرتز، ينتج عن هذا الإعداد لحظة ثني ثابتة فوق الجزء المركزي من الحزمة بين المشابك الداخلية، يتم قياس الانحراف الناجم عن التحميل في مركز الحزمة، يمكن أن يعطي عدد دورات التحميل حتى الفشل تقديرًا لعمر إجهاد خليط HMA معين، قيمة أخرى مهمة يمكن الحصول عليها من اختبار إجهاد الحزمة هي الطاقة المشتتة للعينة.
الإجهاد المستمر:
في السنوات الأخيرة، تم إجراء اختبار الإجهاد باستخدام كل من الضغط المستمر أو تطبيقات الحمل المستمر، في وضع الانفعال المستمر، يتم الحفاظ على الإجهاد ثابتًا ويسمح للضغط بالتغير، في وضع الضغط المستمر، يتم الحفاظ على الحمل كما هو ويسمح بالتنوع، حيث أظهرت التجربة أن أرصفة HMA السميكة اكبر من (125 مم) تعمل عمومًا بالقرب من وضع الضغط الثابت في الحقل، بينما تؤدي أرصفة HMA الرقيقة (أقل من (125 مم)) عمومًا أداء أقرب إلى وضع الضغط المستمر في الميدان، لذلك، يفضل وضع الإجهاد المستمر الخلائط الأكثر مرونة ويفضل وضع الإجهاد المستمر المواد الأكثر صلابة، حيث يتم استخدام وضع الانفعال الثابت على نطاق واسع لأنه يبدو أنه يوفر نتائج أكثر مقارنة بالملاحظات الميدانية.
إنهاء الاختبار:
يعتمد القرار بشأن موعد إنهاء اختبار إجهاد الانحناء على وضع الاختبار والغرض منه، بالنسبة لوضع الضغط المستمر، ويستمر الاختبار حتى تنكسر الحزمة بالفعل، بالنسبة لوضع الانفعال الثابت، حيث يكون تحديد الفشل أكثر صعوبة لأنه من أجل الحفاظ على الضغط ثابتًا، يتم تقليل الضغط المطبق باستمرار، مما ينتج عنه شعاع لا ينكسر أبدًا، لذلك؛ في وضع الانفعال المستمر، يُعرَّف الفشل عادةً على أنه النقطة التي يصل عندها الحمل أو الصلابة إلى قيمة محددة مسبقًا، عادة 50 بالمائة من القيمة الأصلية.
عدد الاختبارات:
عادة لا يكفي إجراء اختبار إجهاد انثناء واحد معزول، بدلاً من ذلك، يتم إنتاج مخطط من اختبارات متعددة (عادةً ما لا يقل عن 10)، كل منها يستخدم حمولة مختلفة (لوضع الإجهاد الثابت) أو سلالة مختلفة (لوضع الإجهاد الثابت)، حيث يمكن لهذه المخططات تقدير إجهاد خلائط HMA بشكل معقول مقابل الأحمال إلى الفشل أو الإجهاد مقابل الأحمال إلى علاقة الفشل.
درجة حرارة الاختبار:
يتم إجراء اختبار إجهاد الشعاع في درجات حرارة متوسطة، عادةً 68 درجة فهرنهايت (20 درجة مئوية)، لأنه يُعتقد أن تشقق الإجهاد هو مصدر قلق أولي لـ HMA في درجات الحرارة المتوسطة هذه، في درجات حرارة أعلى أثناء الخدمة (أعلى من حوالي 100 درجة فهرنهايت (38 درجة مئوية)، عادة ما يكون التمزق هو مصدر القلق الأكبر لـ HMA، بينما في درجات الحرارة المنخفضة (أقل من 40 درجة فهرنهايت (4 درجات مئوية) عادة ما يكون التكسير الحراري هو HMA القلق الأكبر.
وصف الاختبار:
الوصف التالي هو ملخص موجز للاختبار، إنه ليس إجراءً كاملاً ولا ينبغي استخدامه لإجراء الاختبار، حيث يمكن العثور على إجراء الاختبار الكامل في:
- AASHTO T 321: تحديد عمر التعب للأسفلت المزيج الساخن المضغوط (HMA) المعرض للانحناء المتكرر
ملخص: يتم تصنيع حزم HMA الصغيرة (15 × 2 × 2.5 بوصة (380 × 50 × 63 مم)) في آلة تحميل من 4 نقاط، والتي تعرض الحزمة لحمل متكرر، يمكن إجراء الاختبارات عند مستوى إجهاد ثابت أو عند مستوى إجهاد ثابت.
وقت الاختبار التقريبي:
يعتمد وقت الاختبار على مستوى الإجهاد المختار للاختبار، قد يكتمل الضغط العالي (400 – 800 ميكروسترين) في غضون ساعات قليلة، يمكن أن تستغرق اختبارات الإجهاد المنخفض (200 – 400 إجهاد دقيق) عدة أيام، حتى مستويات الإجهاد الأقل (50-100 إجهاد دقيق) يمكن أن تستغرق أكثر من شهر، عادةً ما يتم استخدام 8 إلى 10 عينات لتطوير النتائج لأي مزيج، ومن ثم، قد يستغرق الأمر عدة أيام إلى عدة أسابيع لتطوير بيانات إجهاد كافية للسماح بتحليل خليط معين.
الإجراء الأساسي:
- الحصول على شعاع اختبار عن طريق نشر ما لا يقل عن 0.25 بوصة (6 مم) من كلا جانبي عينة HMA مضغوطة، يجب أن تكون الأبعاد النهائية 15 بوصة (380 مم) بطول 2 بوصة (50 مم) وعرض 2.5 بوصة (63 مم).
شعاع التعب الانحناء:
- تحضير ثلاث عوارض مكررة، إذا كانت هذه العينات معدة في المختبر أو عينات سائبة، فنقم بضغطها وفقًا لـ (AASHTO PP 3)أو (ASTM D 3202) تصف إجراءات الضغط هذه استخدام ضاغط عجن خطي (بدلاً من SGC) لضغط العينات المربعة (بدلاً من الأسطوانية)، إذا كانت هذه عينات مضغوطة بالفعل تم الحصول عليها من الطريق، فلا داعي لضغطها في المختبر.
- نقم بقياس ارتفاع وعرض كل شعاع لأقرب 0.0004 بوصة (0.01 مم) عند ثلاث نقاط على طول 4 بوصات (100 مم) من الشعاع وحدد متوسط كل بُعد.
- نقم بتكييف الحزم في درجة حرارة الاختبار (عادة 68 درجة فهرنهايت (20 درجة مئوية)) لمدة ساعتين.
- نفتح المشابك ونزلق العينة في موضعها، حيث نغلق المشابك الخارجية أولاً، ثم داخل المشابك بضغط كافٍ لتثبيت العينة في مكانها.
- نضع LVDT على العينة بحيث تكون قراءة إزاحة LVDT قريبة من الصفر.
- نسمح للعينة بالراحة لمدة 10 دقائق لتخفيف أي ضغوط متبقية ناتجة عن التحميل.
- نحدد سلالة أولية (250-750 ميكروسترين)، تردد التحميل (5-10 هرتز)، والفاصل الزمني الذي يجب تسجيل النتائج فيه وإدخالها في مكونات التحكم في برنامج الاختبار.
- نقم بتطبيق 50 دورة تحميل وحدد صلابة الحزمة في الدورة الخمسين، سيتم تسجيل هذا على أنه الصلابة الأولية للشعاع.
- نحدد مستوى الانفعال الذي سيوفر ما يقدر بـ 10000 دورة تحميل قبل أن يتم تقليل الصلابة الأولية إلى 50 بالمائة أو أقل.
- بدأ الاختبار، يجب مراقبة نتائج الاختبار وتسجيلها في فترات دورة الحمل المحددة ويجب إنهاء الاختبار عندما تصل الحزمة إلى انخفاض في الصلابة بنسبة 50 بالمائة، من المحتمل ألا تصل اختبارات الإجهاد المنخفض جدًا إلى انخفاض الصلابة بنسبة 50 بالمائة في فترة زمنية معقولة، في هذه الحالة، يجب تحديد الحد الأقصى لعدد الدورات كنقطة إنهاء الاختبار.
النتائج:
يوفر اختبار إجهاد الحزمة مقياسًا لعمر التعب وطاقة التعب لأرصفة HMA، للقيام بذلك، حيث يمكن قياس أو حساب المعلمات التالية:
- أقصى إجهاد الشد.
- سلالة الشد القصوى.
- تصلب الانحناء.
- زاوية الطور.
- تبدد الطاقة لكل دورة.
- الطاقة المتشتتة المتراكمة.
- التصلب الأولي.
- عدد دورات الفشل.
- تبديد الطاقة المتراكمة حتى الفشل.
مواصفات:
لا يوجد حاليًا أي مواصفات مرتبطة بإجراء الاختبار هذا، اختبار إجهاد الانحناء هو في الأساس اختبار بحثي ولا يستخدم في المواصفات.
العمليات الحسابية – معادلة تفاعلية:
يتم إجراء حسابات الحد الأقصى من إجهاد الشد وأقصى إجهاد الشد والصلابة والطاقة المشتتة بشكل دوري (كل تكرار للحمل، كل عشر تكرار، كل 100 تكرار، إلخ).
إجهاد الشد الأقصى:
- σ t = أقصى إجهاد شد (Pa).
- أ = المسافة بين داخل المشابك (0.119 م).
- P = الحمل المطبق (N).
- ب = متوسط عرض الشعاع (م).
- ح = متوسط ارتفاع الشعاع (م).
أقصى إجهاد الشد:
- ε t = أقصى إجهاد شد (م / م).
- δ = الحمل المطبق (N).
- ح = متوسط ارتفاع الشعاع (م).
- L = طول الشعاع بين المشابك الخارجية (0.357 م).
- أ = المسافة بين داخل المشابك (0.119 م).
تصلب الانحناء:
- صلابة (S Pa).
- σ t = أقصى إجهاد شد (Pa).
- ε t = أقصى إجهاد شد (م / م).
زاوية الطور:
- φ ر = زاوية الطور (بالدرجات).
- f = تردد التحميل (هرتز).
- s = الفاصل الزمني بين الحمل الأقصى والانحراف (ق).
تبديد الطاقة في الدورة:
- D = الطاقة المشتتة لكل دورة (J / m3).
- σ t = أقصى إجهاد شد (Pa).
- ε t = أقصى إجهاد شد (م / م).
- φ ر = زاوية الطور (بالدرجات).
عندئذ تكون الطاقة المتشتتة التراكمية هي مجموع الطاقة المشتتة لكل دورة تحميل.
