Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badania lepiszczy asfaltowych w reometrze dynamicznego ścinania - relacje konstytutywne lepkosprężystości, hipersprężystości i lepkohipersprężystości

Gajewski M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Budownictwo

|

2018

|

z. 160

3--236

PL

Praca dotyczy modelowania konstytutywnego izotropowych materiałów Iepkosprężystych zarówno w zakresie małych, jak i dużych deformacji. Omówienie zagadnień związanych z modelowaniem konstytutywnym materiałów reologicznych rozpoczyna się od prezentacji wybranych jednowymiarowych modeli ciał stałych i cieczy reologicznych ze zwróceniem szczególnej uwagi na ich cechy charakterystyczne i sposób postępowania przy ich implementacji numerycznej w standardowych algorytmach numerycznych zarówno w sformułowaniu całkowym, jak i w sformułowaniu bezpośrednim. Następnie modele te zostały uogólniane do relacji trójwymiarowych przez wykorzystanie dekompozycji stanu naprężenia i odkształcenia na części kulistą i dewiatorową. Opis modeli lepkosprężystości małych odkształceń uzupełniany jest przez rozważania dotyczące sposobu wyznaczania parametrów materiałowych modeli przy wykorzystaniu metod optymalizacji nieliniowej. Parametry wyznaczane są dla wybranych lepiszczy asfaltowych, ale przedstawiony sposób postępowania jest uniwersalny i może być stosowany przy wymaczaniu parametrów materiałowych innych materiałów, a w szczególności mieszanek mineralno-asfaltowych. Prezentowane relacje konstytutywne są stosowane do modelowania zachowania materiałów drogowych z asfaltem w szerokim zakresie temperatury i częstotliwości. Zaproponowanie relacji konstytutywnej, która dobrze odwzorowuje eksperyment przy jednej ustalonej wartości temperatury i prędkości deformacji nie stanowi większego problemu. Problemem badawczym jest proponowanie relacji konstytutywnych wraz ze sposobem wyznaczenia ich parametrów materiałowych pozwalających na poprawne modelowanie zachowania materiału w pewnym zakresie częstotliwości (prędkości deformacji) i temperatury. Zastosowanie relacji konstytutywnych małych odkształceń zostało prezentowane na przykładzie wyznaczenia właściwości efektywnych niejednorodnego kompozytu mieszanki mineralno-asfaltowej. W zagadnieniach brzegowych rozwiązywanych przy zastosowaniu metody elementów skończonych i programu ABAQUS (z własną implementacją modelu konstytutywnego lepkosprężystości) kruszywo jest modelowane relacjami liniowej sprężystości, zaś mastyks relacjami lepkosprężystości. Na podstawie tych obliczeń sformułowano podstawowe wnioski. Pierwszy z nich dotyczy anizotropii cech mechanicznych mieszanki mineralno-asfaltowej, zaś drugi stanowi motywację formułowania relacji konstytutywnych lepkosprężystości w ramach teorii dowolnych deformacji. Lokalne odkształcenia wewnątrz niejednorodnej struktury betonu asfaltowego są nawet kilkadziesiąt razy większe niż odkształcenia średnie. Oznacza to, że już przy odkształceniach spotyka w nawierzchniach drogowych, lokalnie wewnątrz struktury kompozytu wartości odkształceń i przekraczają zwyczajowe ograniczenia dla teorii małych odkształceń. Motywację stosowania teorii dowolnych deformacji dodatkowo wspiera interpretacja podstawowych testów doświadczalnych prowadzonych w laboratoriach drogowych na lepiszczach drogowych w reometrach dynamicznego ścinania (DSR). W teście skręcania próbek walcowych zlepiszcza asfaltowego można obserwować wystąpienie siły osiowej, jaka towarzyszy reakcji w pc momentu skręcającego. Teoria małych odkształceń niezależnie od wybranych relacji konstytutywnych przeanduje w tym teście zerową siłę osiową. W pracy przedstawiono interpretację testu skręcania w ramach teorii dowolnych deformacji, przy zastosowaniu relacji konstytutywnych hipersprężystości, lepkohipersprężystości i lepkosprężystości dużych deformacji. Wskazano, że w przypadku lepiszczy modyfikowanych, wysokomodyfikowanych i lepiszczy gumowo-asfaltowych zastosowanie relacji konstytutywnych hipersprężystości materiałów nieściśliwych jest w wielu sytuacjach wystarczające: Proponowane relacje konstytutywne hipersprężystości z funkcjami jednostkowej energii sprężystości zależnymi od pierwszego niezmiennika deformacji izochorycznej poprawnie przeandują zachowanie materiału w teście skręcania próbek walcowych w reometrze DSR. Zaproponowano niestandardowe testy doświadczalne, które mogą być przeprowadzane przy wykorzystaniu standardowego reometru DSR z pomiarem siły osiowej i pozwalają na jeszcze lepsze poznanie zachowania materiału. Są to: test jednoosiowego rozciągania i test jednoosiowego ściskania bek, które w konfiguracji odniesienia mają kształt walca. Przeprowadzono testy doświadczalne dla lepiszcza 65/105-60, które następnie poddano obróbce statystycznej i zaprezentowano w formie wykresów oraz w formie tabelarycznej. W przypadku tych testów przeprowadzono także symulacje numeryczne, w których potwierdzono przydatność modeli konstytutywnych hipersprężystości do modelowania lepiszczy drogowych. Szczególnie ciekawe wyniki uzyskano w przypadku testu ciągania, w którym dla znacznych deformacji obserwuje się zmianę przekroju rozciąganej próbki z kołowego na przekrój o charakterystycznych zafalowaniach. Tego typu zachowanie obserwuje się także w trakcie eksperymentów. Zachowanie to jest konsekwencją niejednoznaczności rozwiązań dla teorii dużych deformacji i może być interpretowane jako pewnego rodzaju niestabilność przy rozciąganiu. W dalszej części pracy przedstawiono sposób implementacji numerycznej relacji lepkohipersprężystości z rozwinięciem w szereg Prony’ego funkcji relaksacji dla części kulistej i dewiatorowej stanu odkształcenia. Model ten zasługuje na szczególną uwagę, gdyż pozwala na przeniesienie doświadczeń z wyznaczaniem parametrów materiałowych modelu z teorii małych odkształceń do teorii dużych deformacji, przy jednoczesnym umożliwieniu stosowania dowolnych relacji konstytutywnych hipersprężystości. Dla porównania przedstawiono dwa modele konstytutywne lepkosprężystości dużych deformacji w niejawnym sformułowaniu bezpośrednim, tj. model Filograny i model Narayana, które zostały zaproponowane w ostatnich latach w literaturze do stosowania przy modelowaniu lepiszczy asfaltowych. Modele te doskonale odwzorowują eksperymenty dla jednej ustalonej wartości temperatury i prędkości deformacji, a rozszerzenie zakresu ich stosowalności jest utrudnione (szczególnie w przypadku modelu Narayana), gdyż parametry materiałowe wchodzą do relacji konstytutywnej w sposób nieliniowy. Kolejnym problemem okazuje się implementacja numeryczna, która w każdym z przypadków musi być niestandardowa. Relacje konstytutywne obydwu modeli zaimplementowano w systemie Mathematica, co pozwoliło na ich szczegółowe zbadanie i sformułowanie wniosku, że zwłaszcza propozycja Narayana nie spełnia oczekiwań ze względu na trudność implementacji, jak i wyznaczenia parametrów. Należy podkreślić, że proponowane relacje konstytutywne powinny być podawane wraz ze sposobem wyznaczenia parametrów oraz analizą wrażliwości modelu na zmianę tych parametrów. Analizowane relacje konstytutywne hipersprężystości i lepkohipersprężystości zastosowano w zagadnieniu rozciągania elementu niejednorodnego w płaskim stanie odkształcenia do modelowania zachowania betonu asfaltowego.

EN

The study deals with constitutive modelling of isotropic, visco-elastic materials in accordance with small and large deformation theory. The presentation of the issues connected to constitutive modelling of rheological materials starts with an analysis of some chosen unidirectional models of solids and rheological fluids with special attention paid to their characteristic features and numerical implementation in standard numerical algorithms in integral and direct formulations. In the next step, such models are generalized to three dimensional constitutive models using stress and strain tensor decomposition onto spherical and deviatoric parts. The description of the visco-elasticity constitutive models is supplemented with considerations that take into account the determination of model’s parameters with non-linear optimization methods. The parameters are determined for chosen asphalt binders, but the presented approach is quite universal and may be used for determination of parameters of different materials, especially mineral-asphalt mixes. The presented constitutive models are used for modelling of materials based on asphalt in a wide range of temperature and frequency. Proposing the constitutive relationship properly reproducing experimental test results assuming one temperature and one value of velocity of deformation is not a problem nowadays. On the other hand, the research problem is to propose of the constitutive relationship together with the explicit method of parameter determination, allowing to predict the behaviour of the material in some range of frequency (deformation velocity) and temperature. The application of the constitutive relationships derived for the small deformation theory is presented on the example of effective properties determination for a mineral-asphalt mix composite. In boundary value problems solved with the finite element method and ABAQUS software (with own implementations of visco-elasticity constitutive relationships), the aggregate is modelled with the linear elasticity model, while for the mastic, the visco-elasticity model is applied. On the basis of these results the basic conclusions are formulated. The first conclusion is connected with anisotropy of mechanical properties of asphalt mix material, while the second one is a motivation for formulation of visco-elasticity constitutive relationships in terms of continuum mechanics (large deformation theory). Local strains in non-homogenous structure of the asphalt concrete are even a few dozen times higher than average strains of the sample. Consequently, it means that even for the deformations encountered in road pavements, inside the material structure the strain values locally exceed the usual limits for the small deformations theory. The motivation to use large deformation theory is additionally supported by the interpretation of basic experimental tests carried out in road laboratories on asphalt binders with a dynamic rotational rheometer (DSR). In the torsion test of cylindrical samples made from binder, the axial force appears as an effect additional to torsional moment. The small deformation theory, regardless of the selected constitutive relationships, provides zero force in this test. The work presents the interpretation of this test as a large deformation theory problem, with the use of hyperelasticity, visco-hyperelasticity and visco-elasticity of large deformations constitutive relationships. It was indicated that in the case of: modified, highly modified and rubber-asphalt binders, the use of constitutive relations of hyperelasticity of incompressible materials is already sufficient in many situations. The proposed constitutive relationships of hyperelasticity with the stored strain energy functions dependent on the first invariant of isochoric deformation, correctly predict the material’s behaviour in the torsion test carried out in the DSR rheometer. Non-standard experimental tests have been proposed to be carried out with a standard DSR rheometer which can measure axial force and allows even better understanding of the material’s behaviour. These tests are: uniaxial tensile test and uniaxial compression test for samples that have the shape of a cylinder in the reference configuration. Experimental tests were carried out for binder 65/105-60, which were then subjected to statistical processing and presented in the form of graphs (and in tables). In the case of these tests, numerical simulations were also carried out, in which the usefulness of constitutive hyperelasticity models for modelling road binders was confirmed. Particularly interesting results were obtained in the case of a tensile test in which, for significant deformations, a change in the cross-section shape was observed. Circular cross-section changes its shape into a polygon with wavy edges. It should be emphasized that this type of behaviour was also observed during the experiments conducted. The behaviour of the kind is a consequence of the non-uniqueness of solutions for the large deformation theory and can be interpreted as a kind of instability even in tension test. The next part of the work presents the method of numerical implementation of the visco-elasticity relationship with the expansion to Prony series of the relaxation function for the spherical and deviatoric part of the deformation state. This model deserves special attention because it allows to transfer experience in determining material parameters of the model from the small to the large deformation theory, together with the possibility to use my constitutive relationship of hyperelasticity. For comparison, the two constitutive models of visco-elasticity for large deformation, namely in the direct formulation, Filograna’s and Narayan’s models have been presented. These models were recently proposed for asphalt binder modelling. These models perfectly match experiments for one fixed temperature and deformation velocity value, and extension of the scope of their applicability is difficult (especially in the case of the Narayan’s model), because material parameters go into the constitutive relation in a nonlinear manner. Another problem is the numerical implementation, which in case of both models is non-standard. The constitutive relationships of both models were implemented in the Mathematica system, which allowed their detailed examination and formulation of the conclusion that, in particular, the proposal of Narayana does not meet expectations due to the difficulty of implementation and parameters determination. The proposed constitutive relations should be given together with the method determining the parameters and the analysis of the model’s sensitivity to the change of these parameters. The analyzed constitutive relations of hyperelasticity and visco-hyperelasticity were applied in the problem of non-uniform element stretching in a plane strain case, which may be treated as a presentation of the real behaviour of an asphalt mix.

2

Ocena przyczepności asfaltu do kruszyw mineralnych z wykorzystaniem metody fotogrametrycznej

Pawłowska W., Słowik M., Nowak A., Krzemień A., Wilmański A.

Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej

|

2018

|

Nr 27

127--146

PL

Zgodnie z procedurami opisanymi w normach PN-84/B-06714/22 oraz PN-EN 12697-11:2012, oceny stopnia pokrycia kruszywa lepiszczem asfaltowym dokonuje się wzrokowo przez dwóch niezależnych obserwatorów. Nie jest to jednak metoda, która umożliwiałaby precyzyjną ocenę badanego zjawiska. Zespół badawczy podjął się opracowania metodyki badawczej opartej na metodzie fotogrametrycznej pozwalającej dokonać oceny przyczepności asfaltu do kruszyw mineralnych bez konieczności wykorzystania oceny wizualnej obciążonej subiektywnymi wrażeniami obserwatora. Zakres pracy obejmował budowę stanowiska do wykonywania obrazów fotograficznych próbek kruszywa, przygotowanie próbek kruszywa o znanym stopniu pokrycia asfaltem oraz ocenę stopnia pokrycia asfaltem tych próbek przy pomocy programu GIMP, dzięki czemu możliwa była weryfikacja tej metody. Następnie dokonano oceny przyczepności asfaltu do kruszyw mineralnych metodami opisanymi w normach PN-84/B-06714/22 i PN-EN 12697-11:2012, co było praktycznym zastosowaniem metody opisanej w pracy. Wykazano, że metoda fotogrametryczna pozwala dokładniej ocenić stopień pokrycia asfaltem kruszyw mineralnych niż stosowana dotychczas ocena wizualna.

EN

The assessment of the degree of coverage of aggregates with an asphalt binder is performed visually by two independent observers in accordance with the procedures described in standards PN-84/B-06714/22 and PN-EN 12697-11: 2012. However, this is not a method that would allow for precise evaluation of the studied phenomenon. The research team undertook the development of a research methodology based on a photogrammetric method that allows for determining the adhesion of asphalt to mineral aggregates without the need to use a visual assessment burdened with the subjective impressions of the observer. The scope of the work included the construction of a test stand for making photographic images of samples of aggregate covered with bitumen, preparation of aggregate samples with a known degree of asphalt binder covering and assessment of the asphalt binder covering aggregate grains using the GIMP program, thanks to which it was possible to verify this method. Next, the adhesion of asphalt binder to mineral aggregates was evaluated using the methods described in the standards: Polish PN-84/B-06714/22 (Polish) and PN-EN 12697-11: 2012 (European), which was a practical application of the method described in the paper. It was shown that the photogrammetric method allows to more accurately determining the degree of mineral aggregate coverage with asphalt binder than the visual assessment applied so far.

3

Wpływ starzenia na skład grupowy lepiszczy asfaltowych

Osowiecka B., Zieliński J., Błażejowski K., Wójcik-Wiśniewska M.

Przemysł Chemiczny

|

2017

|

T. 96, nr 4

714--718

PL

Przedstawiono wyniki badań zmian składu grupowego asfaltu drogowego oraz asfaltu modyfikowanego w wyniku procesu starzenia krótkoterminowego (technologicznego). Rozdział lepiszczy asfaltowych na frakcje przeprowadzono metodą chromatografii elucyjnej. Ocenę wpływu starzenia dokonano na podstawie zmiany zawartości poszczególnych składników grupowych w stosunku do asfaltów niestarzonych. W wyniku starzenia nastąpiła zmiana składu grupowego badanych lepiszczy asfaltowych i była tym większa im dłuższy był czas i wyższa temperatura starzenia asfaltu. Potwierdzono występowanie konwersji składników grupowych.

EN

Two com. petroleum bitumens were aged at 163–240°C for 120–360 min and studied for group compn. by elution chromatog. An increase in content of asphaltenes and a decrease in contents of resins as well as arom. and satd. hydrocarbons were obsd. during aging.

4

Badania właściwości asfaltów z dodatkiem wosku

Brzozowska T., Makomaski G., Zieliński J., Liszyńska B., Osowiecka B., Legocka I.

Przemysł Chemiczny

|

2017

|

T. 96, nr 4

719--723

PL

Przedstawiono wyniki badań wpływu dodatku wosku Sasobit na właściwości fizykochemiczne i reologiczne asfaltu. Przedstawiono sposób otrzymywania kompozycji asfalt-wosk oraz metodykę badań ich właściwości (temperatura mięknienia i łamliwości asfaltu, penetracja w 15 i 25°C, lepkość dynamiczna w 60, 90, 135 i 150°C, temperatury technologiczne kompozycji). Stwierdzono korzystny wpływ wosku na badane asfalty.

EN

Two com. petroleum bitumens were modified by addn. of polyethylene wax (up to 5% by mass) at 150–170°C for 60 min. The addn. resulted in increasing the softening and breaking temps., dynamic viscosity at 60°C and penetration index. The wax addn. did not effect the operational conditions of the paving.

5

Badanie rozpadu kationowych emulsji asfaltowych

Trzaska E.

Drogownictwo

|

2016

|

nr 6

194--196

PL

W artykule omówiono zmiany wprowadzone w projektach normach FprEN 13075-1:2015 Asfalty i lepiszcza asfaltowe – Badanie rozpadu – Część 1: Oznaczanie indeksu rozpadu kationowych emulsji asfaltowych, metoda z wypełniaczem mineralnym oraz FprEN 13075-2:2015 Asfalty i lepiszcza asfaltowe – Badanie rozpadu – Część 2: Oznaczanie czasu mieszania kationowych emulsji asfaltowych, w stosunku do norm opublikowanych w 2009 r.

EN

The article presents changes which was made to the draft standards FprEN 13075-1:2015 Bitumen and bituminous binders – Determination of breaking behaviour – Part 1: Determination of breaking value of cationic bituminous emulsions, mineral filler method and FprEN 13075-2:2015 Bitumen and bituminous binders – Determination of breakingbehaviour – Part 2: Part 2: Determination of fines mixing time of cationic bituminous emulsions, in relation to the standards published in 2009.

6

Normalizacja asfaltów i lepiszczy asfaltowych

Trzaska E.

Magazyn Autostrady

|

2013

|

Nr 10

22--25

PL

W artykule przedstawiono podstawowe zadania Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego CEN, Komitetu Technicznego CEN/TC 336 oraz Polskiego Komitetu Normalizacyjnego PKN i Komitetu Technicznego 222. Omówiono działalność Podkomitetu ds. Asfaltów KT 222, zajmującego się normami dotyczącymi tematyki asfaltów i lepiszczy asfaltowych. Zaprezentowano normy zawierające klasyfikację lepiszczy asfaltowych do zastosowań drogowych i przemysłowych, z uwzględnieniem załączników krajowych opracowanych do tych norm.

EN

The article presents the basic tasks of the European Committee for Standardization CEN, Technical Committee CEN/TC 336 and the Polish Committee for Standardization PKN and the Technical Committee 222. The activities of the Subcommittee on Asphalt TC 222 dealing with standards concerning the subject of bitumen and bituminous binders was discussed. Standards including framework specification bituminous binders for paving and industrial applications, including the National Annexes to the standards developed are presented.

7

Beton asfaltowy o wysokim module w Polsce

Sybilski D, Bańkowski W.

Drogownictwo

|

2011

|

nr 7-8

232--238

PL

Głównymi uszkodzeniami asfaltowych nawierzchni drogowych są deformacje trwałe. W latach 1980-tych we Francji opracowano technologię betonu asfaltowego o wysokim module sztywności (EME). Przyczyniło się to do zwiększenia odporności nawierzchni asfaltowych na deformacje, a jednocześnie podwyższono trwałość zmęczeniową nawierzchni i zmniejszono ryzyko powstawania związanych z tym spękań. Doświadczenia francuskie przyjęte zostały w innych krajach. W Polsce prace badawcze i zastosowania w pełnej skali prowadzone były w IBDiM od 1997 r. Nawierzchnie z warstwami o wysokim module sztywności od kilku lat są w Polsce stosowane na wielu remontowanych i nowo budowanych drogach i autostradach. W artykule przedstawiono historię prac badawczych i ich rezultaty.

EN

Main distress in asphalt road pavements is permanent deformation. In 1980-ties in France, technology of High Modulus Asphalt Concrete Has been developed. It improved resistance to permanent deformations, and pavement fatigue life simultaneously, and risk of relevant fatigue cracking. French experience was adopted in other countries. In Poland, the research and full scale applications were led by Road&Bridge Research Institute since 1997. Pavements with HMAC layers are applied in Poland on rehabilitated or newly constructed roads and motorways for a few years. The paper presents the history of research Works and their results.