Приложение 1. Методы испытаний рулонных синтетических материалов

Приложение 1

Методы испытаний рулонных синтетических материалов

А. Определение механических характеристик СМ в условиях одноосного растяжения (упрощенная методика). Механические характеристики СМ определяют растяжением образца СМ прямоугольной формы размером 5Х20 см (рис.1). Испытуемый образец закрепляют в двух зажимах, один из которых установлен неподвижно, а через второй ступенями прикладывают нагрузку. Расстояние между зажимами (длина деформируемой части образца) 10 см. По боковым граням подвижного зажима установлены направляющие, служащие для предотвращения его перекоса в процессе испытаний. Направляющая снабжена шкалой, по которой замеряют перемещения зажима после каждой ступени нагружения и разгрузки (общая и остаточная деформации). При небольших перемещениях (3 - 5 мм при нагрузках 25 - 30 Н/см) необходимо применять более точную аппаратуру, например прогибомеры типа ПМ-130 с ценой деления не менее 0,1 мм.

Общее число ступеней нагружения принимается равным 8 - 10, причем 4 - 5 из них должны приходиться на диапазон нагрузок до 25 - 30 Н/см, а первую из них назначают равной 3 Н/см. Время выдержки на каждой ступени 15 с.

Для оценки надежности закрепления вдоль кромок подвижного и неподвижного зажимов на СМ любым красителем наносят полосы. При правильном закреплении полосы не должны отходить от зажима, а разрыв образца происходит в средней его части.

Испытывают не менее 6 образцов: 3 в продольном и 3 в поперечном направлениях по отношению к направлению раскатки рулона.

Механические характеристики CM (п.2.2.5) определяют из следующих выражений:

; ; (1)

; , (2)

где R', - общая нагрузка, Н, и перемещение зажима, см, при разрыве образца; и - общая и упругая относительные деформации при нагрузке Н/см (вычисляют аналогично ); - перемещение зажима на первой ступени нагружения, см; и b - соответственно длина и ширина образца, см.

Б. Определение механических характеристик СМ в условиях сложного напряженного состоянии методом сферического растяжения. Испытания СМ по методу сферического растяжения заключаются в нагружении жидкостью (маслом) защемленного по контуру круглого образца СМ диаметром 12 см (рис.2, а) через резиновую предварительно оттарированную мембрану. Для оценки механических свойств CM, как правило, достаточно 5 образцов. Испытания проводятся путем приложения к образцу ступенчатой нагрузки (5 - 6 ступеней) с разгрузкой на каждой ступени. Выдержка нагрузки на каждой ступени 15 с.

Величину прогиба мембраны замеряют на каждой ступени приложения нагрузки. Определение восстанавливающей части прогиба мембраны осуществляют также на каждой ступени при разгрузке образца. Общую относительную деформацию и растягивающее усилие (рис.2, б, в) рассчитывают на каждой ступени нагружения по формулам:

, (3)

, (4)

где q - удельное давление жидкости на испытываемый образец, МПа; r - радиус испытываемого образца, см.

Величину восстанавливающейся части относительной деформации рассчитывают по формуле (4), но при значении ( - величина восстанавливающейся части общего прогиба мембраны).

Значения условных модулей упругости и деформации СМ рассчитывают по формуле (2).

В. Определение механических характеристик СМ по методу длительного растяжения. Испытания состоят в замере через определенные промежутки времени деформаций образцов, к которым приложены длительно действующие постоянные нагрузки R. Испытаниям подвергают образцы прямоугольной формы шириной 50 и длиной 20 см при длине свободно растягиваемой части см (рис.3, а). Для примерной предварительной оценки допустимо уменьшение ширины образцов до стандартной - 5 см (приложение 1А), но с дополнительной установкой накладок, препятствующих их сужению (рис.3, б). Конструкцию накладок назначают в зависимости от вида СМ таким образом, чтобы его структура не нарушалась. На рис.3,в представлены различные варианты накладок.

Испытания выполняют в следующем порядке:

проводят предварительные испытания трех образцов СМ по методике приложения 1А, при времени выдержки на каждой из ступеней нагружения 10 мин. По их результатам назначают нагрузку R для основных испытаний. При этом если деформация % (без учета начальной - см. приложение 1А) достигается до разрыва образцов значения R в основных испытаниях принимают равными 30, 50, 70, 90% от (где - нагрузка при %). В противном случае значения принимают в долях нагрузки при разрыве : для полиамидных, полиэфирных тканых и нетканых (исключая нетканые из коротких волокон при химическом способе упрочнения полотна) - 30, 45, 60, 75% от ; для полипропиленовых - 5, 10, 15, 20% от ; для остальных при отсутствии данных о свойствах - 20, 30, 40, 50, 60, 70% от ;

к образцам основных испытаний (см. рис.3а, б) прикладывают начальную нагрузку Н/см и через мин замеряют величину удлинения образца с помощью прогибомеров ПМ-130 или других устройств с точностью отсчета не ниже 0,1 мм;

нагрузку дополняют для каждого из образцов до одной из нагрузок R, ранее принятых по результатам предварительных испытаний. Через определенные промежутки времени проводят замер удлинений образцов , Время замеров назначают равным 1, 2, 4, 6, 24, 48 ч. Время последующих замеров назначают в зависимости от хода деформирования образцов. Если значения для полиамидных и полиэфирных, для полипропиленовых и для других видов материалов, а удлинение за последние 24 ч меньше 10% удлинения за первые 24 ч, испытания прекращают. В других случаях испытания проводят до достижения удлинения или до начала роста скорости деформирования образца, но не более 60 сут, время между замерами 24 ч (для примерной оценки можно ограничиться временем испытаний 48 ч).

Обработку данных выполняют в следующем порядке:

по результатам испытаний строят график зависимости относительных деформаций образца (, %) от времени наблюдении (lg t, ч) для каждого из значений постоянно действующих нагрузок R (рис.4), где ;

вычисляют значения конечных деформаций при каждом из значений R, исключая те, при которых наблюдается рост скорости деформирования образца (рост угла наклона прямой на рис.4 к оси lg t),

,

где - относительная деформация образца за время наблюдения, равное 1 ч; ; Т - требуемый срок службы;

строят график зависимостей от R (рис.5). Величину допустимой нагрузки на растяжение СМ принимают равной нагрузке R, соответствующей на графике значению %. Если на данном графике все значения %, то принимают равным минимальному из значений R, при котором наблюдается рост скорости деформирования образца (, рис.4);

определяют расчетное значение допустимого растягивающего напряжения для CM из выражения .

График должен быть построен не менее чем по трем точкам. Если же по результатам испытаний может быть вычислено меньше трех значений , проводят дополнительные испытания (одно или два) при значениях R, меньших максимального, для которого вычислено значение .

При определении величины для расчетов устойчивости откосов насыпи, возводимых на слабых основаниях (пп.3.2.7, 3.2.8), испытания проводят при R, назначаемых в долях от , как сказано ранее, в любом случае (независимо от величины ). За принимают минимальное значение R при котором наблюдается рост скорости деформирования образцов ().

Г. Методика оценки сопротивляемости СМ местным повреждениям. Оценка сопротивляемости СМ местным повреждениям проводится для выяснения возможности его укладки непосредственно под крупнофракционные материалы - щебень, гравий, шлак и другие, если в процессе строительства или эксплуатации возникают значительные нагрузки на уровне укладки СМ. Методика оценки сопротивляемости СМ местным повреждениям состоит в следующем:

в лабораторных условиях в жесткой прямоугольной обойме размером 15Х30 см создают трехслойную модель, верхний слой которой - крупнофракционный материал, средний - образец СМ размером 15Х20 см, нижний - грунт. Размер фракций и толщина материала верхнего слоя, вид и состояние (плотность, влажность грунта нижнего слоя) должны отвечать конкретным условиям строительства. Толщину слоя грунта принимают равной 10 см;

через прямоугольный штамп размером 150Х100 мм, устанавливаемый на поверхности модели, прикладывают давление, соответствующее расчетному (0,6 МПа при оценке сопротивляемости повреждениям в период строительства, не менее 0,1 МПа в других случаях). Общее число циклов приложения нагрузки 10, с выдержкой расчетной нагрузки в течение 1 мин и последующей разгрузкой;

образец СМ извлекают из модели и визуально оценивают степень его повреждения. При отсутствии явно выраженных нарушений структуры СМ, проколов образцы разрезают на три полосы размером 5Х20 см и испытывают их в соответствии с методикой приложения 1А. Укладку на поверхность СМ крупнофракциоиных материалов считают возможной при отсутствии явно выраженных нарушений его структуры и снижении прочности не более чем на 10% для нетканых иглопробивных и 5% для других видов СМ.

Д. Методика определения сопротивления сдвигу СМ по грунту. Для определения сопротивления сдвигу СМ по грунту используют прибор, схема которого представлена на рис.6. Он состоит из верхней и неподвижной нижней жестких прямоугольных обойм размером 10х20 см. Обе обоймы заполняют грунтом, который пригружается через штамп. СМ располагают на контакте верхней и нижней обойм. Для того чтобы исключить поперечную деформацию СМ при действии нагрузки (исключение возможности изменения площади находящегося в грунте СМ), а также его смятие при движении, СМ закрепляют в специальной рамке с помощью винтов на половину длины обойм. Снижение величины сил трения при движении рамки достигают с помощью шариков, размещенных в канавках.

Испытания проводят в следующей последовательности:

заполняют подготовленным грунтом нижнюю обойму прибора и уплотняют его через металлическую прокладку (в том случае, если в испытаниях используется грунт нарушенного сложения), срезают грунт на 2 - 3 мм выше верхней плоскости нижней обоймы;

на нижнюю обойму устанавливают рамку с закрепленным в ней образцом СМ;

заполняют подготовленным грунтом верхнюю обойму и уплотняют его (если используется грунт нарушенного сложения);

устанавливают на рамку верхнюю обойму с грунтом, на поверхность грунта устанавливают штамп и прикладывают вертикальную нагрузку Q, имитирующую вес грунта (дорожной одежды) с выдержкой до начала опыта в течение 1 ч;

при каждом из значении вертикальных нагрузок Q (не менее трех), принимаемых таким образом, чтобы диапазон их изменения охватывал реально действующую в дорожной конструкции, проводят испытания. Для этого ступенями (не менее 6 - 8 за период испытаний) прикладывают горизонтальную нагрузку с фиксацией перемещений СМ в точках А и Б (в точке А - прогибомером с закреплением струны на образец).

Время выдержки на каждой ступени горизонтальной нагрузки выбирают из расчета выполнения испытания за время не более 4 мин, причем время выдержки на каждой ступени нагружения должно быть достаточно лишь для выявления стабилизации перемещения. Опыт считается законченным, если перемещение в точке Б рамки с геотекстильным материалом приобретает незатухающий характер или величина перемещений в точке А превысит 5% длины обоймы.

Соответствующее окончанию опыта значение горизонтальной нагрузки принимается за предельное. Обработка проводится путем построения зависимости , где (F - площадь части образца, закрепленной в грунте), и определения значений прочностных характеристик , C' подобно определению и С на диаграмме сдвига для грунта (ГОСТ 12248-78).