Предварительный национальный стандарт ПНСТ 81-2016 "Дороги автомобильные общего пользования. Материалы вяжущие нефтяные битумные. Метод определения усталостной характеристики" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 марта 2016 г. N 3-пнст)

Automobile roads of general use. Petroleum-based bitumen binders. Method of determining the fatigue characteristic

Срок действия - с 1 июня 2016 г.
по 1 июня 2019 г.

Предисловие

1 Разработан Обществом с ограниченной ответственностью "Инновационный технический центр" (ООО "ИТЦ") совместно с Автономной некоммерческой организацией "Научно-исследовательский институт транспортно-строительного комплекса" (АНО "НИИ ТСК")

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 418 "Дорожное хозяйство"

3 Утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 марта 2016 г. N 3-пнст

4 Введен впервые

Введение

Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений стандарта AASHTO ТР 101 "Оценка усталостной устойчивости битумных вяжущих с применением линейно возрастающих колебательных нагрузок" (AASHTO ТР 101 "Estimating Damage Tolerance of Asphalt Binders Using the Linear Amplitude Sweep") и входит в комплекс стандартов, нормирующих метод объемного проектирования асфальтобетонных смесей в Российской Федерации.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на нефтяные битумные вяжущие материалы (далее - битумные вяжущие), применяемые в качестве вяжущего материала при строительстве, ремонте и реконструкции дорожных покрытий и оснований, и устанавливает метод определения показателя усталостной характеристики путем циклического нагружения с линейно возрастающими амплитудами.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.044-89 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения

ГОСТ 12.4.131-83 Халаты женские. Технические условия

ГОСТ 12.4.132-83 Халаты мужские. Технические условия

ГОСТ 12.4.252-2013 Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты рук. Перчатки. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ 3134-78 Уайт-спирит. Технические условия

ГОСТ 33140-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения старения под воздействием высокой температуры и воздуха (метод RTFOT)

ГОСТ Р 12.1.019-2009 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ПНСТ 84-2016 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы вяжущие нефтяные битумные. Метод старения под действием давления и температуры (PAV)

ПНСТ 87-2016 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы вяжущие нефтяные битумные. Метод определения свойств с использованием динамического сдвигового реометра (DSR)

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения национального стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применен следующий термин с соответствующим определением:

3.1 битумное вяжущее (bitumen binder): Органический вяжущий материал, производимый из продуктов переработки нефти с добавлением при необходимости органических модифицирующих добавок.

4 Требования к средствам измерений, вспомогательным устройствам, материалам и реактивам

При выполнении испытаний применяют средства измерений, вспомогательные устройства и реактивы по ПНСТ 87.

5 Метод измерений

Сущность метода заключается в оценке сопротивления битумного вяжущего разрушению при циклическом нагружении с увеличением амплитуды деформации.

6 Требования безопасности и охраны окружающей среды

Битумные вяжущие согласно ГОСТ 12.1.007 относятся к 4-му классу опасности, являются малоопасными веществами по степени воздействия на организм человека.

При работе с битумными вяжущими используют специальную защитную одежду по ГОСТ 12.4.131 или ГОСТ 12.4.132. Для защиты рук используют перчатки по ГОСТ 12.4.252.

При выполнении измерений соблюдают правила по электробезопасности по ГОСТ Р 12.1.019 и инструкции по эксплуатации оборудования.

Битумные вяжущие согласно ГОСТ 12.1.044 относятся к трудногорючим жидкостям. Работы с применением битумов следует проводить с соблюдением требований пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004.

Испытанный материал утилизируют в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.

7 Требования к условиям измерений

При выполнении измерений соблюдают следующие условия для помещений, в которых испытываются образцы:

- температура (233)°С;

- относительная влажность (5515)%.

8 Подготовка к выполнению измерений

8.1 При подготовке к выполнению измерений проводят следующие работы:

- подготовка образцов;

- подготовка к испытаниям.

8.2 Подготовка образцов

Испытания проводят на битумном вяжущем, состаренном в соответствии с ГОСТ 33140 или в соответствии с ПНСТ 84.

Образцы для испытания подготавливают в соответствии с ПНСТ 87, с использованием плит диаметром 8 мм.

Примечания

1 Для достижения достаточной адгезии образца битумного вяжущего и плит измерительной системы рекомендуется нагреть плиты измерительной системы до температуры 64°С и выше до помещения образца в динамический сдвиговой реометр.

2 Допускается проводить испытания на том же образце битумного вяжущего, который использовался при определении реологических свойств в динамическом сдвиговом реометре по ПНСТ 87.

9 Порядок выполнения измерения

Испытание состоит из двух последовательных этапов. Сначала проводят испытание в диапазоне частот, в результате которого собирают данные по реологическим свойствам материала, а затем проводят испытания в диапазоне амплитуд, в результате которых определяют устойчивость материала к разрушению.

9.1 Испытания в диапазоне частот

9.1.1 Данные по испытаниям в диапазоне частот используют для определения значения . Испытания в диапазоне частот проводят при заданной температуре. При данных испытаниях образец подвергают осцилляционной синусоидальной сдвиговой деформации с постоянной амплитудой во всем диапазоне частот нагружения. Испытания проводят при значении деформации 0,1%, в диапазоне частот от 0,2 до 30 Гц. Данные отбирают при следующих 12 идентификационных частотах, приведенных в таблице 1.

Таблица 1

Идентификационные частоты, Гц
0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	2,0	4,0	6,0	8,0	10,0	20,0	30,0

На каждой частоте фиксируется значение комплексного модуля сдвига |G*|, Па, и фазового угла , градусы, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 - Пример выходных данных по результатам испытаний в диапазоне частот

9.2 Испытания в диапазоне амплитуд

Испытания в диапазоне амплитуд проводят при заданной температуре.

В данных испытаниях образец подвергают осцилляционной синусоидальной сдвиговой деформации с частотой 10 Гц. Испытания включают в себя непрерывное линейное изменение деформации от 0% до 30% в течение 3100 циклов. Значения пиковой деформации сдвига и пикового напряжения сдвига фиксируют через каждые 10 нагрузочных циклов (1 с). Также измеряется фазовый угол и комплексный модуль сдвига |G*|, Па. График зависимости деформации от числа циклов нагружения при испытании представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Условия изменения деформации при проведении испытаний в диапазоне амплитуд

10 Обработка результатов испытаний

10.1 Обработка результатов испытаний в диапазоне частот

10.1.1 Динамический модуль упругости G'() определяют по формуле

,

(1)

где |G*()| - комплексный модуль сдвига на каждой частоте, Па;

() - фазовый угол на каждой частоте, градусы.

10.1.2 По результатам полученных данных необходимо построить точечную диаграмму в логарифмической системе координат (log по оси абсциссы, log G'() по оси ординат) и провести линейную аппроксимацию.

Вид аппроксимирующей прямой определяется формулой

,

(2)

где m и b - коэффициенты, определяющие вид аппроксимирующей прямой.

10.1.3 Определяют значение m и вычисляют значение по формуле

.

(3)

10.2 Обработка результатов испытаний в диапазоне амплитуд

10.2.1 Накопление повреждения в образце вычисляют по формуле

,

(4)

где , т.е. |G*| во время t, разделенное на начальное значение |G*| "неповрежденного" материала;

- деформация в данный момент измерения, %;

|G*| - комплексный модуль сдвига, МПа;

- значение, рассчитанное по формуле 3;

t - время испытания, с.

Примечание - За начальное значение |G*| "неповрежденного" материала принимают значение, полученное во второй точке, так как значение, полученное в первой точке измерения отличается от значения комплексного модуля "неповрежденного" материала на проектной частоте нагружения.

10.2.2 Суммирование накопления повреждений начинается с первой точки измерений. Увеличенное значение D(t) в каждой последующей точке добавляется к значению D(t) в предыдущей точке. Это действие выполняется до достижения конечной точки измерений в испытаниях, пока прилагаемая деформация не составит 30%.

10.2.3 Для каждой точки измерения в заданное время t фиксируются значения C(t) и D(t) (предполагается, что С в D(0) равно 1, a D(0) равно 0). Отношение между C(t) и D(t) определяется формулой

,

(5)

где равно 1, начальное значение С;

и - коэффициенты аппроксимирующей кривой, выведенные путем линеаризации степенной зависимости. Вид аппроксимирующей кривой определяется формулой

.

(6)

Используя вышеприведенное уравнение, рассчитывают как антилогарифм значения log ( - C(t) при log (D(t)) = 0 (значения log ( - C(t) при log (D(t)) = 0 находят с помощью графика зависимости, выраженной уравнением (6), как отрезок между началом координат и точкой пересечения графика с осью ординат), а рассчитывают как наклон линии, сформированной как log ( - C(t)) по отношению к log (D(t)). При расчетах как , так и данные, соответствующие повреждениям менее 10, не учитывают.

10.2.4 Значение D(t) в момент разрушения определяется как D(t), соответствующее уменьшению начального |G*| в момент максимального сдвигового напряжения, и рассчитывается по формуле

.

(7)

10.2.5 Коэффициент A рассчитывают по формуле

,

(8)

где f - частота нагружения, 10 Гц;

k - коэффициент, определяемый по формуле

.

(9)

10.2.6 Коэффициент В рассчитывают по формуле

B = 2 .

(10)

10.2.7 Показатель усталостной характеристики битумного вяжущего рассчитывают по формуле

,

(11)

где - ожидаемая деформация вяжущего, зависящая от структуры покрытия, %.

11 Оформление результата испытания

Результат испытания оформляют в виде протокола, который должен содержать:

- идентификацию испытуемого образца;

- дату проведения испытания;

- наименование организации, проводившей испытание;

- ссылку на настоящий стандарт и отклонения от его требований;

- ссылку на тип испытательного оборудования;

- ссылку на акт отбора проб;

- температуру проведения испытаний с точностью до 0,1°С;

- значения коэффициентов A и В с точностью до четырех значащих цифр;

- значение показателя усталостной характеристики битумного вяжущего с точностью до целого числа;

- значение , %.

12 Контроль точности результата испытания

Точность результата испытания обеспечивается:

- соблюдением требований настоящего стандарта;

- проведением периодической оценки метрологических характеристик средств измерений;

- проведением периодической аттестации оборудования.

Лицо, проводящее измерения, должно быть ознакомлено с требованиями настоящего стандарта.