O SZACOWANIE DOKŁADNOŚCI POMIARÓW

= ∆

S

gdzie:

S – moduł sztywności przy zginaniu [MPa],

∆σ – przyrost naprężenia [MPa],

∆ε – przyrost odkształcenia [-].

Ocena badanych betonów asfaltowych przeprowadzona została w oparciu o odkształcenie graniczne, wytrzymałość na rozciągnie przy zginaniu oraz moduły sztywności. Lepszą odporność na spękania niskotemperaturowe posiadają mieszanki mineralno-asfaltowe charakteryzujące się większym odkształceniem granicznym, wyższą wytrzymałością na rozciąganie przy zginaniu oraz niższym modułem sztywności.

4.5. Oszacowanie dokładności pomiarów

Pomiarom poszczególnych cech lepiszcz i mieszanek mineralno-asfaltowych towarzyszą nieuniknione niedokładności, które wpływają na końcowe wyniki badań.

Rozrzuty wyników mogą być spowodowane następującymi czynnikami:

• odmiennością warunków zewnętrznych podczas przygotowywania próbek,

• zmiennymi warunkami temperaturowymi występującymi w trakcie badania pojedynczych próbek, różnych od założonych,

• niejednorodnością struktury wewnętrznej materiału,

• błędami metod pomiarowych.

Efekty wymienionych czynników nakładają się na siebie skutkując sumarycznym błędem mierzonych cech danego materiału.

4.5.1. Odmienność warunków zewnętrznych podczas przygotowywania próbek Natura asfaltu powoduje, że zmiana warunków przygotowania próbek takich jak:

• czas przetrzymywania lepiszcza w wysokiej temperaturze przed jego wykorzystaniem,

• czas przetrzymywania wykonanych porcji mieszanek mineralno-asfaltowych w podwyższonej temperaturze przed uformowaniem próbek,

skutkuje możliwością uzyskania dość różniących się wyników badań przy takich samych proporcjach materiałów składowych, spowodowanych różnym stopniem zestarzenia asfaltu. Dotyczy to zwłaszcza badania stabilności, wytrzymałości na pośrednie rozciąganie, modułów sztywności sprężystej oraz koleinowania. W celu zmniejszenia rozrzutów wynikających z tych przyczyn, w trakcie prowadzenia badań związanych z niniejszą pracą doktorską zwracano szczególną uwagę na dokładne przestrzeganie procedur przygotowania poszczególnych rodzajów próbek. Ponadto stosowano zasadę wytwarzania zarobów mieszanek o takich objętościach, aby możliwe było jednorazowe wykonanie wszystkich próbek potrzebnych do przeprowadzenia danego badania.

4.5.2. Zmienne warunki temperaturowe występujące w trakcie badania pojedynczych próbek

Zmienne warunki temperaturowe w trakcie badania próbek można podzielić na dwie okoliczności:

• odmienność temperatury wskazywanej przez układ sterujący komory chłodniczej od rzeczywiście w niej panującej podczas przechowywania próbek, wynikająca z dokładności utrzymywania stałej temperatury przez dane urządzenie chłodzące,

• zmiany temperatur próbek bezpośrednio w trakcie badania.

W celu zmniejszenia rozrzutów temperatury wskazywanej od rzeczywiście występującej w komorze chłodniczej dokonywano dodatkowych pomiarów sprawdzających za pomocą termometru rtęciowego o dokładności +/-0,5°C w razie potrzeby wprowadzając korekty do układu sterującego komorą.

Ryzyko powstania rozrzutów wyników spowodowanych zmianą temperatury próbek bezpośrednio w trakcie badania wynikało z przeprowadzania niektórych testów w urządzeniach niewyposażonych w komorę termiczną, umożliwiającą utrzymanie stałej temperatury próbki. Dotyczyło to badania wytrzymałości na pośrednie rozciąganie oraz wytrzymałości na zginanie belki poddanej trójpunktowemu zginaniu.

Przy tych badaniach przykładano szczególną wagę na szybkie umocowanie próbki w urządzeniu badawczym po wyjęciu z komory termicznej urządzenia chłodzącego i natychmiastowe przeprowadzenie testu.

4.5.3. Niejednorodność struktury wewnętrznej materiału

Mieszanki mineralno-asfaltowe są materiałami niejednorodnymi, składającymi się z dwóch głównych składników – kruszywa o różnych frakcjach oraz lepiszcza asfaltowego. Dodatkowo występują wolne przestrzenie. Rozkład wymienionych struktur jest losowy i niejednorodny. W pewnym stopniu zależy od staranności przygotowania (formowania) próbek, od którego w pewnym stopniu zależy rozsegregowanie ziaren kruszywa w danej objętości mieszanki mineralno-asfaltowej.

Osiągnięcie idealnie równomiernego rozmieszczenia ziaren w próbkach nie jest jednak możliwe. W niniejszej pracy doktorskiej niekorzystny wpływ struktury wewnętrznej materiału zmniejszono poprzez zastosowanie w badaniach laboratoryjnych mieszanki o stosunkowo niewielkim wymiarze największego ziarna, tj. 12,8 mm, która nie jest tak podatna na segregację jak mieszanki 0/16 lub 0/25 mm.

4.5.4. Dokładność metod pomiarowych

Badania cech lepiszcza (penetracja, temperatura mięknienia, lepkość) oraz większości cech mieszanek mineralno-asfaltowych (stabilność, odporność na działanie wody i mrozu, starzenie) prowadzono według procedur opisanych w odpowiednich normach, które uwzględniały błędy metod pomiarowych oraz możliwe rozrzuty wyników. Były to normy:

• określające badania cech asfaltów:

o penetracji – PN-EN 1426:2001,

o temperatury mięknienia – PN-EN 1427:2007,

o lepkości dynamicznej w temperaturach – PN-EN 13702-2:2005.

• Określające badania parametrów mieszanek mineralno-asfaltowych:

o stabilności – PN-EN 12697-34,

o odporności na działanie wody – PN-EN 12697-12, o koleinowania – PN-EN 12697-22, BS598..

Metodą nienormową było badanie wytrzymałości na rozciąganie oraz odkształcenia granicznego przy zginaniu trójpunktowym prostopadłościennych belek. Błąd metody pomiarowej obliczono w tym wypadku przekształcając wzory 4.8 i 4.9 zgodnie z zasadą obliczania błędów przy pomiarze cech będących funkcjami wielu zmiennych, tj. obliczając pierwiastek z sumy kwadratów pochodnych cząstkowych każdej zmiennej. Błąd bezwzględny pomiaru wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu obliczano według wzoru 4.11. Wartości błędów dla kilku poziomów siły obliczono w tablicy 4.9. Obliczenia wykonano dla trzech poziomów mierzonych wartości, odpowiadających trzem różnym temperaturom pomiarowym.

5

Tablica 4.9. Wyznaczenie błędu metody pomiaru wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu

Wartość pomiaru siły, [kN] 0,5 1,5 2,5

Wartość pomiaru rozstawu podpór, [mm] 260 260 260

Wartość pomiaru szerokości próbki, [mm] 50 50 50

Wartość pomiaru wysokości próbki, [mm] 50 50 50

Błąd pomiaru siły, [kN] 0,0008152 0,0008152 0,0008152

Błąd pomiaru rozstawu podpór, [mm] 0,1 0,1 0,1

Błąd pomiaru szerokości próbki, [mm] 0,1 0,1 0,1

Błąd pomiaru wysokości próbki, [mm] 0,1 0,1 0,1

Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu, [MPa] 1,56 4,68 7,8

Błąd bezwzględny, [MPa] 0,0074 0,0212 0,0351

Błąd względny, [%] 0,478 0,452 0,450

Błąd bezwzględny pomiaru odkształcenia granicznego przy zginaniu obliczono według wzoru 4.12: Tablica 4.10. Wyznaczenie błędu metody pomiaru odkształcenia granicznego przy

zginaniu

Wartość pomiaru przemieszczenia czujnika, [mm] 0,05 0,1 0,2

Wartość pomiaru odległości od spodu belki do osi czujnika, a, [mm] 10,7 10,7 10,7

Wartość pomiaru długości bazy pomiarowej, e, [mm] 22 22 22

Wartość pomiaru połowy wysokości próbki, c, [mm] 25 25 25

Błąd pomiaru przemieszczenia czujnika, [mm] 0,0005 0,0005 0,0005

Błąd pomiaru odległości od spodu belki do osi czujnika, [mm] 0,1 0,1 0,1

Wykonane obliczenia pokazują, że zastosowana metoda pomiaru wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu i odkształcenia granicznego cechuje duża dokładność, a wartość błędu względnego w małym stopniu zależy od poziomu mierzonej wielkości.

W związku z tym, duże rozrzuty występujące podczas badania wytrzymałości na

rozciąganie przy zginaniu należy uznać za efekt niejednorodności materiału, jakim jest mieszanka mineralno-asfaltowa.

4.5.5. Doświadczalna ocena rozrzutów wyników badań

Ocenę rozrzutów wyników badań wykonano poprzez obliczenie podstawowych wartości statystycznych, tj.:

• wartość średnią X ,

• odchylenie standardowe (Sx),

• współczynnik zmienności (Vx).

Parametrem opisującym rozrzuty uzyskanych wyników jest współczynnik zmienności.

Wartości odchyleń standardowych oraz współczynników zmienności podano w załączniku ze szczegółowymi wynikami badań.

W tablicy 4.11 zawarto współczynniki zmienności uzyskane w badaniach mieszanek mineralno-asfaltowych występujących w niniejszej pracy.

Tablica 4.11. Współczynniki zmienności betonów asfaltowych obliczone w badaniach mieszanek mineralno-asfaltowych.

Lp. Parametr Ilość próbek Średni współczynnik

zmienności [%]

Przedział współczynnika zmienności [%]

1. Stabilność 3 7,39 1,11 – 16,74

2.

Wytrzymałość na pośrednie rozciąganie

3 3,84 0,52 – 10,30

3. Moduł sztywności

sprężystej 3 6,55 0,07 – 20,34

Wartość współczynnika zmienności w niektórych typach badań sięga 20%. Wynika to z głównie z niejednorodności materiału, jakim jest mieszanka mineralno-asfaltowa, zaś w dalszej kolejności spowodowane jest to dokładnością metod badawczych oraz zmiennymi warunkami zewnętrznymi w trakcie wykonywanych badań.

5. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ LABORATORYJNYCH