TESTÓW DOŚWIADCZALNYCH PRZEPROWADZANYCH NA LEPISZCZACH ASFALTOWYCH W REOMETRZE DSR
ZAŁOŻENIU JEDNORODNOŚCI DEFORMACJI
11.3. WYNIKI BADAŃ ROZCIĄGANIA PRÓBEK WALCOWYCH Badanie rozciągania asfaltu modyfi kowanego 65/105-60 przeprowadzono
w reometrze dynamicznego ścinania, por. rys. 11.7. Na rysunku tym widoczna jest znacznie rozciągnięta próbka, której przekrój w części środkowej wyraźnie się zmniejszył, por. także rys. 11.2. Wszystkie badania przeprowadzono na prób-kach, które w konfi guracji odniesienia są walcami kołowymi o średnicy 8 [mm]
i wysokości 2 [mm].
Rys. 11.7. Wybrana konfi guracja w teście rozciągania lepiszcza asfaltowego w temperaturze T = 20[°C]
W celu oceny statystycznej uzyskiwanych wyników badanie rozciągania w przypadku asfaltu modyfi kowanego 65/105-60 przeprowadzono we wszystkich analizowanych przypadkach na 10 próbkach uzyskując, wyniki pokazano poniżej na rys. 11.8. Uzyskane wyniki mają charakter funkcji Fn
h . Do analizy statystycz-nej wybrano wartości funkcji dla ustalonych wartości zmienstatystycz-nej hi, i 1, ,10. Dla tych wartości zmiennej określono estymaty wartości średnich i wartości odchylenia standardowego próby w odniesieniu do funkcji siły rozciągającej
n i
F h . O odrzuceniu wyników niemiarodajnych decydowano stosując kryte-rium Chauveneta. Ze względu na stosunkowo niewielką liczbę wyników w prób-ce, do określenia zakresu przedziału ufności zastosowano rozkład t-Studenta, przyjmując poziom ufności 95%. Uzyskane wyniki zestawiono w tabl. 11.2, gdzie
s
Fn – oznacza wartość średnią siły rozciągającej, zaś U określa przedział ufności dla siły normalnej.
Na rysunku 11.8 w przypadku sześciu próbek można zaobserwować gwałtowny spadek wartości siły po przekroczeniu wartości wydłużenia h= 35 [mm]. W tych przypadkach nastąpiło stopniowe odspojenie próbki od powierzchni rotora albo od powierzchni płytki dolnej, por. rys. 11.9. W takich sytuacjach w obróbce statystycz-nej uwzględniono wyniki takiego testu przy hi o wartościach mniejszych niż war-tość przy której nastąpiło odspojenie. Na sześć odspojeń wystąpiły dwa odspojenia od płytki dolnej i cztery odspojenia od płytki górnej. Próbki 9 i 10 zerwały się w okolicach środka próbki. W przypadku dwóch próbek badanie przeprowadzono do wartości h= 60 [mm] i nie nastąpiło odspojenie ani fragmentacja próbki.
Rys. 11.8. Siła rozciągająca w funkcji zmiany wysokości próbki przy T = 20[°C] i prędkości rozcią-gania v = 0.2 [mm/s]
167 Propozycje niestandardowych testów doświadczalnych przeprowadzanych na lepiszczach...
Tablica 11.2 Wyniki siły rozciągającej w funkcji zmiany wysokości próbki przy T = 20[°C] i prędkości
rozciąga-nia v = 0.2 [mm/s] opracowane statystycznie
hi
[mm] Fns[N] U[N] Szz [MPa] Ezz[–]
0.1 5.40 0.14 0.11 0.05
0.2 10.62 0.19 0.21 0.10
0.3 11.90 0.21 0.23 0.15
0.4 12.19 0.21 0.24 0.20
2.0 6.81 0.16 0.14 1.00
4.0 5.08 0.11 0.10 2.00
5.0 5.02 0.10 0.10 2.50
10.0 6.03 0.11 0.12 5.00
20.0 8.60 0.15 0.17 10.00
30.0 9.73 0.32 0.19 15.00
40.0 8.24 0.33 0.16 20.00
50.0 5.90 0.35 0.12 25.00
60.0 4.06 0.43 0.08 30.00
Rys. 11.9. Odspojenie próbki od dolnej płytki reometru
Na rysunku 11.10 pokazano wyniki testu z uwzględnieniem ich obróbki staty-stycznej. Dla każdego punktu, oprócz wartości średniej, pokazano także szerokość przedziału ufności. Na wykresie tym można zlokalizować dwa maksima i jedno minimum. Wartości zarówno argumentu, jak i wartości funkcji w punktach eks-tremalnych opracowano statystycznie, uzyskując wyniki zestawione w tabl. 11.3.
Zarówno wartości h jak i Fn są określane bardzo precyzyjnie, co potwierdzają niskie wartości ufności niemal we wszystkich przypadkach.
Rys. 11.10. Siła rozciągająca w funkcji zmiany wysokości próbki, przy T = 20[°C] i prędkości roz-ciągania v = 0.2 [mm/s] – wyniki opracowane stystycznioe
Tablica 11.3
Lokalne ekstrema na wykresie rozciągania wraz z przedziałami ufności przy T = 20[°C] i prędkości rozciągania v= 0.2 [mm/s]
hs
[mm] Uh [mm] Fns [N] UFn [N]
Max_1 0.457 0.007 12.232 0.210
Min_1 4.782 0.104 5.009 0.105
Max_2 28.993 0.883 9.769 0.298
W celu określenia wpływu prędkości deformacji na uzyskiwane wyniki to samo badanie przeprowadzono przy prędkości rozciągania v = 0.1 [mm/s]. Na rys. 11.11 pokazano zbiorcze zestawienie wykresów rozciągania 10 próbek. Moż-na zauważyć, że przy prędkości v = 0.1 [mm/s] odspojenie próbki od rotora albo płytki dolnej nastąpiło tylko w przypadku trzech próbek i to dla znacznie więk-szych wartości h. Dalej na rys. 11.12 i w tabl. 11.4 pokazano wyniki tego testu przeanalizowane statystycznie w analogiczny sposób, jak w przypadku prezento-wanym powyżej.
169 Propozycje niestandardowych testów doświadczalnych przeprowadzanych na lepiszczach...
Rys. 11.11. Siła rozciągająca w funkcji zmiany wysokości próbki przy T = 20[°C] i prędkości roz-ciągania v = 0.1 [mm/s]
Tablica 11.4 Wyniki siły rozciągającej w funkcji zmiany wysokości próbki przy T = 20[°C] i prędkości
rozciąga-nia v = 0.1 [mm/s] opracowane statystycznie
hi
[mm] Fns [N] U[N]
0.1 5.52 0.22
0.2 7.26 0.27
0.3 7.76 0.35
0.4 7.95 0.32
2.0 4.56 0.19
4.0 3.57 0.16
5.0 3.55 0.15
10.0 4.30 0.16
20.0 5.91 0.19
30.0 6.60 0.28
40.0 6.00 0.40
50.0 4.36 0.46
60.0 2.57 0.58
Rys. 11.12. Siła rozciągająca w funkcji zmiany wysokości próbki przy T = 20[°C] i prędkości roz-ciągania v = 0.1 [mm/s] – wyniki opracowane statystycznie
Tablica 11.5
Lokalne ekstrema na wykresie rozciągania wraz z przedziałami ufności przy T = 20[°C] i prędkości rozciągania v = 0.1 [mm/s]
hs
[mm] Uh [mm] Fns [N] UFn [N]
Max_1 0.412 0.009 7.957 0.315
Min_1 4.685 0.083 3.534 0.155
Max_2 30.176 1.008 6.615 0.281
Porównując wyniki zestawione w tabl. 11.3 i tabl. 11.5, dotyczące określenia punktów ekstremalnych na wykresie siły rozciągającej w funkcji przyrostu wy-sokości próbki, można zauważyć, że zostały one wyznaczone przy zbliżonych poziomach ufności. Wpływ prędkości rozciągania na wartość siły rozciągającej pokazano na wykresie na rys. 11.13. Przykładowo, wartość maksymalnej siły jest o około 35% wyższa w przypadku wyższej prędkości rozciągania. Charaktery wykresów przy różnych wartościach prędkości pozostają podobne.
W celu określenia wpływu temperatury na uzyskiwane wyniki, to samo ba-danie przeprowadzono przy T = 30[°C]. Na rys. 11.14 pokazano wykresy siły rozciągającej w funkcji przyrostu wysokości próbki po analizie statystycznej. Po-równując te wyniki z wynikami pokazanymi na rys. 11.10 i 11.12 można zauwa-żyć ich większy rozrzut oraz zmianę charakteru wykresu. W przypadku wyników uzyskanych w temperaturze T = 20[°C] pierwsze maksimum było jednocześnie maksimum globalnym dla analizowanej funkcji. W temperaturze T = 30[°C] to drugie maksimum jest globalnym maksimum dla całej funkcji. Analogicznie jak w poprzednich przypadkach, w tabl. 11.6 zestawiono wyniki badania poddane analizie statystycznej, a w tabl. 11.7 dodatkowo wyniki w punktach
charaktery-171 Propozycje niestandardowych testów doświadczalnych przeprowadzanych na lepiszczach...
stycznych wykresu. Porównując wartość maksymalnej siły rozciągającej uzyska-nej w temperaturze T = 30[°C] przy prędkości rozciągania 0.1 [mm/s] z wartością maksymalnej siły w temperaturze T = 20[°C] widać, że jest ona dwu albo trzy-krotnie mniejsza w zależności od prędkości rozciągania.
Rys. 11.13. Wpływ prędkości deformacji – siła rozciągająca w funkcji zmiany wysokości próbki przy T = 20[°C] i prędkości rozciągania v= 0.1 [mm/s] (niebieska linia) oraz v = 0.2 [mm/s] (czarna
linia)
Tablica 11.6 Wyniki siły rozciągającej w funkcji zmiany wysokości próbki przy T = 30[°C] i prędkości
rozciąga-nia v = 0.1 [mm/s] opracowane statystycznie
hi
[mm] Fns [N] U [N]
0.1 1.45 0.23
0.2 1.44 0.23
0.3 1.57 0.26
0.4 1.63 0.25
2.0 1.11 0.17
4.0 0.93 0.14
5.0 0.94 0.14
10.0 1.13 0.13
20.0 1.68 0.12
30.0 2.39 0.09
40.0 2.77 0.09
50.0 2.52 0.23
Rys. 11.14. Siła rozciągająca w funkcji zmiany wysokości próbki przy T = 30[°C] i prędkości roz-ciągania v = 0.1 [mm/s] – wyniki po analizie statystycznej
Tablica 11.7
Lokalne ekstrema na wykresie rozciągania wraz z przedziałami ufności przy T = 30[°C] i prędkości rozciągania v = 0.1 [mm/s]
hs
[mm] Uh [mm] Fns [N] UFn [N]
Max_1 0.460 0.037 1.639 0.247
Min_1 4.311 0.232 0.926 0.143
Max_2 42.143 1.811 2.852 0.133
Badanie rozciągania próbki walcowej przeprowadzono także w temperaturze T = 40[°C], uzyskując zbyt duży rozrzut wyników, aby możliwa była ich analiza statystyczna. Charakter uzyskiwanych wykresów jest analogiczny do tego, który otrzymano w temperaturze T = 30[°C]. Niemal we wszystkich przypadkach funk-cje rosną, aż do momentu gwałtownego spadku, którego natura fi zyczna nie jest na pewno związana z lepkosprężystymi właściwościami materiału. W tym przy-padku mamy do czynienia z wystąpieniem plastycznych deformacji trwałych.
11.4. WYNIKI BADAŃ ŚCISKANIA PRÓBEK WALCOWYCH