Upp í vindinn - 01.05.1999, Side 9

RANNSÓKNIR Á MALBIKSSLITLÖGUM
Rannsóknir á malbiksslitlögum
viö verkfræöistofnun HÍ
Haustið 1995 hófust við Verkfræði-
stofnun Háskóla íslands rannsóknir á afl-
fræðilegum eiginleikum íslensks malbiks.
Rannsóknirnar eru samvinnuverkefni
Verkfræðistofnunar Háskóla íslands,
Vegagerðarinnar og Malbikunarstöðvar-
innar Höfða (áður Malbikunarstöð
Reykjavíkurborgar). Verkefnið hefur ver-
ið fjármagnað af ofannefndum aðilum
auk Tæknisjóðs Rannsóknarráðs íslands.
Ætlunin hér er að gera í stuttu máli
grein fyrir rannsóknaverkefni þessu á-
samt nokkrum niðurstöðum þess.
Inngangur
Markmið verkefnisins er að ákvarða
svörun íslenskra bikbundinna slitlaga við
aflrænu álagi þar sem líkt er sem best eft-
ir umferðarálagi. Er það gert með prófun-
um á tilraunastofu. Prófanirnar gefa upp-
lýsingar um stífnieiginleika, viðnám gegn
varanlegum færslum og þreytueiginleika
malbiksins. Allt eru þetta mikilvægir eig-
inleikar og tengjast hegðun og endingu
slitlags. Mjög æskilegt væri að allar þess-
ar upplýsingar lægju fyrir við burðarþols-
hönnun vega og gatna sem og við ákvörð-
un á slitlagsgerð.
Á síðustu árum hafa s.k. fræðilegar
greiningaraðferðir (e. analytical design
methods) við hönnun vega og gatna verið
að ryðja sér til rúms víða í heiminum.
Inntaksstærðir slíkra aðferða eru aflfræði-
legir eiginleikar þeirra efna sem nota skal
í lög vegarins. Mikilvægt er að eiginleik-
arnir séu ákvarðaðir á sem raunhæfastan
hátt, þ.e. í prófunum þar sem líkt er sem
best eftir þeim umhverfisþáttum sem ináli
skipta fyrir hegðun vegbyggingarinnar.
Malbik er blanda biks og steinefnis auk
íblöndunarefna. Undir aflrænu álagi sýnir
steinefni fjaðrandi-deiga (e. elastic-plast-
ic) hegðun en bikið er hins vegar seigt-
i deigt (e. viscous-plastic) efni. Hegðun
slitlaga undir aflrænu álagi verður því
sambland þessara þátta (fjaðrandi-seig-
deig hegðun) og allflókin. Auk þess er
hegðunin mjög hitastigsháð. Svörun
slitlaga er því samsett af færslum sem
ganga til baka (e. recoverable) þegar álag-
inu léttir og varanlegum færslum (e. ir-
recoverable).
Sigurbur Erlingsson
lauk B.S. prófi í jarð-
eðlisfræði frá H.í.
1985, M.S. prófi í
byggingarverkfræði
frá KTH, Stokkhólmi,
1988 og Ph.D. prófi
þaðan 1993. Sigurður
er prófessor við umhverfis- og byggingar-
verkfræöiskor H.í.
Bergþóra Kristins-
dóttir lauk Cand. Sci-
ent. prófi í umhverfis-
og byggingarverk-
fræði frá H.í. 1997 og
M.S. prófi þaðan
1999. Bergþóra
starfar við verkfræði-
stofnun H.í.
Spennuástand í vegi
Spennuástand það er lítill örbútur (e.
element) í slitlagi í vegi verður fyrir þegar
ökutæki ekur eftir vegyfirborðinu er all-
flókið [ 1 ]. Á örbútinn verka bæði þrýsti-
og togspennur sem og skúfspennur. Stærð
þessara spennuþátta er fall af tíma og
tengjast hraða og þyngd ökutækis. Pví
rísa spennuþættirnir þegar hjól ökutækis-
ins nálgast, ná ákveðnu hámarki og falla
síðan aftur er ökutækið fjarlægist. Skúf-
spennan er heldur flóknari, því hún
skiptir um formerki þegar álagsflöturinn
er beint yfir athugunarstaðnum.
Raunverulegt álagsform umferðar sam-
anstendur því af stuttum og snöggum á-
lagspúlsum. í kjölfar hvers álagspúls fylg-
ir síðan álagslaust tímabil. í álagsprófi á
tilraunastofu þar sem líkja á eftir raun-
verulegri áraun er mikilvægt að tillit sé
tekið til þessa.
Aflfræbilegir eiginleikar slitlaga
Þeir aflfræðilegu eiginleikar sem skipta
mestu fyrir virkni og endingu slitlaga eru
stífni (e. stiffness), þreytustyrkur (e.
fatigue strength), viðnám gegn varanleg-
um færslum (e. resistance to permanent
deformation), yfirborðsviðnám (e.
surface friction) og slitstyrkur (e.
abration). Auk þess þarf efnið að vera
endingargott, þ.e. hafa langvarandi við-
nám gegn umhverfisáhrifum.
Stífni slitlaga stjórnar virkni þeirra til
að dreifa álagi til neðri laga vegarins, þ.e.
stíf slitlög dreifa álagi betur en rnjúk. Pví
verða burðarlög undir stífu slitlagi fyrir
lægri spennupúlsum en ella. Pannig er
hægt að nota þynnri slitlög eftir því sem
stífni þeirra eykst.
Viðnárn slitlaga gegn varanlegum færsl-
um eða skrið, stjórnar magni varanlegra
formbreytinga í slitlaginu sem ásamt sliti
ákvarða hjólfaramyndun. Eiginleikinn er
mjög hitastigsháður og minnkar viðnárn-
ið með hækkuðu hitastigi.
Preytustyrkur slitlaga er mælikvarði á
getu þeirra til að verjast sprungumyndun
við síendurtekið sveifluálag, þar sem há-
marksspennuútvik er lægra en togstyrkur
efnisins.
Mynd 1. Spennuástand í siitlagi vegar
vegna áraunar ökutækis sem ekur eftir
vegyfirborbinu. Á myndinni er spennu-
aukningin sýnd í tvívíbu plani.
9