T0743—2025 瀝青混合料疲勞試驗(yàn)(劈裂法)
本文引用JTG 3410-2025《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》-T0743—2025 瀝青混合料疲勞試驗(yàn)(劈裂法)
1目的與適用范圍
1.1本方法適用于劈裂法測定瀝青混合料承受重復(fù)荷載的疲勞次數(shù)。
1.2本方法也適用于確定瀝青混合料疲勞曲線，或100萬次疲勞次數(shù)相應(yīng)的失效應(yīng)變。
1.3疲勞試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度為20℃、頻率為10Hz。
2儀具與材料
TD-LFV型瀝青混合料動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)
2.1劈裂拉伸動(dòng)態(tài)測試儀：應(yīng)滿足本規(guī)程T0742中2.1的規(guī)定。
2.2標(biāo)準(zhǔn)塊：動(dòng)態(tài)模量標(biāo)稱值為3～14GPa，相位角>0°，直徑為100mm±2mm，高度為50mm±2mm。
注：標(biāo)準(zhǔn)樣品應(yīng)由專業(yè)單位生產(chǎn)、專業(yè)單位定值，穩(wěn)定性試驗(yàn)不少于2年，應(yīng)附相關(guān)定值證書。
2.3溫控箱：用于試件空氣保溫，溫度范圍能滿足試驗(yàn)要求，控溫精度±0.5℃。
2.4游標(biāo)卡尺：量程0～200mm，精度0.02mm。
2.5溫度計(jì)：分度值0.1℃。
2.6其他：秒表、角度尺等。
3劈裂拉伸動(dòng)態(tài)測試儀標(biāo)定
3.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首次使用或使用中每年或每測試200次，進(jìn)行一次標(biāo)定。采用標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行標(biāo)定，應(yīng)測試不同溫度、不同頻率，測定值與標(biāo)準(zhǔn)塊標(biāo)稱值的動(dòng)態(tài)模量相對(duì)誤差不超過±3%、相位角誤差不超過1°
3.2環(huán)境箱首次使用或使用中每年進(jìn)行一次控溫精度標(biāo)定。
3.3檢查測量系統(tǒng)，以確保荷載、變形數(shù)據(jù)采集通道之間沒有過大的相位偏移。
3.4新測試儀或每使用24個(gè)月，應(yīng)檢查其疲勞次數(shù)一致性。
(1)選擇不少于3臺(tái)測試儀，宜包括不同廠家或不同型號(hào)的設(shè)備。
(2)采用20號(hào)瀝青HFM-16混合料，同一試驗(yàn)室成型不少于9個(gè)試件。
(3)每臺(tái)試驗(yàn)儀隨機(jī)選用3個(gè)試件按本方法，測定130με、20℃、10Hz條件下疲勞次數(shù)。
(4)若一臺(tái)試驗(yàn)儀測定的3個(gè)試件的疲勞次數(shù)平均值與所有試驗(yàn)儀測定的總體平均值的相對(duì)偏差滿足-50%～+100%,則檢驗(yàn)通過。
4試驗(yàn)準(zhǔn)備
4.1按本規(guī)程T0742要求準(zhǔn)備試件。
4.2一個(gè)試驗(yàn)條件，即應(yīng)變水平、試驗(yàn)溫度相同，一組試驗(yàn)不少于4個(gè)有效試件，其中隨機(jī)取一個(gè)作為備用試件。
4.3當(dāng)測定一個(gè)試驗(yàn)溫度條件下的疲勞曲線時(shí)，一組試驗(yàn)不少于10個(gè)有效試件，其中隨機(jī)取一個(gè)作為備用試件，其他試件分為三組，每組3個(gè)，三組的高度和毛體積密度接近，其中平均毛體積密度差不大于0.015g/cm3。
4.4當(dāng)測定一個(gè)試驗(yàn)溫度條件下的100萬次失效應(yīng)變時(shí)，一組試驗(yàn)不少于7個(gè)有效試件，其中隨機(jī)取一個(gè)作為備用試件，其他試件分為兩組，每組3個(gè)，兩組的高度和毛體積密度接近，其中平均毛體積密度差不大于0.015g/cm3。
5試驗(yàn)方法與步驟
5.1將試件、位移測量裝置、壓條置于已調(diào)溫至試驗(yàn)溫度±0.5℃的環(huán)境箱中保溫。若試件數(shù)量過多，部分試件可在溫控箱中保溫，試驗(yàn)前再放入環(huán)境箱繼續(xù)保溫。試件之間的距離應(yīng)不小于10mm?？諝獗亍?h(直徑150mm試件≥8h)或恒溫一夜。同時(shí)在環(huán)境箱中放置相同尺寸已測試件，在其中部貼一個(gè)溫度傳感器，根據(jù)傳感器測定的內(nèi)部溫度判斷待測試件是否達(dá)到試驗(yàn)溫度。
5.2試驗(yàn)前清潔壓條，必要時(shí)用溶劑擦拭。
5.3在試件達(dá)到目標(biāo)溫度后，將試件安裝好，調(diào)整位移傳感器和采集系統(tǒng)。對(duì)于LVDT傳感器，為了盡量減小框架的招曲，使用扭矩扳來擰緊夾具，每個(gè)夾持點(diǎn)施加25cN·m的扭矩；對(duì)于開級(jí)配瀝青混合料試件，有必要在LVDT和試件接觸的部分加上墊片。將位移傳感器調(diào)整至量程中間位置。
5.4啟動(dòng)動(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)，設(shè)置試件信息、試驗(yàn)溫度、加載頻率、峰荷載等信息，啟動(dòng)環(huán)境箱控溫至試驗(yàn)溫度。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度為15℃，加載頻率為10Hz,接觸荷載為35kPa。加載應(yīng)力水平應(yīng)按下列原則確定：
(1)按照目標(biāo)應(yīng)變?cè)O(shè)置，目標(biāo)應(yīng)變即為重復(fù)加載100個(gè)周期時(shí)水平徑向回彈應(yīng)變。
(2)若確定疲勞曲線，則在50～300με(即0.05%～0.3%)選用不少于3個(gè)水平徑向回彈應(yīng)變水平，使試驗(yàn)測定的疲勞次數(shù)約為10000～1000000次。
(3)若確定100萬次疲勞失效應(yīng)變，則在25～300με(即0.05%～0.4%)選用不少于2個(gè)水平徑向回彈應(yīng)變水平，使試驗(yàn)測定的疲勞次數(shù)約為10000～2000000次，且100萬次失效應(yīng)變應(yīng)介于選擇的水平徑向回彈應(yīng)變水平區(qū)間內(nèi)。
(4)若沒有明確的試驗(yàn)條件，選用以上條件(3)。
5.5為了得到準(zhǔn)確的加載應(yīng)力水平，隨機(jī)選擇一個(gè)試件作為備用試件，在試驗(yàn)溫度、頻率條件下，接觸荷載為35kPa，初始加載應(yīng)力水平為0.2MPa(或0.1MPa)，重復(fù)加載100次，然后以0.1MPa增量增加應(yīng)力水平，變化幾個(gè)應(yīng)力水平，進(jìn)行重復(fù)加載試驗(yàn)，直至試件水平徑向回彈應(yīng)變達(dá)到0.4‰。，對(duì)備用試件施加多個(gè)應(yīng)力水平的重復(fù)加載，繪制圖T0743-2的施加應(yīng)力-水平徑向回彈應(yīng)變曲線，根據(jù)曲線確定目標(biāo)回彈應(yīng)變水平相應(yīng)的應(yīng)力作為該混合料的加載應(yīng)力水平。
5.6當(dāng)環(huán)境箱和試件內(nèi)部溫度再次達(dá)到試驗(yàn)溫度時(shí)，位移傳感器和荷載傳感器清零。施加35kPa接觸荷載，使加載過程中試件與上、下加載板始終接觸良好。
5.7按照5.5確定的加載應(yīng)力水平，進(jìn)行重復(fù)加載試驗(yàn)。試驗(yàn)儀應(yīng)在50個(gè)周期內(nèi)自動(dòng)調(diào)整并穩(wěn)定到目標(biāo)應(yīng)變水平。采集、記錄瞬時(shí)的荷載、變形、加載次數(shù)、時(shí)間，一個(gè)周期采集不少于50個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，荷載精確至1N，變形精確至0.0001mm。為了減少記錄的數(shù)據(jù)量，可每加載10個(gè)周期采集一個(gè)加載周期。動(dòng)態(tài)模量測試系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算顯示應(yīng)力曲線、應(yīng)變曲線、動(dòng)態(tài)模量、能量比等數(shù)據(jù)。
注：當(dāng)測試一個(gè)目標(biāo)應(yīng)變水平下的疲勞次數(shù)時(shí)，加載98～102個(gè)周期時(shí)初始水平徑向回彈應(yīng)變
與目標(biāo)應(yīng)變的差應(yīng)≤0.01%。
5.8當(dāng)試件達(dá)到疲勞試驗(yàn)終止條件時(shí)，自動(dòng)停止加載。試驗(yàn)終止條件為：
(1)能量比達(dá)到最大，開始下降。
(2)試件垂直變形大于7mm(150mm試件為10mm)，水平徑向總變形(兩個(gè)水平徑向傳感器的變形之和)大于3.75mm。
5.9完成測試試驗(yàn)后，移走已測試件，進(jìn)行下一個(gè)試件的測試。
6數(shù)據(jù)處理
6.1按式(T0743-1)采用最小二乘法進(jìn)行如圖T07433所示的實(shí)測的試件施加的應(yīng)力-時(shí)間波形圖擬合，相關(guān)性系數(shù)R2≥0.99。計(jì)算的荷載精確至1。
F(t)=A+Bsin（2πft+C） (T0743-1)
式中：F(t)——時(shí)間t的垂直荷載，N;
f——試驗(yàn)頻率，Hz;
A——荷載正弦波的絕對(duì)項(xiàng)，N;
B——荷載正弦波的振幅，N;
t——垂直荷載相應(yīng)的時(shí)間，s;
C——荷載正弦波的相位系數(shù)，rad。
6.2按式(T0743-2)采用最小二乘法進(jìn)行實(shí)測的試件水平徑向變形-時(shí)間波形圖擬合，相關(guān)性系數(shù)R2≥0.99。計(jì)算的變形精確至0.0001。
u（t）=a+bsin（2πft+c）+dt (T0743-2)
式中：u(t)——時(shí)間t的水平徑向變形，mm;
f——試驗(yàn)頻率，Hz;
a-水平變形正弦波的絕對(duì)項(xiàng)，mm;
b--水平變形正弦波的振幅,mm;
c--水平變形正弦波的相位系數(shù),rad;
d--水平變形正弦波的線性項(xiàng),mm/s。
6.3按式(T0743-3)計(jì)算試件內(nèi)部最大劈裂拉伸應(yīng)力，精確至0.001。
σ（t）=2F(t)/πDh (T0743-3)
式中：σ（t）——試件內(nèi)部時(shí)間t的最大劈裂拉伸應(yīng)力，MPa;
D——試件直徑，mm;
h——試件高度，mm。
6.4按式(T0743-4)計(jì)算泊松比，精確至0.001。
μ=0.15+0.35/(1+e1.83034-0.07619T) (T0743-4)
式中：μ——泊松比；
T——試驗(yàn)時(shí)溫度，℃。
6.5按式(T0743-5)計(jì)算水平徑向回彈應(yīng)變，精確至0.0001‰。根據(jù)加載98～102個(gè)周期數(shù)據(jù)計(jì)算水平徑向回彈應(yīng)變，記為初始水平徑向回彈應(yīng)變εelin，精確至0.0001。
εe1=2×（2b/D）×〔（1+3μ）×1000/（4+πμ-π） (T0743-5)
式中：εe1——水平徑向回彈應(yīng)變，‰。
6.6按式(T0743-6)計(jì)算試件動(dòng)態(tài)模量，精確至0.1。
〡E*〡=2B（4/π-1+μ）/2bh (T0743-6)
式中：〡E*〡——試件動(dòng)態(tài)模量，MPa。
6.7按式(T0743-7)計(jì)算能量比，精確至0.1。
6.8繪制能量比ERn-加載周期n曲線，采用四階多項(xiàng)式進(jìn)行最小二乘法擬合，計(jì)算ERn最大值相應(yīng)的加載周期作為應(yīng)變?chǔ)?sub>elin水平的疲勞次數(shù)，記為Em。
6.9當(dāng)確定一個(gè)目標(biāo)回彈應(yīng)變的疲勞次數(shù)時(shí)，取一組試件的算術(shù)平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，初始水平徑向回彈應(yīng)變εelin精確至0.001‰,動(dòng)態(tài)模量精確至1MPa,疲勞次數(shù)精確至1。
6.10當(dāng)確定疲勞曲線時(shí)，應(yīng)用各試件的實(shí)測值，繪制疲勞次數(shù)Em-初始水平徑向回彈應(yīng)變εelin曲線，按式(T0743-8)函數(shù)進(jìn)行最小二乘法擬合。對(duì)于公稱最大粒徑≤19mm混合料，相關(guān)性系數(shù)R2≥90%；對(duì)于公稱最大粒徑>19mm混合料，相關(guān)性系數(shù)R2≥80%。
式中：Em——疲勞次數(shù)；
εelin初始水平徑向回彈應(yīng)變，‰;
k1、k2——擬合系數(shù)，精確至0.0001。
6.11當(dāng)確定100萬次疲勞失效應(yīng)變時(shí)，按6.10確定疲勞曲線，按式(T0743-8)計(jì)算100萬次相應(yīng)的初始水平徑向回彈應(yīng)變，即為疲勞失效應(yīng)變，精確至0.001%。
7報(bào)告
7.1試驗(yàn)項(xiàng)目名稱和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。
7.2瀝青混合料的瀝青含量、礦料級(jí)配、密度、空隙率及試件尺寸。
7.3接樣日期、樣品描述。
7.4試驗(yàn)日期，儀器設(shè)備的名稱、型號(hào)及編號(hào)。
7.5各試驗(yàn)溫度、頻率、(水平徑向回彈)應(yīng)變水平、施加應(yīng)力水平、動(dòng)態(tài)模量、疲勞次數(shù)、k1、k2和100萬次疲勞失效應(yīng)變。
7.6其他需要說明的情況。
在我單位整理過程中有可能會(huì)出現(xiàn)部分錯(cuò)誤，僅供參考，建議購買正版試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
