T0738—2011  瀝青混合料動態(tài)模量試驗(單軸壓縮法)

 本文引用JTG 3410-2025《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》-T0738—2011  瀝青混合料動態(tài)模量試驗(單軸壓縮法)

1目的與適用范圍

1.1本方法適用于單軸壓縮法測定瀝青混合料動態(tài)模量和相位角。

1.2本方法也適用于建立一定試驗溫度和頻率范圍內(nèi)的動態(tài)模量主曲線。

1.3動態(tài)模量的標(biāo)準(zhǔn)試驗溫度為20℃,頻率為10Hz或5Hz。

2儀具與材料

2.1動態(tài)模量測試系統(tǒng)：包括加載裝置、環(huán)境箱和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

TD738-2型瀝青混合料單軸動態(tài)模量試驗儀

2.1.1加載裝置：加載裝置可采用氣動、電動或液壓式，能施加半正弦波形式荷載的加載設(shè)備，加載頻率可滿足5～10Hz,加載量程≥1000kPa。若測定動態(tài)模量的主曲線，加載頻率可滿足0.1~25Hz,加載量程≥1500kPa;若主曲線條件包含負溫，加載量程≥2800kPa。

2.1.2環(huán)境箱：能控溫20℃±0.5℃。若測定動態(tài)模量的主曲線，控溫范圍4~60℃,控溫精度為±0.5℃;若主曲線條件包含負溫，控溫范圍-10～60℃。環(huán)境箱具有一定的容量，至少能存放4個試件

2.1.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：采用微機控制，能測量并記錄每次加載的荷載和產(chǎn)生的軸向變形，數(shù)據(jù)采樣頻率不小于加載頻率的50倍。荷載傳感器，量程不小于0.12～10kN,分辨力≤1.2N,精度±1%;若測定動態(tài)模量的主曲線，量程不小于0.12～13.5kN;若主曲線條件包含負溫，量程不小于0.12～25kN。位移傳感器，采用LVDT傳感器，具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，其量程應(yīng)≥1mm,分辨率≤0.2μm,誤差≤2.5μm,測量時能夠自動清零。荷載和變形固有相位滯后精度≤1°。

2.1.4加載板：可采用硬質(zhì)或鍍層處理的鋼板，或陽極氧化的高強度鋁板，硬度、模量低于6061-T6的鋁板不得使用。加載板直徑為104.5mm±0.5mm,分別置于試件的底部和頂部，用以將加載裝置的施加荷載從試驗機傳遞給試件。

2.2旋轉(zhuǎn)壓實儀：應(yīng)符合T0736中2.1要求。

2.3取芯機：用電力或汽油機、柴油機驅(qū)動，有淋水冷卻裝置。金剛石鉆頭內(nèi)徑為100mm±2mm,深度可調(diào)。應(yīng)具有足夠的功率，鉆頭轉(zhuǎn)速不小于1000r/min。

2.4切割機：試驗室用金剛石鋸片鋸石機，宜采用專用的雙鋸片試件切割；有淋水冷卻裝置。金剛石鋸片要有足夠的剛度。

2.5聚四氟乙烯薄膜：兩張，直徑稍大于加載板直徑，厚度0.25mm,用于放在兩個加載板與試件之間。

2.6標(biāo)準(zhǔn)塊：動態(tài)模量標(biāo)稱值為3～14GPa,相位角>0°。

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)定性試驗不少于2年，應(yīng)附相關(guān)定值證書。

2.7天平：感量不小于0.1g。

2.8溫度計：分度值0.5℃。

2.9直尺和塞尺：塞尺寬度為10mm±2mm。

2.10角度尺：金屬材質(zhì)。

2.11環(huán)氧樹脂；快凝型。

3動態(tài)模量測試系統(tǒng)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，進行一次標(biāo)定。采用標(biāo)準(zhǔn)塊進行標(biāo)定，應(yīng)測試不同溫度、不同頻率和變形量，測定動態(tài)模量值與標(biāo)準(zhǔn)塊標(biāo)稱值的相對誤差≤±3%,相位角差≤1°。

3.2環(huán)境箱首次使用或使用中每年進行一次控溫精度標(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。

4試件制備

4.1按T0740拌制瀝青混合料試樣，或按T0701從拌和樓取瀝青混合料試樣；試樣室內(nèi)短期老化后，按T0736旋轉(zhuǎn)壓實法成型直徑150mm、高170mm的圓柱體大試件(稱為大試件，以與鉆芯試件區(qū)別)。

注：成型試件時應(yīng)適當(dāng)降低稱料質(zhì)量，使得芯樣試件的空隙率達到目標(biāo)空隙率。芯樣試件周邊面光滑、平整，其空隙率往往比旋轉(zhuǎn)壓實大試件的空隙率低1.5%～2.5%。

4.2大試件放置水平；固定取芯機和大試件，鉆頭與大試件對中垂直，調(diào)整合適旋轉(zhuǎn)速度(如450r/min),緩慢勻速向下(如0.05mm/r)鉆取直徑為100mm±2mm芯樣，周邊面光滑、平整，且與兩個端面垂直。

4.3將芯樣水平固定在切割機上，芯樣軸向與鋸片垂直，合理調(diào)整切割機鋸片旋轉(zhuǎn)速度和試件推進速度，切除芯樣兩端，得到高度為150mm±2.5mm鉆芯試件。切割的試件兩個端面平行，且表面平滑平整；采用直尺和塞尺，沿直徑方向測量溝紋高差，每轉(zhuǎn)動120°測定一次，測定3次；每個方向上溝紋高差控制在±0.05mm內(nèi)。試件的兩個端面與其軸向垂直，采用角度尺測定垂直偏差不超過2°。

4.4在試件高度1/3、1/2、2/3處的三個位置測定其直徑；每個位置量測2次，即測第一個位置后，將試件旋轉(zhuǎn)90°再測一次；計算6個直徑測量值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，若標(biāo)準(zhǔn)差大于2.5mm,則該試件應(yīng)舍棄。對于直徑符合要求的試件，記錄試件的平均直徑值，精確至1mm。

4.5按本規(guī)程相關(guān)試驗方法測定試件的空隙率、VMA和VFA等參數(shù)，其空隙率與設(shè)計空隙率之差應(yīng)≤±0.5%。

4.6準(zhǔn)備好的試件在不超過20℃、相對濕度低于80%的室內(nèi)放置8h以上風(fēng)干。或采用真空干燥儀烘于，先將試件用干毛巾等擦除表面水后，在室溫23℃±5℃靜置不少于1h,放入真空干燥儀，在低于0.8kPa的真空條件下干燥約30min至恒重。

4.7若試件制備后2d內(nèi)不進行試驗，需用聚乙烯薄膜將其包裹好，在5～15℃環(huán)境下避光保存，存放時間不宜超過14d,且不可堆疊。

4.8一組試驗不少于3個有效試件。

5試件上固定裝置的安裝

5.1將用于安裝位移傳感器的固定裝置安裝在試件側(cè)面，沿圓周等間距安裝3個位移傳感器，即各相距120°。

5.2上、下固定螺栓中心距離決定了位移傳感器測量長度L,L宜為70～102mm,同一組試件長度L應(yīng)固定，偏差應(yīng)≤±2mm;上、下固定螺栓中心連線與試件軸線平行，確保安裝的位移傳感器與試件軸線平行。

6動態(tài)模量試驗方法與步驟

6.1啟動動態(tài)模量測試系統(tǒng)，設(shè)置試件信息、試驗溫度、加載頻率、預(yù)計的加載應(yīng)力水平等信息，啟動環(huán)境箱控溫至試驗溫度。標(biāo)準(zhǔn)試驗溫度為20℃,加載頻率為10Hz或5Hz,一般加載應(yīng)力水平為300~800kPa。

注：加載應(yīng)力水平，可按試件產(chǎn)生50～125με軸向應(yīng)變進行預(yù)估。

6.2將試件、加載板、薄膜放入已達20℃±0.5℃的環(huán)境箱中。同時在環(huán)境箱中放置相同尺寸已測試件，在其中部貼一個溫度傳感器，根據(jù)傳感器測定的內(nèi)部溫度判斷待測試件是否達到試驗溫度。

6.3當(dāng)環(huán)境箱和試件內(nèi)部溫度達到試驗溫度，再恒溫30～60min。

6.4打開環(huán)境箱，將下加載板放在加載裝置底座位置上，再在其表面放上薄膜；將試件對中放在下加載板上；將LVDT傳感器在固定裝置上固定，將LVDT調(diào)整到接近線性量程端，以便為測量永久壓縮變形提供全量程。

6.5在試件表面依次放上薄膜、上加載板。調(diào)整加載板、試件位置，與加載裝置加載桿對中。關(guān)閉環(huán)境箱，待其溫度恢復(fù)到試驗溫度。從打開環(huán)境箱到關(guān)閉環(huán)境箱，環(huán)境箱恢復(fù)到試驗溫度，計時不超過5min。

6.6位移傳感器和荷載傳感器清零。施加一個接觸荷載(加載應(yīng)力水平的5%),使試件與上、下加載板接觸良好。

6.7按照設(shè)定的加載應(yīng)力水平、頻率，重復(fù)加載200個周期。采集、記錄最后5個加載周期的荷載及變形。動態(tài)模量測試系統(tǒng)自動計算顯示應(yīng)力水平、軸向應(yīng)變、數(shù)據(jù)質(zhì)量和動態(tài)模量等數(shù)據(jù)。若軸向應(yīng)變不滿足50～125με,則調(diào)整加載應(yīng)力水平，重新加載200個周期。若數(shù)據(jù)質(zhì)量不滿足表T0738-2要求，重新加載200個周期。

6.8完成測試試驗后，移走已測試件，進行下一個試件的測試。

7動態(tài)模量主曲線試驗方法與步驟

7.1為了獲取動態(tài)模量主曲線，需要測定一系列溫度和頻率范圍的瀝青混合料單軸壓縮動態(tài)模量和相位角。

(1)試驗溫度可在-10℃、5℃、20℃、35℃、40℃、45℃、50℃溫度條件中選擇不少于3個，其中-10℃、5℃至少選擇一個，40℃、45℃、50℃可選擇一個。試驗溫度選擇可考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件、瀝青結(jié)合料的種類和標(biāo)號。

(2)加載頻率可在0.1Hz、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、25Hz頻率條件中選擇不少于3個，其中10Hz必選。

(3)加載應(yīng)力水平，應(yīng)按使試件產(chǎn)生50～125με軸向應(yīng)變進行設(shè)定。

(4)重復(fù)加載周期按表T0738-1選定。

表T0738-1試驗頻率及其重復(fù)加載周期

7.2按照選定的一組試驗溫度條件，從最低溫向高溫逐個溫度測試動態(tài)模量。

7.3在同一個試驗溫度條件下，按選擇的一組試驗頻率條件，從高頻向低頻逐個頻率進行重復(fù)加載。每個試驗頻率，按本方法中6的方法與步驟進行測試，僅采集、記錄最后5個加載次數(shù)的荷載及變形。完成一個試驗頻率的重復(fù)加載之后，間隔2min,間隔時間可適當(dāng)延長，但不應(yīng)超過30min。

7.4完成一個溫度的所有試驗頻率重復(fù)加載后，再在下一個試驗溫度條件下進行試驗。每個試驗溫度之間應(yīng)恒溫足夠時間，使環(huán)境箱和試件內(nèi)部溫度達到試驗溫度±0.5℃,恒溫應(yīng)不少于1h。

7.5若試件在某一試驗溫度下所有頻率重復(fù)加載完成后，其累計塑性變形超過1500με,該試件應(yīng)予以廢棄。此時，換新試件，加載應(yīng)力水平減半進行后續(xù)試驗。

8數(shù)據(jù)處理

8.1一個頻率條件下，記錄最后5個加載周期的荷載和變形，每個加載周期測量50個數(shù)據(jù)點，合計250個點，時間為t_i，荷載為p_i，變形為δ_ji。按式(T0738-1)式(T0738-2)計算各記錄點的應(yīng)力和應(yīng)變值。

σ_i=P_i/1000A                        (T0738-1)

式中：σ_i——第i記錄點的軸向應(yīng)力值，kPa;

i——第1、2、3、……、n個記錄點；

n——一個頻率條件下，記錄的數(shù)據(jù)點總數(shù)，一般為250;

P_i——第 i記錄點的軸向試驗荷載，N;

A——試件橫截面面積，mm2。

ε_ji=δ_ji/l₀                    (T0738-2)

式中：ε_ji——第 j位移傳感器第i記錄點的軸向應(yīng)變；

δ_ji——第j位移傳感器第i記錄點的軸向變形，mm;

j——1、2、3,為位移傳感器編號；

l₀——試件上位移傳感器的量測間距，mm。

8.2按式 (T0738-3) 計算平均應(yīng)力。

σ^―=∑σ_i/n                   (T0738-3)

式中：σ^―——平均應(yīng)力，kPa。

8.3按式(T0738-4)計算應(yīng)力差。

σ′_i=σ_i-σ^―                        (T0738-4)

式中：σ′_i——應(yīng)力差，kPa。

8.4按式(T0738-5)～式(T0738-7)計算各應(yīng)力系數(shù)。

A_σ0=∑σ′_i/n                    (T0738-5)

A_σ1=2/n∑σ′_icos(ω₀t_i)                    (T0738-6)

B_σ1=2/n∑σ′_isin(ω₀t_i)                       (T0738-7)

式中：A_σ0——應(yīng)力偏移系數(shù)，kPa;

A_σ1——應(yīng)力同相幅值系數(shù)，kPa;

B_σ1——應(yīng)力異相幅值系數(shù)，kPa;

ω₀——試驗頻率，rad/s;

t_i——第 個記錄點時間，s。

8.5按式(T0738-8)、式(T0738-9)計算應(yīng)力幅值和應(yīng)力相位角。

 θ_σ=arctan(-B_σ1/A_σ1)             (T0738-9)

式中：∣σ*∣——應(yīng)力幅值，kPa;

θ_σ——應(yīng)力相位角，。

8.6按式(T0738-10)、式(T0738-11)計算擬合半正弦波上的預(yù)測應(yīng)力差、實測應(yīng)力差的標(biāo)準(zhǔn)差。

σ′_i=A_σ0+A_σ1cos(ω₀t_i)+B_σ1(ω₀t_i)    (T0738-10)

式中：σ′_i——擬合半正弦波上的預(yù)測應(yīng)力差，kPa;

se(σ)——實測應(yīng)力差的標(biāo)準(zhǔn)差，kPa。

8.7分析每個加載周期內(nèi)應(yīng)變的最大值和最小值及其發(fā)生的時間。然后，使用線性回歸擬合5個加載周期的時間-應(yīng)變最大值、時間-應(yīng)變最小值曲線，兩個曲線斜率的平均值定義為變形傳感器的漂移率，記為D_j。

8.8按式(T0738-12)計算各位移傳感器的平均應(yīng)變。

ε^―_j=∑ε_ji/n              (T0738-12)

式中：ε^―_j——第j位移傳感器的平均應(yīng)變。

8.9按式(T0738-13)計算應(yīng)變差。

ε′_ji=εji-D_jt_i-ε^―_j         (T0738-13)

式中：ε′_ji——第j位移傳感器的應(yīng)變差；

D_j——第j位移傳感器的漂移率。

8.10按式(T0738-14)～式(T0738-16)計算各位移傳感器的應(yīng)變系數(shù)。

A_εj0=∑σ′_i/n                  (T0738-14)

A_εj1=2/n∑ε′_jicos(ω₀t_i)           (T0738-15)

B_εj1=2/n∑ε′_jisin(ω₀t_i)           (T0738-16)

式中：A_εj0——第j位移傳感器的應(yīng)變偏移系數(shù)；

A_εj1——第j位移傳感器的應(yīng)變同相幅值系數(shù)；

B_εj1——第j位移傳感器的應(yīng)變異相幅值系數(shù)。

8.11按式(T0738-17)、式(T0738-18)計算應(yīng)變幅值和應(yīng)變相位角。

θ_σ=arctan(-B_εj1/A_εj1)       (T0738-18)

式中：∣ε^*_j∣——第j位移傳感器的應(yīng)變幅值；

θ_εj——第j位移傳感器的應(yīng)變相位角，°

8.12按式(T0738-19)、式(T0738-20)計算擬合半正弦波上的預(yù)測應(yīng)變差、實測應(yīng)變差的標(biāo)準(zhǔn)差。

式中：ε′_ji^∧——第位移傳感器的擬合半正弦波上的預(yù)測應(yīng)變差；

se(ε_j)第j位移傳感器的實測應(yīng)變差的標(biāo)準(zhǔn)差。

8.13按式(T0738-21)～式(T0738-25)計算所有位移傳感器的應(yīng)變相位角幅值、應(yīng)變幅值、應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)差、應(yīng)變均勻性系數(shù)及相位角均勻性系數(shù)。

θ_ε^―=∑θ_εj/m              (T0738-21)

 ∣ε^*∣^―= ∑∣ε^*_j∣/m           (T0738-22)

se(ε)=∑se(ε_j)/m             (T0738-23)

式中：θ_ε^―——所有位移傳感器的應(yīng)變相位角幅值；

∣ε^*∣^―——所有位移傳感器的應(yīng)變幅值；

se(ε)——所有位移傳感器的應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)差；

U_g——所有位移傳感器的應(yīng)變均勻性系數(shù)；

U_θ——所有位移傳感器的應(yīng)變相位角均勻性系數(shù)。

8.14按式(T0738-26)、式(T0738-27)計算試件相位角和動態(tài)模量。

θ(ω₀) =θ_ε^―-θ_σ^―                   (T0738-26)

∣E*(ω₀) ∣=∣σ^*∣/∣ε_*∣          (T0738-27)

式中：θ(ω₀)——試件在頻率w時的相位角，°

∣E*(ω₀) ∣——試件在頻率w。時的動態(tài)模量，kPa。

8.15一個試件在某一試驗溫度、頻率下的數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)滿足表T0738-2的要求。

表T0738-2一個試件在某一試驗溫度、頻率下的數(shù)據(jù)質(zhì)量

8.16計算同一試驗溫度、頻率下的動態(tài)模量、相位角的算術(shù)平均值作為該條件下的試驗結(jié)果。同時計算同一試驗溫度、頻率下的動態(tài)模量的偏差系數(shù)、相位角的標(biāo)準(zhǔn)差。

(1)確定一個標(biāo)準(zhǔn)溫度T_r，一般為20℃。

(2)各試驗溫度下T_i試驗頻率f_i，通過時溫等效法則，可按式(T0738-28)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)溫度T_r等效頻率f_r。

lgf_r=lgf_i+a₁(1.8T_r-1.8T_i)+a₂(1.8T_r-1.8T_i)²          (T0738-28)

式中：f_r——標(biāo)準(zhǔn)溫度T,等效頻率，Hz;

f_i——試驗溫度T的試驗頻率，Hz;

a₁、a₂——回歸系數(shù)。

(3)動態(tài)模量主曲線函數(shù)，按式(T0738-29)表達。

lg∣E^*∧∣=δ+α/〔1+eβ+γlgfi+γa1(1.8Tr-1.8Ti)+γa2(1.8Tr-1.8Ti)2         (T0738-29)

式中：lg∣E^*∧∣——根據(jù)試驗溫度T_i、頻率f_i的預(yù)估的動態(tài)模量，kPa;

α、β、γ、δ——回歸系數(shù)。

(4)取不同溫度、頻率的試驗條件組合及相應(yīng)的實測動態(tài)模量值，按式(T0738-29)進行數(shù)值擬合，直至按式(T0738-30)計算的擬合誤差最小。建議初始擬合系數(shù)，α=2.5,β=-1.5,δ=2.0,γ=-0.5,a₁=0.1,a₂=0.0001。

error=∑ⁿ₁(lg∣E^*∧∣_i-lg∣E^*∣_i)²                (T0738-30)

式中：error——各種試驗條件組合下誤差平方的和；

n——各種試驗溫度、試驗頻率試驗條件組合總數(shù)；

∣E^*∧∣_i——第i組合下的預(yù)測動態(tài)模量；

∣E^*∣_i——第i組合下的實測平均動態(tài)模量。

(5)按式(T0738-31)～式(T0738-33)計算最終的擬合誤差和相關(guān)性系數(shù)。

式中：S_y——動態(tài)模量實測值對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；

lg∣E^*∣^―——所有組合的動態(tài)模量實測值對數(shù)平均值。

式中：S_e——動態(tài)模量預(yù)估值對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差；

p——回歸參數(shù)的個數(shù)，取6

R²=1-(n-p-1)×S_e²/(n-1)×S_y²                    (T0738-33)

式中：R2——解釋方差。

(6)S_e應(yīng)≤0.05,R²應(yīng)≥0.99。

(7)主曲線可采用其他方法計算，但應(yīng)滿足以上(6)的要求。

9報告

9.1試驗項目名稱和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

9.2瀝青混合料的瀝青含量、礦料級配、密度、空隙率及試件尺寸。

9.3接樣日期、樣品描述。

9.4試驗日期，儀器設(shè)備的名稱、型號及編號。

9.5各試驗溫度、頻率、施加應(yīng)力水平、動態(tài)模量及相位角。

9.6動態(tài)模量主曲線回歸系數(shù)α、β、γ、δ、a₁、a₂。(必要時)。

9.7其他需要說明的情況。

在我單位整理過程中有可能會出現(xiàn)部分錯誤，僅供參考，建議購買正版試驗標(biāo)準(zhǔn)。