T0742—2025  瀝青混合料動態(tài)模量試驗(劈裂法)

 本文引用JTG 3410-2025《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》-T0742—2025  瀝青混合料動態(tài)模量試驗(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

TD716-2型瀝青混合料劈裂試驗儀

2.1劈裂拉伸動態(tài)測試儀：包括加載裝置、環(huán)境箱和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

2.1.1加載裝置：加載裝置可采用氣動、電動或液壓式，能施加正弦波形荷載，加載頻率可滿足5～10Hz,加載量程≥20kN。若測定大試件或測定動態(tài)模量的主曲線，加載頻率可滿足0.1～10Hz,加載量程≥50kN。在10Hz條件下，加載裝置加載桿最大變形行程可達±0.25mm。

2.1.2環(huán)境箱：能夠控溫20℃±0.5℃。若測定動態(tài)模量主曲線、溫度包含負(fù)溫，控溫范圍-10～20℃。環(huán)境箱具有一定的容量，能夠進行強制空氣循環(huán)，可以用于試件保溫和試驗。

2.1.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：采用微機控制，能實時采集、記錄加載的瞬息荷載和產(chǎn)生的水平變形，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20kN,精度±20N;量程不小于50kN,精度±50N。水平徑向位移測量系統(tǒng)采用兩個LVDT位移傳感器安裝在剛性框架的兩個對稱位置，以實時測定試件瞬時水平徑向變形，量程≥2mm、誤差≤±0.5μm。試驗時需要使用對中夾具，確保剛性框架將LVDT夾在試件水平直徑上，整個試驗過程中，剛性框架應(yīng)僅依靠夾具來支撐，不與設(shè)備的任意其他部位接觸；也可以使用其他合適的變形測量設(shè)備，例如引伸計，量程≥2mm,誤差≤±0.5μm,分辨率0.1μm。試件垂直變形，則采用位移傳感器測量，其安裝在上壓條上，量程≥7mm,誤差≤±1μm,分辨率0.1μm。 

2.1.4壓條：采用硬質(zhì)鋼制，硬度為HRC56～HRC58。標(biāo)準(zhǔn)壓條寬度為12.7mm±0.2mm,內(nèi)側(cè)曲率半徑50.8mm±1mm;大型試件(直徑約152mm)時，壓條寬度為19mm±0.2mm,內(nèi)側(cè)曲率半徑75mm±1mm。壓條長度應(yīng)不小于試件高度+20mm。壓條兩側(cè)邊緣應(yīng)打磨倒圓。壓條上下各一根，上壓條與加載裝置的上壓頭通過球形座連接，下壓條固定在底座夾具上，下壓條與加載架應(yīng)具有對中的方法。加載時，上下壓條軸線在一個垂直平面上，偏差不大于0.5mm,交叉角不大于1°。

2.2溫控箱：用于試件空氣保溫，溫度范圍能滿足試驗要求，控溫精度±0.5℃。

2.3游標(biāo)卡尺：量程0～200mm,精度0.02mm。

2.4溫度計：分度值0.1℃。

2.5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。

2.6角度尺：金屬材質(zhì)。

2.7其他：秒表等。

3劈裂拉伸動態(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，測定值與標(biāo)準(zhǔn)塊標(biāo)稱值的動態(tài)模量相對誤差不超過±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試驗準(zhǔn)備

4.1對于公稱最大粒徑≤16mm的瀝青混合料，試件直徑100mm±3mm,高度40mm±2mm;對于公稱最大粒徑≥19mm的瀝青混合料，試件直徑150mm±3mm,高度60mm±2mm;對于公稱最大粒徑≥31.5mm的瀝青混合料，試件直徑150mm±3mm,高度90mm±2mm。

4.2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T0702、T0703或T0736成型大試件(以與后續(xù)切割小試件區(qū)別)。也可按T0701方法現(xiàn)場鉆取芯樣。

4.3按T0738中4.2和4.3方法，通過鉆芯、切割，得到滿足標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件。試件通過打磨、沖洗大試件表面，去除所有凸出的集料顆粒；試件兩個端面平行，兩個端面與其軸向垂直，垂直偏差不超過2°。

4.4測定試件的直徑及高度，精確至0.1mm。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)≤±1%。

4.5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?；虿捎谜婵崭稍飪x烘干，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。

4.6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。

4.7一組試驗不少于4個有效試件，其中隨機取一個作為備用試件。當(dāng)需要確定動態(tài)模量主曲線時，宜適當(dāng)增加試件數(shù)量。

5動態(tài)模量試驗方法與步驟

5.1將試件、位移測量裝置、壓條置于已調(diào)溫至試驗溫度±0.5℃的環(huán)境箱中保溫。試件數(shù)量過多，部分試件可在溫控箱中保溫，試驗前再放入環(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。

5.2試驗前清潔壓條，必要時用溶劑擦拭。

5.3在試件達到目標(biāo)溫度后，將試件安裝好，調(diào)整位移傳感器和采集系統(tǒng)。對于LVDT傳感器，為了盡量減小框架的扭曲，使用扭矩扳來擰緊夾具，每個夾持點施加25cN·m的扭矩；對于開級配瀝青混合料試件，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啟動動態(tài)測試系統(tǒng)，設(shè)置試件信息、試驗溫度、加載頻率、峰荷載等信息，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(表面層或中面層)或5Hz(下面層或基層),加載次數(shù)為100次，施加接觸荷載為35kPa,加載應(yīng)力水平應(yīng)使試件水平徑向回彈應(yīng)變?yōu)?.05‰～0.1‰。

5.5為了得到準(zhǔn)確的加載應(yīng)力水平，隨機選擇一個試件作為備用試件，按表T0742-1設(shè)置相應(yīng)溫度、頻率的初始應(yīng)力，按表T0742-2設(shè)置加載次數(shù)，進行重復(fù)加載試驗，同時按表T0742-1中應(yīng)力增量，變化幾個應(yīng)力水平，進行重復(fù)加載試驗，直至試件水平徑向回彈應(yīng)變達到0.1‰。如圖T0742-7所示，對備用試件施加4個應(yīng)力水平的重復(fù)加載，繪制應(yīng)力-水平徑向回彈應(yīng)變曲線，根據(jù)曲線確定回彈應(yīng)變0.075‰相應(yīng)的應(yīng)力作為該混合料的加載應(yīng)力水平。

注：確定動態(tài)模量主曲線時，需要從低溫向高溫，采用備用試件試驗確定不同溫度、不同頻率的加載應(yīng)力水平。

表T0742-1初始加載應(yīng)力和應(yīng)力增量

5.6當(dāng)環(huán)境箱和試件內(nèi)部溫度再次達到試驗溫度時，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按照設(shè)定的加載應(yīng)力水平、頻率，重復(fù)加載100個周期。采集、記錄最后5個加載周期的荷載、變形、加載次數(shù)、時間，一個周期采集不少于50個數(shù)據(jù)點，荷載精確至1N,變形精確至0.0001mm。動態(tài)模量測試系統(tǒng)自動計算顯示應(yīng)力曲線、應(yīng)變曲線、數(shù)據(jù)質(zhì)量、動態(tài)模量等數(shù)據(jù)。

5.8若水平徑向應(yīng)變不滿足要求，則自動調(diào)整加載應(yīng)力水平，重新加載100個周期。

5.9若試驗過程中，試件垂直變形大于7mm(150mm試件為10mm)、水平徑向總變形(兩個水平徑向傳感器的變形之和)大于3.75mm,說明試件發(fā)生了塑性變形和開裂，為了保護設(shè)備和采集系統(tǒng)，立即停止試驗，試驗結(jié)果舍棄，降低施加應(yīng)力水平，換新試件重新試驗。

5.10完成測試試驗后，移走已測試件，進行下一個試件的測試。

6動態(tài)模量主曲線試驗方法與步驟

6.1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動態(tài)模量和相位角。

(1)試驗溫度可按-10℃、0℃、10℃、20℃順序進行。

(2)加載頻率可按10Hz、5Hz、1Hz、0.5Hz、0.1Hz、10Hz順序進行。

(3)加載應(yīng)力水平，應(yīng)按使試件產(chǎn)生水平徑向應(yīng)變0.05‰~0.1‰進行設(shè)定。

(4)重復(fù)加載周期按表T0742-2選定。

表T0742-2試驗頻率及其重復(fù)加載周期

6.2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。

6.3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，最后再測定一個高頻。每個試驗頻率，按本方法中5的方法與步驟進行測試，僅采集、記錄每個加載周期的荷載及變形。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。

6.4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。

6.5當(dāng)試件在某一試驗溫度下所有頻率重復(fù)加載完成后，若第一次高頻與最后一次高頻測定的動態(tài)模量值相差≥15%,則該試件應(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。

6.6每個溫度條件至少測定3個有效試件。

7數(shù)據(jù)處理

7.1按式(T0742-1)采用最小二乘法進行如圖T0742-9所示的實測的試件施加的應(yīng)力-時間波形圖擬合，相關(guān)性系數(shù)R2≥0.99。計算的荷載精確至1。

F(t)=A+Bsin(2πft+C)                (T0742-1)

式中：F(t)——時間t的垂直荷載，N;

f——試驗頻率，Hz;

A——荷載正弦波的絕對項，N;

B——荷載正弦波的振幅，N;

t——垂直荷載相應(yīng)的時間，s;

C——荷載正弦波的相位系數(shù)，rad。

7.2按式(T0742-2)采用最小二乘法進行實測的試件水平徑向變形-時間波形圖擬合，相關(guān)性系數(shù)R2≥0.99。計算的變形精確至0.0001。

u(t)=a+bsin(2πft+c)+dt             (T0742-2)

式中：u(t)——時間t的水平徑向變形，mm;

f——試驗頻率，Hz;

a——水平變形正弦波的絕對項，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，mm/s。

7.3按式(T0742-3)計算試件內(nèi)部最大劈裂拉伸應(yīng)力，精確至0.001

σ(t)=2F(t)/πDh                      (T0742-3)

式中：σ(t)——試件內(nèi)部時間t的最大劈裂拉伸應(yīng)力，MPa;

D——試件直徑，mm;

h——試件高度，mm。

7.4按式(T0742-4)計算泊松比，精確至0.001。

μ=0.15+0.35/1+e^{1.83034-0.07619T}                 (T0742-4)

式中：μ——泊松比；

T——試驗時溫度，℃

7.5按式(T0742-5)計算水平徑向的回彈應(yīng)變，精確至0.0001。

ε_e1=2×(2b/D)×〔(1+3μ)/(4+πμ-π)×1000                 (T0742-5)

式中：ε_e1——水平徑向的回彈應(yīng)變，%。

7.6按式(T0742-6)計算相位角，精確至0.01。

Φ=(c-C)×180/π                  (T0742-6)

式中：φ——相位角，°。

7.7按式(T0742-7)計算試件動態(tài)模量，精確至0.1。

∣E^*∣=2B/2bh(4/π-1+μ)               (T0742-7)

式中：∣E^*∣——試件動態(tài)模量，MPa。

7.8取一組試件的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果， 動態(tài)模量精確至1MPa， 相位角精確至0.1°

7.9按T0738中8.17方法確定動態(tài)模量主曲線。

8報告

8.1試驗項目名稱和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

8.2瀝青混合料的瀝青含量、礦料級配、密度、空隙率及試件尺寸。

8.3接樣日期、樣品描述。

8.4試驗日期，儀器設(shè)備的名稱、型號及編號。

8.5各試驗溫度、頻率、應(yīng)力水平、動態(tài)模量及相位角。

8.6動態(tài)模量主曲線回歸系數(shù)α、β、γ、δ、a₁、a₂(必要時)。

8.7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)。