T0739—2025  瀝青混合料疲勞試驗(四點彎曲法)

 本文引用JTG 3410-2025《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》-T0739—2025  瀝青混合料疲勞試驗(四點彎曲法)

1目的與適用范圍

1.1本方法適用于四點彎曲法測定瀝青混合料承受重復(fù)彎曲荷載的疲勞次數(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疲勞試驗的標準試驗溫度為20℃、頻率為10Hz,采用恒應(yīng)變控制的連續(xù)正弦加載模式。

2儀具與材料

2.1四點彎曲疲勞試驗機：能夠?qū)崿F(xiàn)四點彎曲加載，由加載裝置、采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制裝置、環(huán)境箱等組成。

TD739-1型瀝青混合料四點彎曲疲勞壽命試驗儀

2.1.1加載裝置：氣動、液壓或電磁加載方式，能夠為疲勞試驗系統(tǒng)提供重復(fù)動力荷載，可根據(jù)試驗要求實現(xiàn)頻率5～10Hz、不同振幅的重復(fù)正弦加載波形加載，能夠?qū)崿F(xiàn)恒應(yīng)變控制。加載過程中，試件在所有荷載和反作用點上以自由旋轉(zhuǎn)和水平平移的方式進行四點彎曲，并保證每次加載結(jié)束時，應(yīng)使試件回到原點(初始位置)。試件夾持系統(tǒng)采用三等分間距布設(shè)夾頭，相鄰夾頭中心間距一般為0.119m,總跨距為0.357m。各夾頭宜采用可調(diào)節(jié)加持力大小的小型電機進行夾持。

2.1.2采集系統(tǒng)：采集系統(tǒng)基本參數(shù)和技術(shù)要求見表T0739-1。

表T0739-1采集系統(tǒng)基本參數(shù)和技術(shù)要求

2.1.3數(shù)據(jù)采集與控制裝置：使用計算機控制每次加載，測量梁的位移，計算梁的應(yīng)變，調(diào)整施加荷載保證加載期間應(yīng)變恒定且與目標應(yīng)變一致。能夠?qū)崟r采集、記錄加載次數(shù)、瞬息荷載大小、試件位移、最大拉應(yīng)力、最大拉應(yīng)變、相位角、勁度模量、耗散能及累計耗散能等參數(shù)，數(shù)據(jù)采樣頻率不小于加載頻率的50倍。

2.1.4環(huán)境箱：應(yīng)保持箱體內(nèi)試驗溫度分布均勻，控溫精度±0.5℃。同時應(yīng)能使加載裝置與外部數(shù)據(jù)采集等控制裝置順利連接，并具有足夠的內(nèi)部空間，容納加載裝置和3個或以上的試件。

2.2標準塊：動態(tài)模量標稱值為3～14GPa,相位角>0°。

注：標準樣品應(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。

2.3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℃。

2.4游標卡尺：量程0～200mm,精度0.02mm。

2.5溫度計：分度值0.1℃。

2.6其他：天平、秒表等。

 以上產(chǎn)品我公司均有生產(chǎn)和銷售

3四點彎曲疲勞試驗機檢驗

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，進行一次標定。采用標準塊進行標定，應(yīng)測試不同溫度、不同頻率，測定值與標準塊標稱值的動態(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新試驗機或每使用24個月，應(yīng)檢查其疲勞次數(shù)一致性。

(1)選擇不少于3臺試驗機，宜包括不同廠家或不同型號的設(shè)備。

(2)采用20號瀝青HFM-16混合料，同一試驗室成型不少于9個試件。

(3)每臺試驗機隨機選用3個試件按本方法，測定130με、20℃、10Hz條件下疲勞次數(shù)。

(4)若一臺試驗機測定的3個試件的疲勞次數(shù)平均值與所有試驗機測定的總體平均值的相對偏差滿足-50%～+100%,則檢驗通過。

4試驗準備

4.1試件準備

4.1.1按本規(guī)程T0703輪碾法成型寬300mm×長400mm×厚75mm大試件，切割成寬(63mm±6mm)×長(380mm±5mm)×高(50mm±6mm)標準試件，測定試件尺寸、毛體積密度和空隙率，實測空隙率與設(shè)計空隙率之差≤±1%。也可按本規(guī)程T0701方法切割成長(380mm±5mm)×寬(63mm±6mm)×高(50mm±6mm)標準試件。

4.1.2試件兩個相應(yīng)端面平行，相鄰兩個端面垂直，角度滿足90°±2°。用游標卡尺測量試件的寬度和高度，分別測定5個位置，即試件的兩端20mm內(nèi)的點位、中央10mm內(nèi)的點位及距離中點各90mm的點位，精確至0.01mm。取5個測量值的平均值作為試件尺寸，精確至0.1mm。若寬度或者高度的5個測量值中的任何一個值與平均值相差大于1.5mm,則該試件作廢。用游標卡尺測量試件的長度，分別測定4個位置。若長度的4個測量值中的任何一個值與平均值相差大于2.5mm,則該試件作廢。

4.1.3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%。

4.1.4準備好的試件在不超過20℃、相對濕度低于80%的室內(nèi)放置8h以上風干。或采用真空干燥儀烘干，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。

4.1.5若試件制備后2d內(nèi)不進行試驗，在15℃以下環(huán)境下避光保存，存放時間不宜超過14d,且不可堆疊。存放期間，試件應(yīng)水平放置于表面平整的硬玻璃板(或瓷磚)上，防止試件發(fā)生變形。

4.2試件分組

4.2.1一個試驗條件，即應(yīng)變水平、試驗溫度相同，一組試驗不少于3個有效試件。

4.2.2當測定一個試驗溫度條件下的疲勞曲線時，一組試驗不少于9個有效試件，試件分為三組，每組3個，三組的尺寸和毛體積密度接近，其中平均毛體積密度差不大于0.015g/cm3。

4.2.3當測定一個試驗溫度條件下的100萬次失效應(yīng)變時，一組試驗不少于6個有效試件，試件分為兩組，每組3個，兩組的尺寸和毛體積密度接近，其中平均毛體積密度差不大于0.015g/cm3。

4.2.4宜在試件長度方向兩側(cè)中央中點稍微靠上位置，用環(huán)氧樹脂粘貼一個M8螺母。

5方法與步驟

5.1將試件、位移測量裝置置于已調(diào)溫至試驗溫度±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。空氣保溫≥6h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在試件達到目標溫度后，將試件滑入試驗機固定夾具中，調(diào)整相鄰夾頭中心間距為0.119m,先固定外側(cè)2個夾具，然后固定內(nèi)側(cè)2個夾具。將螺栓擰入試件兩側(cè)涂有環(huán)氧樹脂的螺母中，將LVDT連接到試件上，固定LVDT傳感器，調(diào)整LVDT使其讀數(shù)接近于零。

5.3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。采用恒應(yīng)變模式，標準試驗溫度為20℃,加載頻率為10Hz。應(yīng)變水平應(yīng)按下列原則確定：

(1)按照目標應(yīng)變設(shè)置，目標應(yīng)變?yōu)榉逯?峰值的一半。

(2)若確定疲勞曲線，則在250～750με(一些瀝青混合料可能達到2000με)選用不少于3個應(yīng)變水平，使試驗測定的疲勞次數(shù)約為10000～1000000次。

(3)若確定100萬次疲勞失效應(yīng)變，則在100～500με選用不少于2個應(yīng)變水平，使試驗測定的疲勞次數(shù)約為10000～2000000次，且100萬次失效應(yīng)變應(yīng)介于選擇的應(yīng)變水平區(qū)間內(nèi)。

(4)若沒有明確的試驗條件，選用以上條件(3)。

5.4當環(huán)境箱和試件內(nèi)部溫度再次達到試驗溫度，在目標試驗應(yīng)變水平下預(yù)加載50(或100)個周期，計算第50(或100)個加載周期的試件勁度模量為初始的勁度模量。

5.5確定好初始勁度模量后，試驗機重新計算周期數(shù)。應(yīng)在50個周期內(nèi)自動調(diào)整并穩(wěn)定到試驗所需要的目標應(yīng)變水平，進行重復(fù)加載試驗。采集、記錄瞬時的荷載、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。為了減少記錄的數(shù)據(jù)量，可適當降低采集加載周期的數(shù)據(jù)，其中：0～10,全采集；10～100,每10個周期采集1次，每次采集前后5個周期取平均值；100～1000,每100個周期采集1次，每次采集前后5個周期取平均值；1000～10000,每250個周期采集1次，每次采集前后5個周期取平均值；10000~100000,每1000個周期采集1次，每次采集前后5個周期取平均值；大于100000,每10000個周期采集1次，每次采集前后5個周期取平均值。采集系統(tǒng)自動計算顯示應(yīng)力曲線、應(yīng)變曲線、勁度模量、能量比等數(shù)據(jù)。

5.6當試件達到疲勞試驗終止條件時，自動停止加載。試驗終止條件為：

(1)能量比達到最大、開始下降；

(2)試件出現(xiàn)開裂、較大的變形。

5.7完成測試試驗后，移走已測試件，進行下一個試件的測試。

6數(shù)據(jù)處理

6.1按式(T0739-1)計算最大拉應(yīng)力，精確至0.1。

σ_t=LP×10^-6/wh²                   (T0739-1)

式中：σ_t——最大拉應(yīng)力，為峰-峰，MPa;

L——梁跨距，即外端兩個夾具間距，一般為0.357m;

P——峰值荷載，N;

w——試件寬度，m;

h——試件高度，m。

6.2按式(T0739-2)計算最大拉應(yīng)變，精確至0.1。

ε_t=12δh×10⁶/3L²-4a²          (T0739-2)

式中：ε_t——最大拉應(yīng)變，為峰-峰，με;

δ——梁中心最大應(yīng)變，m;

a——相鄰夾頭中心間距，a=L/3,一般為0.119m。

6.3按式(T0739-3)計算彎曲勁度模量，精確至0.1。

S=σ_t×10⁶             (T0739-3)

式中：S——彎曲勁度，MPa。

6.4按式(T0739-4)計算相位角，精確至0.1。

φ=360ft           (T0739-4)

式中：φ——相位角，°;

f——加載頻率，Hz;

t——應(yīng)變峰值滯后于應(yīng)力峰值的時間，s。

6.5按式(T0739-5)計算單個周期耗散能，精確至0.1。

E_D=πσ_tε_tsinφ             (T0739-5)

式中：E_D——單個周期耗散能，J/m3。

6.6按式(T0739-6)計算累計耗散能，精確至0.1。

E_CD=∑ⁿ_i=1E_Di               (T0739-6)

式中：E_CD——疲勞試驗過程中累計耗散能，J/m3;

E_Di——第i次加載的單個周期耗散能，J/m3,按式(T0739-5)計算。

6.7按式(T0739-7)計算能量比，精確至0.1。

ER_n=S_n×n            (T0739-7)

式中：ER_n——加載第n個周期時能量比，MPa;

S_n——加載第n個周期時勁度模量，MPa;

n——加載第n個周期。

6.8繪制能量比ER_n-加載周期n曲線，采用六階多項式進行最小二乘法擬合，計算ER_n最大值相應(yīng)的目標應(yīng)變水平的疲勞次數(shù)，記為N_m。

6.9當確定一個目標應(yīng)變的疲勞次數(shù)時，取一組試件的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果，疲勞次數(shù)精確至1。

6.10當確定疲勞曲線時，應(yīng)用各試件的實測值，繪制疲勞次數(shù)N_m-應(yīng)變ε_t曲線，按式(T0739-8)函數(shù)進行最小二乘法擬合。

N_m=k₁×ε^k2_t                       (T0739-8)

式中：N_m——疲勞次數(shù)；

k₁、k₂——擬合系數(shù)，精確至0.0001。

6.11當確定100萬次疲勞失效應(yīng)變時，按6.10確定疲勞曲線，按式(T0739-8)計算100萬次相應(yīng)的應(yīng)變，即為疲勞失效應(yīng)變，精確至1με。

7報告

7.1試驗項目名稱和執(zhí)行標準。

7.2瀝青混合料的瀝青含量、礦料級配、密度、空隙率及試件尺寸。

7.3接樣日期、樣品描述

7.4試驗日期，儀器設(shè)備的名稱、型號及編號。

7.5各試驗溫度、頻率、應(yīng)變水平、施加應(yīng)力水平、勁度模量、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出現(xiàn)部分錯誤，僅供參考，建議購買正版試驗標準。