T0716—2011瀝青混合料劈裂試驗

1目的與適用范圍

1.1本方法適用于測定瀝青混合料在規(guī)定溫度和加載速率時劈裂破壞或處于彈性階段時的力學(xué)性質(zhì)，亦可供瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇瀝青混合料力學(xué)設(shè)計參數(shù)及評價瀝青混合料低溫抗裂性能時使用。試驗溫度與加載速率可由當(dāng)?shù)貧夂驐l件根據(jù)試驗?zāi)康幕蛴嘘P(guān)規(guī)定選用，但試驗溫度不得高于30℃。如無特殊規(guī)定，宜采用試驗溫度15℃±0.5℃，加載速率為50mm/min。當(dāng)用于評價瀝青混合料低溫抗裂性能時，宜采用試驗溫度-10℃±0.5℃及加載速率lmm/min。

1.2本方法測定時采用的瀝青混合料泊松比μ值見表T0716-1，其他試驗溫度的μ值由內(nèi)插法確定。本方法也可由試驗實測的垂直變形及水平變形計算實際的μ值，但計算的μ值必須在0.2?0.5范圍內(nèi)。

表T0716-1劈裂試驗使用的泊松比μ

1.3本方法采用的圓柱體試件應(yīng)符合下列要求：

1.3.1當(dāng)集料公稱最大粒徑小于或等于26.5mm時，用馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實法成型的直徑為101.6mm±0.25mm、高為63.5mm±1.3mm的試件。

1.3.2從輪碾機成型的板塊試件或從道路現(xiàn)場鉆取直徑100mm±2mm或150mm±2.5mm、高為40mm±5mm的圓柱體試件。

2儀具與材料技術(shù)要求

2.1試驗機:能保持規(guī)定的加載速率及試驗溫度的材料試驗機，當(dāng)采用50mm/min的加載速率時，也可采用具有相當(dāng)傳感器的自動馬歇爾試驗儀代替，但均必須配置有荷載及試件變形的測定記錄裝置。荷載由傳感器測定，應(yīng)滿足最大測定荷載不超過其量程的80%且不小于其量程的20%的要求，宜采用40kN或60kN傳感器，分辨率為10N。

2.2位移傳感器:可采用LVDT或電測百分表。水平變形宜用非接觸式位移傳感器測定，其量程應(yīng)大于預(yù)計最大變形的1.2倍，通常不小于5mm。測定垂直變形精密度不低于0.01mm，測定水平變形的精密度不低于0.005mm。

2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或X-Y記錄儀:能自動采集傳感器及位移計的電測信號，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中儲存或在X-Y記錄儀上繪制荷載與跨中撓度曲線。

2.4恒溫水槽:用于試件保溫，溫度范圍能滿足試驗要求，控溫精度±0.5℃。當(dāng)試驗溫度低于0℃時，恒溫水槽可采用1:1的甲醇水溶液或防凍液作冷媒介質(zhì)。恒溫水槽中的液體應(yīng)能循環(huán)回流。

2.5壓條:如圖T0716-1所示，上下各1根。試件直徑為l00mm±2mm或101.6mm±0.25mm時，壓條寬度為12.7mm，內(nèi)側(cè)曲率半徑50.8mm;試件直徑為150mm±2.5mm

圖T0716-1壓條形狀（尺寸單位:mm)

2.6劈裂試驗夾具:下壓條固定在夾具上，上壓條可上下自由活動。

2.7其他:卡尺、天平、記錄紙、膠皮手套等。

3方法與步驟

3.1準(zhǔn)備工作

3.1.1根據(jù)1.3的規(guī)定，按本規(guī)程T0702方法制作圓柱體試件。

3.1.2按本規(guī)程T0702的規(guī)定測定試件的直徑及高度，準(zhǔn)確至0.1mm。在試件兩側(cè)通過圓心畫上對稱的十字標(biāo)記。

3.1.3按本規(guī)程T0705方法測定試件的密度、空隙率等各項物理指標(biāo)。

3.1.4使恒溫水槽達到要求的試驗溫度±0.5℃。將試件浸入恒溫水槽保溫不少于1.5h。當(dāng)為恒溫空氣箱時保溫不少于6h，直至試件內(nèi)部溫度達到試驗溫度±0.5℃為止。保溫時試件之間的距離不少于使試驗機環(huán)境保溫箱達到要求的試驗溫度，當(dāng)加載速率大于或等于50mm/min時，也可不用環(huán)境保溫箱。

3.2試驗步驟

3.2.1從恒溫水槽中取出試件，迅速置于試驗臺的夾具中安放穩(wěn)定，其上下均安放有圓弧形壓條，與側(cè)面的十字畫線對準(zhǔn)，上下壓條應(yīng)居中、平行。

3.2.2迅速安裝試件變形測定裝置。水平變形測定裝置應(yīng)對準(zhǔn)水平軸線并位于中央位置;垂直變形的支座與下支座固定，上端支于上支座上。

3.2.3將記錄儀與荷載及位移傳感器連接，選擇好適宜的量程開關(guān)及記錄速度。當(dāng)以壓力機壓頭的位移作為垂直變形時，宜采用50mm/min速率加載。記錄儀走紙速度根據(jù)試驗溫度確定。

3.2.4開動試驗機，使壓頭與上下壓條接觸，荷載不超過30N，迅速調(diào)整好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或X-Y記錄儀到零點位置。

3.2.5開動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或記錄儀，同時啟動試驗機，以規(guī)定的加載速率向試件加載劈裂至破壞，記錄儀記錄荷載及水平變形（或垂直位移）。當(dāng)試驗機無環(huán)境保溫箱時，自恒溫水槽中取出試件至試驗結(jié)束的時間應(yīng)不超過45_S。記錄的荷載一變形曲線如圖T0716-2所示。

圖T0716-2 劈裂試驗的荷載——變形（水平或垂直變形）曲線

4計算

4.1將圖T0716-2中的荷載一變形曲線的直線段按圖示方法延長與橫坐標(biāo)相交作為曲線的原點，由圖中量取峰值時的最大荷載P_T及最大變形（Y_T或X_T)。

當(dāng)試件直徑為100mm±2.0mm、壓條寬度為12.7mm及試件直徑為150.0mm±2.5mm、壓條寬度為19.0mm時，劈裂抗拉強度R_T分別按式（T0716-1)及式(T0716-2)計算，泊松比μ、破壞拉伸應(yīng)變ε_T及破壞勁度模量S_T按式(T0716-3)?式(T0716-5)計算。

上述式中R_T——劈裂抗拉強度（MPa);

ε_T——破壞拉伸應(yīng)變；

S_T——破壞勁度模量（MPa);

μ——泊松比；

P_T——試驗荷載的最大值（N);

h——試件高度（mm);

A——試件垂直變形與水平變形的比值;

A=Y_T/X_T

Y_T——試件相應(yīng)于最大破壞荷載時的垂直方向總變形（mm);

X_T——按圖T0716-2的方法量取的相應(yīng)于最大破壞荷載時水平方向的總變形(mm);當(dāng)試驗僅測定垂直方向變形Y_T或由實測的Y_T、；X_T計算的μ值大于0.5或小于0.2時，水平變形(X_T)可由表T0716-1規(guī)定的泊松比(μ)按式(T0716-6)求算。

X_T=Y_T x(0.135+0.5μ)/(1.794-0.0314μ) (T0716-6)

4.2計算加載過程中任一加載時刻的應(yīng)力、應(yīng)變、勁度模量的方法同上，只需讀取該時刻的荷載及變形代替上式的最大荷載及破壞變形即可。

4.3當(dāng)記錄的荷載一變形曲線在小變形區(qū)有一定的直線段時，可以（0.1?0.4)P_T范圍內(nèi)的直線段部分的斜率計算彈性階段的勁度模量，或以此范圍內(nèi)各測點的應(yīng)力σ、應(yīng)變ε數(shù)據(jù)計算的S=σ/ε的平均值作為勁度模量，并以此作為路面設(shè)計用的力學(xué)參數(shù)。

σ、ε及S的計算方法同本規(guī)程中的R_T、ε_T、S_T的計算方法。

5報告

5.1當(dāng)一組測定值中某個數(shù)據(jù)與平均值之差大于標(biāo)準(zhǔn)差的&倍時，該測定值應(yīng)予舍棄，并以其余測定值的平均值作為試驗結(jié)果。當(dāng)試驗數(shù)目n為3、4、5、6時k值分別為1.15、1.46、1.67、1.82₀

5.2試驗結(jié)果均應(yīng)注明試件尺寸、成型方法、試驗溫度、加載速率及采用的泊松比μ值。

條文說明

瀝青混合料的劈裂試驗是對規(guī)定尺寸的圓柱體試件，通過一定寬度的圓弧形壓條施加荷載，將試件劈裂直至破壞的試驗。國外試驗規(guī)程中，ASTM D 4123是用動載測定勁度模量（AASHTO設(shè)計指南規(guī)定以此作為設(shè)計用回彈模量）；日本道路協(xié)會鋪裝試驗法便覽3-7-6則是采取靜載劈裂求取間接抗拉強度，目的在于評價高溫抗車轍能力及低溫抗裂性能；英國、澳大利亞目前采用諾丁漢試驗機沖擊荷栽試驗小變形時的勁度模量；第18屆世界道路會議則推薦用來測定抗拉強度和變形性能?？梢娕言囼炘趪庥袃煞N目的：一是采用動栽或沖擊法求取設(shè)計參數(shù)回彈模量；二是用靜載試驗評價瀝青混合料的性質(zhì)。本試驗根據(jù)國內(nèi)外研究成果及試驗方法編制，適用于測定破壞時的間接抗拉強度、極限拉伸應(yīng)變、破壞勁度模量，也可用于求取彈性階段的勁度模量作為設(shè)計參數(shù)使用。

關(guān)于試件保溫的儀具，鑒于目前試驗中對試件基本上采用恒溫水槽保溫，若采用冰箱保溫，試驗的溫度很難控制，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，因此本次修訂對保溫的儀具去掉了原來可以采用的冰箱。另外，圓孔篩已不采用，故去掉了圓孔篩30mm的尺寸。在方法與步驟中對記錄儀的走紙速度500~5000mm/min可能不合適，修改為由試驗溫度確定走紙速度。

劈裂試驗采用的試件通常為φ101mmx100mm的1:1圓柱體，但美國、日本、澳大利亞等目前基本上采用φ101.6mmx63.5mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，英國則采用φ150mm的現(xiàn)場鉆取試件，厚40~50mm。本試驗法規(guī)定采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，同時也可采用現(xiàn)場鉆取的φ100mm±2mm及φ150mm±2.5mm試件，規(guī)定厚度為40mm±5mm，是參考美國標(biāo)準(zhǔn)及路面實際情況確定的_。

關(guān)于試件的加栽速率，1983年試驗規(guī)程規(guī)定為1mm/min;國外除采用動載試驗外，靜載試驗時大都采用50mm/min(如日本道路協(xié)會鋪裝試驗法便覽、AASHTOT283)第18屆世界道路會議報告推薦的速率-10℃時為0.30mm/s±0.1mm/s,+25℃及+45℃時為0.85mm/s±0.1mm/s，即18mm/min或51mm/min，并要求試驗從開始至破壞的時間不超過30s。因此本試驗法規(guī)定加栽速率根據(jù)試驗?zāi)康幕蛴嘘P(guān)規(guī)定選用，并推薦采用50mm/min的標(biāo)準(zhǔn)加栽速率這樣也和其他混合料試驗方法的速率一致。

但是試驗?zāi)康牟煌?，加栽速率也?yīng)該不同。美國SHRP的研究表明，為評價低溫性能，常用較慢的速率，以模擬氣候降溫的收縮應(yīng)力作用的情況，如1.27mm/min(0.05m/min):故本方法規(guī)定加栽速率采用1mm/min時。此時的試驗溫度為-lO℃。

試驗溫度各國更不相同，ASTM D 4123用動載試驗時采用三個溫度；第18屆道路會議報告推薦在-10℃、25℃、40℃溫度下進行，其他溫度也可選用；日本規(guī)定在-10~+60℃范圍內(nèi)根據(jù)試驗?zāi)康倪x用。本方法規(guī)定劈裂試驗有兩個目的，在什么溫度下評價瀝青混合料的性能應(yīng)視目的而定我國幅員遼闊，各地的設(shè)計溫度本身就是一個有待研究的問題。本方法推薦了相對于荷載疲勞破壞的設(shè)計參數(shù)及低溫收縮開裂破壞的試驗溫度，可供目前試驗時使用。

劈裂試驗在計算勁度模量時，必須使用泊松比μ值。它可以由測定的垂直變形及水平變形求取，這曾經(jīng)是20世紀(jì)六七十年代許多國家的研究重點，經(jīng)大量測定，得出了一些μ的推薦值。經(jīng)近年來我國實際測定證明，僅從單個試件本身的變形測定值計算的μ往往出現(xiàn)異常的情況，因此本試驗法規(guī)定參照英國、澳大利亞、荷蘭等國家用諾丁漢試驗機測定勁度模量時的μ值用于計算，這樣變形只需測定垂直或水平變形中的一個。但也可以由實測的垂直變形及水平變形計算，不過此時計算的μ值必須在0.2-0.5范圍內(nèi)，超出此范圍說明變形測定很可能有誤差，此時大多是水平變形不準(zhǔn)，則可以僅采用垂直變形計算勁度模量。

劈裂試驗采用的壓條對試驗結(jié)果及計算模式均有影響、AASHTO T283規(guī)定對φ102mm試件壓條寬度用12.7mm，對φ152.4mm試件用19.05mm的壓條，壓條邊際是磨圓的。也可不用壓條，因為只要求測定強度（半徑未作規(guī)定）。但美國等不少國家大都通用12.7mm的壓條，日本學(xué)者也有采用25.4mm壓條的，都是圓孤形的。但第18屆道路會議論文集推薦最好不用壓條，如果采用壓條則為試件寬度的1/5。日本道路協(xié)會試驗法也未用壓條，這顯然與試驗法僅為測定強度而不測定模量有關(guān)。為此本試驗法與國外大多數(shù)試驗法統(tǒng)一規(guī)定，采用12.7mm寬的圓孤形壓條，對φ150mm的試件按比例采用19.0mm壓條，使壓條的圓心角相同；為防止邊緣的局部嵌入，應(yīng)該加工磨圓，

試驗結(jié)果的計算公式采用國內(nèi)外通用的按彈性理論推導(dǎo)得出的公式。在求取作設(shè)計參數(shù)用的勁度模量時，應(yīng)按照彈性理論小變形假設(shè)采用荷載較小時的測定數(shù)據(jù)，根據(jù)國內(nèi)“八五”科技攻關(guān)專題的研究成果，采用0.1~0.4倍破壞荷載范圍內(nèi)的直線段的斜率或平均值（進行原點修正后是相同的）計算得到的彈性勁度模量與按ASTM D4123方法試驗得到的瞬時回彈模量有較好的相關(guān)關(guān)系。

關(guān)于試驗允許誤差，國外許多規(guī)程未作規(guī)定，第18屆道路會議報告提到其變異系數(shù)為5%-10%(重復(fù)性）及10%~20%(再現(xiàn)性）。由于我國尚缺乏這方面的經(jīng)驗和資料，本試驗法暫不作規(guī)定，僅規(guī)定取所有試驗的平均值為測定結(jié)果。