T0738—2011瀝青混合料單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)

1目的與適用范圍

1.1本方法適用于測(cè)定瀝青混合料在線黏彈性范圍內(nèi)的單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量。在無側(cè)限條件下，按一定的溫度和加載頻率對(duì)試件施加偏移正弦波或半正矢波軸向壓應(yīng)力，量測(cè)試件可恢復(fù)的軸向應(yīng)變。本方法適用在-10℃、5℃、20℃、35℃及50℃條件下采用0.1Hz、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、25Hz的加載頻率進(jìn)行測(cè)試。

1.2本方法適用于試驗(yàn)室制備的直徑為100mm±2mm、高為150mm±2.5mm的瀝青混合料圓柱體試件。集料的最大公稱粒徑不得大于37.5mm。

1.3本方法所測(cè)得的動(dòng)態(tài)模量可用于評(píng)價(jià)瀝青混合料材料性能，以及作為瀝青混合料設(shè)計(jì)、瀝青路面設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)分析的參數(shù)。

2儀具與材料技術(shù)要求

2.1材料試驗(yàn)機(jī):能施加偏移正弦波或半正矢波形式荷載的加載設(shè)備,施加荷載的頻率在0.1~25Hz范圍，且施加的最大應(yīng)力水平應(yīng)達(dá)到2800kPa。加載分辨率能達(dá)到5N。

2.2環(huán)境箱:控溫范圍-10~60℃，控溫準(zhǔn)確度為±0.5℃，且具有一定的容量，至少能存放3個(gè)試件。

2.3數(shù)據(jù)測(cè)量及采集系統(tǒng):采用微機(jī)控制，能測(cè)量并記錄試件在每個(gè)加載循環(huán)中所承受的軸向荷載和產(chǎn)生的軸向變形。荷載傳感器所需最小量程為0?25kN，分辨率不大于5N，誤差不大于1%;位移傳感器可采用LVDT或其他合適的設(shè)備，具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，其量程應(yīng)大于1mm，分辨率不大于0.2μm，誤差不大于2.5μm。

2.4加載板:可采用硬質(zhì)鋼板或經(jīng)處理過的高強(qiáng)度鋁板，直徑大于或等于試件的直徑，分別置于試件的底部和頂部，用來將荷載從試驗(yàn)機(jī)傳遞給試件。

2.5旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀:成型直徑為150mm、高度為170mm的圓柱體試件。

2.6鉆機(jī):從旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件中鉆取直徑為100mm的芯樣，要求將鉆機(jī)及取芯試件固定，鉆頭與地面垂直。

2.7切割機(jī):用來將所取芯樣切割至動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)試件所需高度，推薦采用雙面鋸，在能確保芯樣兩個(gè)鋸面平行的前提下采用單面鋸亦可。

2.8聚四氟乙烯薄膜:厚度0.3mm±0.05mm。

2.9臺(tái)秤或天平:感量不大于0.lg。

2.10溫度計(jì):分度值0.5℃。

2.11卡尺。

3方法與步驟

3.1試件制備

3.1.1預(yù)備試件制備。該試驗(yàn)用來確定正式試驗(yàn)時(shí)試件所需瀝青混合料的用量。

1. 按目標(biāo)配合比拌制瀝青混合料，在規(guī)定的拌和溫度下拌和均勻后，用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型φ150mmx170mm(高）的試件。

2. 采用鉆機(jī)從旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型的試件中鉆取直徑為100~104mm的芯樣。在取芯時(shí)應(yīng)充分固定鉆機(jī)和取芯試件，鉆頭與地面垂直，同時(shí)保證取芯試件水平放置，調(diào)整合適的鉆頭旋轉(zhuǎn)速度和下降速度，以確保鉆取的芯樣呈圓柱體，形狀規(guī)則，周邊面光滑且與兩個(gè)端面垂直。

3. 采用切割機(jī)切除所取芯樣兩端，保證試件高度為150mm±2.5mm。將試件固定，保證試件的軸向與鋸片垂直，合理調(diào)整切割機(jī)鋸片旋轉(zhuǎn)速度和試件推進(jìn)速度，以確保試件的兩個(gè)切割端面平行，且表面平滑無溝紋。對(duì)端面平整度要求為沿任何直徑方向溝紋高差控制在±0.05mm內(nèi)。保證試件的兩個(gè)端面與試件軸向垂直，當(dāng)垂直偏差超過1°時(shí)應(yīng)舍棄該試件。

4. 芯樣取出后，測(cè)量試件的直徑_。在試件的中部和距上下表面1/3試件高度的3個(gè)位置測(cè)定其直徑，每個(gè)位置量測(cè)兩次，每測(cè)一次后，將試件旋轉(zhuǎn)90°再測(cè)一次，然后計(jì)算6個(gè)直徑測(cè)量值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。如果標(biāo)準(zhǔn)差大于2.5mm，則舍棄該試件。對(duì)于直徑符合要求的試件，平均值將作為試件的直徑用于后續(xù)計(jì)算，準(zhǔn)確至O.1℃.

5. 測(cè)量芯樣的空隙率，根據(jù)芯樣空隙率與目標(biāo)空隙率的偏差來調(diào)整并最終確定所需瀝青混合料的用量，確保正式試件的空隙率與目標(biāo)空隙率的偏差能控制在±0.5%范圍內(nèi)。

   3.1.2正式試件制備。根據(jù)預(yù)備試件制備得到的混合料標(biāo)準(zhǔn)用量按上述步驟制備并量測(cè)試件，保證有效試件不少于4個(gè)。

   3.2試件儲(chǔ)存

   試件制備后兩天內(nèi)如不進(jìn)行試驗(yàn)，需用聚乙烯薄膜將試件包裹好，在溫度為5~27℃環(huán)境下保存，時(shí)間不宜超過兩周。存放時(shí)試件不可堆疊。

   3.3試驗(yàn)步驟

   3.3.1將位移傳感器安置于試件側(cè)面中部，使其與試件端面垂直，沿圓周等間距安放3個(gè)（即每2個(gè)相距120°)。調(diào)節(jié)位移傳感器，使其測(cè)量范圍可以測(cè)量試件中部的壓縮變形。

   3.3.2將試件放置在試驗(yàn)加載架的加載板中心位置，為減少試件表面與上下加載板間的摩阻力，減小端部效應(yīng)，可在試件與上下加載板間各放一塊聚四氟乙烯薄膜,應(yīng)注意使試件中心與加載架的中心對(duì)齊。

   3.3.3將試件放入規(guī)定試驗(yàn)溫度±0.5℃的環(huán)境箱中，恒溫4~5h直至試件內(nèi)部達(dá)到試驗(yàn)溫度。當(dāng)試驗(yàn)溫度為5℃以下時(shí)，試件恒溫時(shí)間應(yīng)不少于8h。同時(shí)也可以通過在環(huán)境箱中放置另一個(gè)同類試件，在該試件的中部埋設(shè)一個(gè)溫度傳感器，根據(jù)傳感器測(cè)定的試件內(nèi)部溫度判斷試件是否達(dá)到試驗(yàn)溫度。

   3.3.4當(dāng)試件內(nèi)外的溫度達(dá)到測(cè)試溫度以后，就可以開始進(jìn)行加載試驗(yàn)。將試件與上加載板輕微接觸，調(diào)節(jié)位移傳感器并清零，施加試驗(yàn)荷載，以5%的接觸荷載對(duì)試件進(jìn)行預(yù)壓，持續(xù)l0s，使試件與上下加載板板接觸良好。

   3.3.5對(duì)試件施加偏移正弦波或半正矢波軸向壓應(yīng)力試驗(yàn)荷載，在設(shè)定溫度下從25~0.1Hz由高頻至低頻按表T0738-1給出的重復(fù)加載次數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)之前，先對(duì)試件進(jìn)行加載預(yù)處理,預(yù)處理的方法是對(duì)試件施加偏移正弦波或半正矢波軸向壓應(yīng)力試驗(yàn)荷載，頻率為25Hz，200個(gè)循環(huán)。在任意兩個(gè)試驗(yàn)頻率下，推薦試驗(yàn)間隔時(shí)間為2min，間隔時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)，但不應(yīng)超過30min。試驗(yàn)采集最后5個(gè)波形的荷載及變形曲線，記錄并計(jì)算試驗(yàn)施加荷載、試件軸向可恢復(fù)變形、動(dòng)態(tài)模量及相位角。

表T0738-1各荷載頻率下重復(fù)加載次數(shù)

3.3.6對(duì)該試件進(jìn)行下一個(gè)溫度試驗(yàn),溫度選擇應(yīng)從-10~50℃由低溫到高溫進(jìn)行。當(dāng)試件在各設(shè)定溫度下各頻率的試驗(yàn)累計(jì)塑性變形超過1500με時(shí)，該試件應(yīng)予以廢棄。

4計(jì)算

量測(cè)各試驗(yàn)條件下最后5次加載循環(huán)中荷載的平均幅值p_i,和可恢復(fù)軸向變形平均幅值Δ_i及同一加載循環(huán)下變形峰值與荷載峰值的平均滯后時(shí)間t_i,，然后根據(jù)下列各式計(jì)算測(cè)試瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量及相位角。

        (T0738-1)

式中：σ₀——軸向應(yīng)力幅值（MPa);

P_i——最后5次加載循環(huán)中軸向試驗(yàn)荷載平均幅值（N);

A——試件徑向橫截面面積（可取試件上下端面面積均值）（mm²)

        (T0738-2)

式中ε₀——軸向應(yīng)變幅值(mm/mm); 、

Δ_i——最后5次加載循環(huán)中可恢復(fù)軸向變形平均幅值(mm);

l₀——試件上位移傳感器的量測(cè)間距（mm)。

 (T0738-3)

式中：——瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量（MPa);

σ₀——軸向應(yīng)力幅值(MPa);

ε₀——軸向應(yīng)變幅值(mm/mm)。

(T0738-4)

式中:φ——相位角（°);

t_i——最后5次加載循環(huán)中變形峰值與荷載峰值的平均滯后時(shí)間（s);

t_p——最后5次加載循環(huán)的平均加載周期（s)。

5報(bào)告

5.1瀝青混合料參數(shù):瀝青含量、礦料級(jí)配、密度、空隙率及試件尺寸。

5.2試驗(yàn)參數(shù):各試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)頻率及在此條件下最后5次加載循環(huán)中應(yīng)力平均幅值σ₀、可恢復(fù)軸向應(yīng)變平均幅值ε₀及變形峰值與荷載峰值的平均滯后時(shí)間t_i。

5.3當(dāng)一組試件的測(cè)定值中某個(gè)測(cè)定值與平均值之差大于標(biāo)準(zhǔn)差的A倍時(shí)，該測(cè)定值應(yīng)予舍棄。有效試件數(shù)目n為3、4、5、6時(shí)，k值分別為1.15、1.46、1.67、1.82。

5.4測(cè)試資料整理。根據(jù)上述確定的有效測(cè)試數(shù)據(jù)，按t分布法計(jì)算整理動(dòng)態(tài)模量代表值。

    (T0738-5)

式中:——動(dòng)態(tài)模量代表值（MPa);

——組試件實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)模量平均值（MPa);

S——組試件實(shí)測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差（MPa);

n——組試件的有效試件個(gè)數(shù)；

t——隨保證率變化的系數(shù)，對(duì)高速公路及一級(jí)公路的保證率為95%，其他等級(jí)公路的保證率為90%，值見表T0738-2_。

表T0738-2有效試件數(shù)與t值的關(guān)系

有效試件數(shù)n	臨界值k
		保證率95%	保證率90%
3	1.15	1.686	1.089
4	1.46	1.177	0.819
5	1.67	0.954	0.686
6	1.82	0.823	0.603
7	1.94	0.734	0.544
8	2.03	0.670	0.500
9	2.11	0.620	0.466
10	2.18	0.580	0.437

 5.5報(bào)告各試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)頻率下瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量及相位角。

條文說明

本方法主要參照美國(guó)ASTMD3497、AASHTOTP62—03及結(jié)合我國(guó)的試驗(yàn)情況編寫。對(duì)該方法可以采用MTS810系列伺服液壓材料試驗(yàn)機(jī)、基本性能試驗(yàn)儀（SPT)和UTM系列伺服液壓或氣壓材料試驗(yàn)機(jī)等進(jìn)行測(cè)試。

關(guān)于加載波形及頻率，美國(guó)ASTMD3497中規(guī)定加載波形為正弦波或半正矢波，加載頻率分別為1Hz、4Hz、16Hz。AASHTOTP62—03中同樣規(guī)定加載波形為正弦波或半正矢波，但加載頻率分別為0.1Hz、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、25Hz_a本方法允許兩種可以選擇的加載波形即偏移正弦波（波形與正弦波相同，僅數(shù)值全在壓力軸一側(cè)）或半正矢波，加載頻率分別為0.1Hz、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、25Hz。

對(duì)單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量測(cè)試的試驗(yàn)溫度，ASTMD3497中規(guī)定試驗(yàn)溫度為5℃、25℃、40℃、AASHTOTP62-03中規(guī)定試驗(yàn)溫度為-10℃、4.4℃、21.l℃、37.8℃、54.4℃。

本方法采用的試驗(yàn)溫度為-10℃、5℃、20℃、35℃、50℃，主要是考慮到我國(guó)通用的試驗(yàn)溫度單位，而AASHTO TP 62—03中規(guī)定的試驗(yàn)溫度不便于試驗(yàn)控制，故將試驗(yàn)溫度進(jìn)行了調(diào)整。

本試驗(yàn)需要4次以上的平行試驗(yàn)。對(duì)于完整性不好或尺寸不合格的試件應(yīng)作廢，在方法中給出了試件尺寸合格的判定標(biāo)準(zhǔn)。因此，必須成型足夠的試件來確保有效試驗(yàn)試件的數(shù)目。

關(guān)于試件的制備，ASTMD3497中規(guī)定試驗(yàn)試件的尺寸為高度直徑比2:1，且試件的最小直徑為101.6mm(4in);本方法對(duì)試件尺寸的要求與AASHTOTP62—03基本一致，直徑為100mm±2mm，高為150mm±2.5mm。試件制備過程分三步：壓實(shí)成型、取芯、切割_.旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的原始試件密度和經(jīng)取芯切割后的試驗(yàn)試件密度一般有較大的差距，試驗(yàn)時(shí)對(duì)試驗(yàn)試件的空隙率進(jìn)行控制，故試驗(yàn)試件制備分預(yù)備試件制備和正式試件制備兩個(gè)階段，壓實(shí)成型采用170mm高度控制，通過混合料的加減來得到所需空隙率試件。AASHTOTP62—03要求最終的試驗(yàn)試件空隙率與目標(biāo)空隙率的偏差不能超過±0.5%。本方法考慮到空隙率對(duì)瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量具有較大影響，為了保證最終試驗(yàn)試件的空隙率與馬氏設(shè)計(jì)確定的目標(biāo)空隙率相當(dāng)，規(guī)定最終的試驗(yàn)試件空隙率與目標(biāo)空隙率的偏差不能超過±0.3%,試驗(yàn)試件的VMA與目標(biāo)值偏差不能超過±0.5%。

對(duì)試驗(yàn)荷載，ASTMD3497規(guī)定在試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)荷載下對(duì)試件施加0~241kPa的正弦荷載，加載時(shí)間最少30s,但不超過45s_。本方法對(duì)加載時(shí)間的控制是通過指定各加載頻率下荷載的重復(fù)次數(shù)來確定的_。為了便于試驗(yàn)，本方法給出了各試驗(yàn)溫度下試驗(yàn)荷載的大致水平（表T0738-3)以及各試驗(yàn)頻率下作用荷載的重復(fù)次數(shù)，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)溫度要求從低溫到高溫進(jìn)行測(cè)試，在每個(gè)試驗(yàn)溫度下又規(guī)定由高頻到低頻進(jìn)行，這些與AASHTOTP62—3仍方法基本一致。

表T0738-3各試驗(yàn)溫度下試驗(yàn)荷載水平

在進(jìn)行本方法測(cè)試過程中，考慮到試件在高溫低頻的試驗(yàn)條件下使應(yīng)變達(dá)到50~150με所需的荷載比較小，同樣在低溫高頻的試驗(yàn)條件下使應(yīng)變達(dá)到50~150με所需的荷載又比較大，從而導(dǎo)致在這兩種極端條件下試驗(yàn)所得的模量值失真，本方法建議試驗(yàn)時(shí)應(yīng)避免高溫低頻和低溫高頻下分別采用小應(yīng)變值和大應(yīng)變值來進(jìn)行試驗(yàn)。

ASTMD3497沒有給出試件在試驗(yàn)中的廢棄條件，僅提到如果在試驗(yàn)過程中試件的變形超過2500με應(yīng)將最大試驗(yàn)荷載減至121kPa。本方法規(guī)定試件在各設(shè)定溫度下各頻率的試驗(yàn)累計(jì)塑性變形超過1500με后應(yīng)予廢棄，這與AASHTOTP62—03—致。

ASTMD3497計(jì)算瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量時(shí)，荷載是取所有加載循環(huán)的均值，而應(yīng)變是取最后3個(gè)加載循環(huán)的均值₅本方法計(jì)算瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量和相位角時(shí)，對(duì)應(yīng)力幅值、應(yīng)變幅值和滯后時(shí)間均是取最后5次加載循環(huán)中荷載的平均幅值、可恢復(fù)軸向變形平均幅值及同一加載循環(huán)下變形峰值與荷載峰值的平均滯后時(shí)間來計(jì)算，這與AASHTOTP62—03—致_:

對(duì)特殊瀝青混合料，如聚合物改性瀝青混合料、高黏度改性瀝青混合料或者特殊級(jí)配瀝青混合料,各試驗(yàn)溫度下的試驗(yàn)荷載應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整，確保試件的軸向響應(yīng)應(yīng)變能控制在50~150με之間，

試驗(yàn)報(bào)告中要求提供混合料類型、瀝青含量、礦料級(jí)配、試件密度、空隙率、瀝青品種集料來源、試件尺寸及制作日期和試驗(yàn)日期等相關(guān)信息。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)進(jìn)行剔差處理，保證平行試驗(yàn)的有效性和一致性。