T0739—2011瀝青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)

1目的與適用范圍

1.1本方法適用于采用四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)在規(guī)定試驗(yàn)條件下，測(cè)定壓實(shí)瀝青混合料承受重復(fù)彎曲荷載的疲勞壽命。

1.2標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件為試驗(yàn)溫度15℃±0.5℃，加載頻率10Hz±0.1Hz，采用恒應(yīng)變控制的連續(xù)偏正弦加載模式。也可根據(jù)需要選擇其他試驗(yàn)條件。

1.3試驗(yàn)終止條件為彎曲勁度模量降低到初始彎曲勁度模量50%對(duì)應(yīng)的加載循環(huán)次數(shù)。

1.4本方法適用于試驗(yàn)室輪碾成型的瀝青混合料板塊試件或從現(xiàn)場(chǎng)路面鉆取板塊試件，切割成長(zhǎng)度為380mm±5mm、厚度為50mm±5mm、寬度為63.5mm±5mm的小梁試件。

2儀具與材料技術(shù)要求

2.1測(cè)試系統(tǒng):測(cè)試系統(tǒng)基本技術(shù)要求和參數(shù)見表T0739-1。

表T0739-1測(cè)試系統(tǒng)基本技術(shù)要求和參數(shù)

2.2加載裝置:氣動(dòng)或者液壓加載裝置，能夠?yàn)槠谠囼?yàn)系統(tǒng)提供循環(huán)動(dòng)力荷載，可根據(jù)試驗(yàn)要求輸出不同頻率、不同振幅的偏正弦加載波形。并保證每次加載循環(huán)結(jié)束時(shí)，應(yīng)使試件回到原點(diǎn)（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?qiáng)A頭中心間距一般為0.119m，梁跨距為0.357m。各夾頭宜采用可調(diào)節(jié)加持力大小的小型電機(jī)進(jìn)行夾持。

2.3數(shù)據(jù)采集與控制裝置:使用計(jì)算機(jī)控制每個(gè)加載循環(huán)，測(cè)量梁的峰值位移，計(jì)算梁的峰值拉應(yīng)變，調(diào)整施加荷載保證峰值位移的水平為一常量,確保試驗(yàn)期間與期望的峰值拉應(yīng)變水平保持一致。并能夠?qū)崟r(shí)記錄和計(jì)算加載次數(shù)、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(jì)耗散能等用戶所需的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

2.4環(huán)境箱:環(huán)境箱應(yīng)保持箱體內(nèi)試驗(yàn)溫度均勻分布，能夠準(zhǔn)確測(cè)量并顯示試件測(cè)試位置的溫度，保證試驗(yàn)溫度誤差在±0.5℃以內(nèi)。同時(shí)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，除了試驗(yàn)的試件，至少還能存放兩個(gè)養(yǎng)生試件，同時(shí)能夠允許調(diào)整加載裝置，方便試件放入和移出。

2.5其他:游標(biāo)卡尺、天平等。

3方法與步驟

3.1準(zhǔn)備工作

3.1.1試件準(zhǔn)備:按照振動(dòng)輪碾成型的方法制作瀝青混合料板塊試件，或者從現(xiàn)場(chǎng)路面切割板塊試件。然后用高精度金剛石雙面鋸對(duì)板塊試件進(jìn)行切割，取碾壓成型方向?yàn)樵嚰L(zhǎng)度方向制作梁試件，試件的尺寸應(yīng)符合長(zhǎng)度380mm±5mm、高度50mm±6mm、寬度為63mm±6mm的要求。一塊400mmx300mmx75mm的瀝青混凝土板塊通?？汕兄?/span>4根小梁試件。

3.1.2試驗(yàn)前試件的存放:瀝青混合料板塊試件和切割后的試件存放溫度應(yīng)不超過35℃，切割好的試件應(yīng)在30d內(nèi)完成試驗(yàn)。存放期間，試件應(yīng)水平放置于表面平整并具有一定剛度的硬玻璃板（或瓷磚）上，防止試件發(fā)生變形。

3.1.3試件尺寸測(cè)量:應(yīng)用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件的寬度和厚度，分別測(cè)定5個(gè)位置，即試件的兩端20mm內(nèi)的點(diǎn)位、梁中點(diǎn)的10mm內(nèi)的點(diǎn)位及距離梁中點(diǎn)各90mm的點(diǎn)位，準(zhǔn)確至0.01mm。取5個(gè)測(cè)量值的平均值為試件尺寸，準(zhǔn)確至0.1mm。如果寬度或者厚度的5個(gè)測(cè)量值中的任何一個(gè)值與平均值相差大于1.5mm，則該梁試件作廢。

3.1.4試件體積參數(shù)測(cè)量:瀝青混合料疲勞和彎曲性能較大程度上依賴于混合料的實(shí)際壓實(shí)水平，每一根小梁試件在進(jìn)行疲勞試驗(yàn)前需先進(jìn)行空隙率（VV)和礦料間隙率(VMA)的測(cè)定。試件實(shí)際空隙率應(yīng)在目標(biāo)空隙率±0.5%范圍內(nèi)，實(shí)測(cè)礦料間隙率(VMA)應(yīng)在目標(biāo)礦料間隙率±0.5%范圍內(nèi)，超過該范圍的試件應(yīng)作廢。

3.2試驗(yàn)步驟

3.2.1試件養(yǎng)生：小梁試件宜直接放入環(huán)境箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)生，應(yīng)在試驗(yàn)溫度±0.5℃條件下養(yǎng)生4h以上方可進(jìn)行試驗(yàn)。

3.2.2試件安放:將養(yǎng)護(hù)好的試件放入四點(diǎn)彎曲疲勞加載裝置內(nèi)，用夾具進(jìn)行固定。使位移傳感器LVDT滑輪接觸試件表面，調(diào)整位移傳感器到試件中部，LVDT的讀數(shù)盡可能接近于零。

3.2.3試驗(yàn)參數(shù)選擇:選擇偏正弦加載模式，在試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定界面輸入試件編號(hào)和尺寸、目標(biāo)拉應(yīng)變、加載頻率及試驗(yàn)終止標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù)。

3.2.4在目標(biāo)試驗(yàn)應(yīng)變水平下預(yù)加載50個(gè)循環(huán)，計(jì)算第50個(gè)加載循環(huán)的試件勁度模量為初始的勁度模量，作為確定試件疲勞失效判據(jù)的基準(zhǔn)勁度模量。

3.2.5開始試驗(yàn):當(dāng)確定好初始勁度模量后，試驗(yàn)機(jī)應(yīng)在50個(gè)循環(huán)內(nèi)自動(dòng)調(diào)整并穩(wěn)定到試驗(yàn)所需要的目標(biāo)拉應(yīng)變水平，同時(shí)按選擇的加載循環(huán)間隔監(jiān)控和記錄試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果，確保系統(tǒng)操作正確。當(dāng)試件達(dá)到疲勞試驗(yàn)終止條件時(shí)，自動(dòng)停止加載。

4計(jì)算

4.1最大拉應(yīng)力按式（T0739-1)計(jì)算。

           (T0739-1)

式中：σ_t——最大拉應(yīng)力（Pa);

L——梁跨距，即外端兩個(gè)夾具間距（一般為0.357m)(m);

P——峰值荷載(N);

w——梁寬(m);

h——梁高度（m)。

4.2最大拉應(yīng)變按式（T0739-2)計(jì)算。

（T0739-2)

式中ε_t——最大拉應(yīng)變(m/m);

δ——梁中心最大應(yīng)變（m);

a——相鄰?qiáng)A頭中心間距（為L/3，一般為0.119m)(m)。

4.3彎曲勁度模量按式（T0739-3)計(jì)算。

（T0739-3)

式中:S——彎曲勁度(Pa)。

4.4相位角按式（T0739-4)計(jì)算。

φ=360×f×t      （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(shí)間（s)。

4.5單個(gè)循環(huán)耗散能按式（T0739-5)計(jì)算₀

E_D=π×σ_t×ε_t×sinφ

式中:E_D——單個(gè)循環(huán)耗散能(J/m³)。

4.6累積耗散能按式（T0739-6)計(jì)算。

              （T0739-6)

式中E_CD——疲勞試驗(yàn)過程中累積耗散能（J/m³);

E_Di——第i次加載的單個(gè)循環(huán)耗散能（J/m³)，按式(T0739-5)計(jì)算。

5報(bào)告

5.1同一種瀝青混合料，在相同試驗(yàn)條件下應(yīng)至少進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。平行試驗(yàn)結(jié)果按試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散程度應(yīng)進(jìn)行棄差處理，棄差標(biāo)準(zhǔn)為：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k倍時(shí)，該次試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)予以舍棄，同時(shí)應(yīng)保證每組試驗(yàn)的有效試件不少于3根，有效試件數(shù)為n時(shí)的k值見表T0739-2。

表T0739-2有效試件數(shù)為n時(shí)的k值

5.2報(bào)告應(yīng)包括如下內(nèi)容：

5.2.1混合料類型、集料公稱最大粒徑、瀝青含量、集料來源、瀝青品種、瀝青混合料板塊試件的制作日期、從路面切割試件的日期、空隙率等相關(guān)信息。

5.2.2試驗(yàn)條件參數(shù)，包括加載模式、目標(biāo)拉應(yīng)變、試驗(yàn)溫度、頻率、失效條件等。條文說明

目前四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)通常提供兩種加載波形，即偏正弦和正弦。國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)研究證明，移動(dòng)的車輪荷載對(duì)路面產(chǎn)生接近于偏正弦曲線的應(yīng)力應(yīng)變效應(yīng)。本規(guī)范主要參照美國(guó)AASHTOT321—03標(biāo)準(zhǔn)，采用偏正弦波作為疲勞試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)加載波形。

標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度定于15℃，主要依據(jù)1993年哈爾濱建筑大學(xué)在交通部科研項(xiàng)目“瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)與參數(shù)的研究”中，根據(jù)國(guó)內(nèi)各地區(qū)的氣溫資料，最終計(jì)算得出的我國(guó)瀝青混合料疲勞當(dāng)量溫度為15℃而定，且與現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中取疲勞計(jì)算模量按15℃抗壓模量標(biāo)準(zhǔn)相一致。除此原因外，選擇一個(gè)相對(duì)較低的溫度（低于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的20℃試驗(yàn)溫度5℃）有利于獲得一個(gè)更為真實(shí)的疲勞結(jié)果。疲勞試驗(yàn)過程是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的作用過程，在試驗(yàn)研究過程中發(fā)現(xiàn)：若在疲勞試驗(yàn)溫度較高或?yàn)r青標(biāo)號(hào)較大的情況下，試件容易在夾頭部位發(fā)生較嚴(yán)重的蠕變變形（小應(yīng)變水平情況下，會(huì)達(dá)到在厚度方向上1mm左右的變形），進(jìn)而影響其本身與試驗(yàn)理論計(jì)算模型的相符性。實(shí)際上理想的情況是各地區(qū)通過氣象資料研究得到各地的當(dāng)量溫度，再依據(jù)各自的當(dāng)量溫度進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。但目前國(guó)內(nèi)尚未有各地區(qū)的當(dāng)量溫度計(jì)算方法與計(jì)算結(jié)果_。現(xiàn)階段而言，建議選擇15℃作為試驗(yàn)溫度，并允許根據(jù)需要開展不同溫度的疲勞試驗(yàn)研究。

對(duì)試件，一般宜直接放入環(huán)境箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)生；若采用恒溫水浴進(jìn)行養(yǎng)生，應(yīng)在試驗(yàn)溫度±0.5℃條件下養(yǎng)生2h以上，且試件放入環(huán)境箱內(nèi)仍應(yīng)在試驗(yàn)溫度±0.5℃條件下穩(wěn)定1h后方可進(jìn)行試驗(yàn)。

平行試驗(yàn)時(shí)，試件尺寸或體積指標(biāo)不合格的試件應(yīng)作廢。因此，必須具備足夠的試件確保獲得有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)_，由于疲勞試驗(yàn)結(jié)果離散性比較大，因此，要求進(jìn)行3次以上的平行試驗(yàn)，以便對(duì)平行試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并剔除異常結(jié)果₃

對(duì)試驗(yàn)所用的試件規(guī)定儲(chǔ)存日期不超過30d，試驗(yàn)前應(yīng)確保沒有變形且未受到外力作用，否則將影響疲勞特性_。在試件的存放期間，應(yīng)該將試件水平放置在具有一定剛度的表面光滑的平板上。

在進(jìn)行疲勞試驗(yàn)時(shí)，若要獲得瀝青混合料完整的疲勞特性,試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)應(yīng)覆蓋一定溫度范圍、拉應(yīng)變水平和加載頻率通常獲得一條完整的疲勞曲線應(yīng)選擇3個(gè)或3個(gè)以上的試驗(yàn)水平，且疲勞壽命次數(shù)宜涵蓋幾千次至幾百萬(wàn)次的范圍。對(duì)于常規(guī)的基質(zhì)瀝青混合料，根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量的疲勞試驗(yàn)結(jié)果，建議選擇的試驗(yàn)溫度范圍為5~25℃;目標(biāo)拉應(yīng)變范圍一般為200~750με加載頻率范圍為5~15Hz.對(duì)特殊瀝青混合料的疲勞壽命試驗(yàn)，例如聚合物改性瀝青、高黏度改性瀝青、環(huán)氧瀝青或特殊級(jí)配瀝青混合料，其測(cè)試條件應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，如聚合物改性瀝青混合料測(cè)試的最小拉應(yīng)變水平可采用400με以上，鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青混合料或高瀝青用量的應(yīng)力吸收層材料測(cè)試的最小拉應(yīng)變水平可選擇在1000με以上。以上的試驗(yàn)條件僅供參考，對(duì)不同品種的瀝青混合料，最合適的測(cè)試條件應(yīng)通過實(shí)際試驗(yàn)后再確定。

本試驗(yàn)方法僅為確定瀝青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞壽命，尚未涉及疲勞方程的建立等內(nèi)容_.通常認(rèn)為，一般情況下僅需獲得疲勞壽命曲線圖即能滿足工程材料疲勞性能的比較與分析，無需建立疲勞壽命方程，且疲勞方程的建立方法較多，目前國(guó)際上也并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。若出于研究需要，各試驗(yàn)單位也可依據(jù)情況選定影響疲勞壽命的因素進(jìn)行疲勞方程的研究。

本試驗(yàn)終止條件為達(dá)到彎曲勁度模量降低到初始彎曲勁度模量的50%對(duì)應(yīng)的加載循環(huán)次數(shù).對(duì)于自行設(shè)定試驗(yàn)終止條件的疲勞試驗(yàn)，應(yīng)注明試驗(yàn)終止條件。