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T 0738—2011瀝青混合料單軸壓縮動態模量試驗儀器

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T 0738—2011瀝青混合料單軸壓縮動態模量試驗儀器

１目的與適用范圍

１.1 本方法適用于測定瀝青混合料在線黏彈性范圍內的單軸壓縮動態模量。在無側限條件下，按一定的溫度和加載頻率對試件施加偏移正弦波或半正矢波軸向壓應力，量測試件可恢復的軸向應變。本方法適用在 - 10℃、5℃、20℃、35℃及 50℃條件下采用0.lHz、0.5Hz、lHz、5Hz、lOHz、25Hz的加載頻率進行測試。

1.2 本方法適用于試驗室制備的直徑為 lOOmm±2mm、高為 l50mm ±2.5mm 的瀝混合料圓柱體試件。集料的zui大公稱粒徑不得大于 37.5mm。

1.3 本方法所測得的動態模量可用于評價瀝青混合料材料性能，以及作為瀝青混合料設計、瀝青路面設計和評價分析的參數。

2 儀具與材料技術要求

2.1 材料試驗機：能施加偏移正弦波或半正矢波形式荷載的加載設備，施加荷載的頻率在0.1 ～25Hz范圍，且施加的zui大應力水平應達到2 800kPa。加載分辨率能達到5N。

2.2 環境箱：控溫范圍 - 10 ～ 60℃，控溫準確度為 ±0.5℃，且具有一定的容量，至少能存放3個試件。

2.3 數據測量及采集系統：采用微機控制，能測量并記錄試件在每個加載循環中所承受的軸向荷載和產生的軸向變形。荷載傳感器所需zui小量程為0 ～ 25kN，分辨率不5N，誤差不大于 1%；位移傳感器可采用 LVDT或其他合適的設備，具有良好的動態響應特性，其量程應大于lmm，分辨率不大于0.2μm，誤差不大于2.5μm。

2.4 加載板：可采用硬質鋼板或經處理過的高強度鋁板，直徑大于或等于試件的直徑，分別置于試件的底部和頂部，用來將荷載從試驗機傳遞給試件。

2.5 旋轉壓實儀：成型直徑為 l50mm、高度為 l70mm的圓柱體試件。

2.6 鉆機：從旋轉壓實儀成型試件中鉆取直徑為 lOOmm的芯樣，要求將鉆機及取芯試件固定，鉆頭與地面垂直。

2.7 切割機：用來將所取芯樣切割至動態模量試驗試件所需高度，推薦采用雙面鋸，在能確保芯樣兩個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0.3㎜±0.O5㎜。

2.9 臺秤或天平：感量不大于 0. 1g。

2.10 溫度計：分度值0.5℃。

2.11 卡尺。

3 方法與步驟

3.1 試件制備

3.1.1 預備試件制備。該試驗用來確定正式試驗時試件所需瀝青混合料的用量。

1）按目標配合比拌制瀝青混合料，在規定的拌和溫度下拌和均勻后，用旋轉壓實儀成型,φl50mm xl70㎜（高）的試件。

2）采用鉆機從旋轉壓實儀成型的試件中鉆取直徑為 100 ～lO4㎜的芯樣。在取芯時應充分固定鉆機和取芯試件，鉆頭與地面垂直，同時保證取芯試件水平放置，調整合適的鉆頭旋轉速度和下降速度，以確保鉆取的芯樣呈圓柱體，形狀規則，周邊面光滑且與兩個端面垂直。

3）采用切割機切除所取芯樣兩端,保證試件高度為 l50mm±2.5mm。將試件固定，保證試件的軸向與鋸片垂直，合理調整切割機鋸片旋轉速度和試件推進速度，以確保試件的兩個切割端面平行，且表面平滑無溝紋。對端面平整度要求為沿任何直徑方向溝紋高差控制在±0.O5㎜內。保證試件的兩個端面與試件軸向直，當垂直偏差超過 1℃時應舍棄該試件。

4）芯樣取出后，測量試件的直徑。在試件的中部和距上下表面 1/3 試件高度的 3 個位置測定其直徑，每個位置量測兩次，每測一次后，將試件旋轉 90℃再測一次，然后計算6個直徑測量值的平均值和標準差。如果標準差大2.5mm，則舍棄該試件。對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計算，準確至0.lmm。

5）測量芯樣的空隙率，根據芯樣空隙率與目標空隙率的偏差來調整并zui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空隙率的偏差能控制在± 0.5%范圍內。

3.1.2 正式試件制備。根據預備試件制備得到的混合料標準用量桉上述步驟制備并量測試件，保證有效試件不少于4 個。

3.2 試件儲存

試件制備后兩天內如不進行試驗，需用聚乙烯薄膜將試件包裹好，在溫度為5 ～27℃環境下保存，時間不宜超過兩周。存放時試件不可堆疊。

3.3 試驗步驟

3.3.1 將位移傳感器安置于試件側面中部，使其與試件端面垂直，沿圓周等間距安放3 個（即每2 個相距l20℃）。調節位移傳感器，使其測量范圍可以測量試件中部的壓縮變形。

3.3.2 將試件放置在試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，可在試件與上下加載板間各枚一塊聚四氟乙烯薄膜，應注意使試件中心與加載架的中心對齊。

3.3.3 將試件放人規定試驗溫度±0.5℃的環境箱中，恒溫4 ～ 5h 直至試件內部達到試驗溫度。當試驗溫度為5℃以下時，試件恒溫時間應不少于8h。同時也可以通過在環境箱中放置另一個同類試件，在該試件的中部埋設一個溫度傳感器，根據傳感器測定的試件內部溫度判斷試件是否達到試驗溫度。

3.3.4 當試件內外的溫度達到測試溫度以后，就可以開始進行加載試驗。將試件與上加載板輕微接觸，調節位移傳感器并清零，施加試驗荷載，以 5%的接觸荷載對試件進行預壓，持續lOs，使試件與上下加載板板接觸良好。

3.3.5 對試件施加偏移正弦波或半正矢波軸向壓應力試驗荷載，在設定溫度下從25 ～ 0.lHz 由高頻至低頻按表T 0738-1 給出的重復加載次數進行試驗。在試驗之前，先對試件進行加載預處理，預處理的方法是對試件施加偏移正弦波或半正矢波軸向壓應力試驗荷載，頻率為 25Hz，200 個循環。在任意兩個試驗頻率下，推薦試驗間隔時間為2min，間隔時間可適當延長，但不應超過30min。試驗采集zui后 5 個波形的荷載及變形曲線，記錄并計算試驗施加荷載、試件軸向可恢復變形、動態模量及相位角。

表T 0738-1 各荷載頻率下重復加載次數表T 0738-1

頻率（Hz）	重復次數（次）	頻率（Hz）	重復次數（次）
25	200	1	20
10	200	0.5	15
5	100	0.1	15

3.3.6 對該試件進行下一個溫度試驗.溫度選擇應從 - 10 ～ 50℃由低溫到高溫進行。當試件在各設定溫度下各頻率的試驗累計塑性變形超過 1 500με時，該試件應予以廢棄.

4 計算

量測各試驗條件下zui后5 次加載循環中荷載的平均幅值P 和可恢復軸向變形平均幅值△，及同一加載循環下變形峰值與荷載峰值的平均滯后時間t，然后根據下列各式計算測試瀝青混合料的動態模量及相位角.

（T 0738-1）

式中：——軸向應力幅值（MPa）；

P——zui后 5 次加載循環中軸向試驗荷載平均幅值（N）；

A——試件徑向橫截面面積（可取試件上下端面面積均值）（ mm2）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（T 0738-２）

式中：——軸向應變幅值（mm/mm）；

△——zui后 5 次加載循環中可恢復軸向變形平均幅值（mm）；

——試件上位移傳感器的量測間距（㎜）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?T 0738-3 ）

式中：——瀝青混合料動態模量（MPa）；

——軸向應力幅值（MPa）；

——軸向成變幅值（㎜/mm），

　　　　　　　　　　　　×360　　　　　　　　　　?。?T 0738-4）

式中：——相位角（）；

t——zui后 5 次加載循環中變形峰值與荷載峰值的平均滯后時間（ s）；

t——zui后 5 次加載循環的平均加載周期（ s）。

5 報告

5.1 瀝青混合料參數：瀝青含量、礦料級配、密度、空隙率及試件尺寸。

5.2 試驗參數：各試驗溫度和試驗頻率及在此條件下zui后 5次加載循環中應力平均幅值、可恢復軸向應變平均幅值及變形峰值與荷載峰值的平均滯后時間 t

5.3 當一組試件的測定值中某個測定值與平均值之差大于標準差的 k倍時，該測定值應予舍棄。有效試件數目 n 為3、4、5、6 時，k值分別為 1. 15、1.46、1.67、1.82。

5.4 測試資料整理。根據上述確定的有效測試數據，按 t分布法計算整理動態模量代表值。

　　　　　　　　　?。?span style="position: relative; top: 8pt"> -t×　　　　　　　　（ T 0738-5 ）

式中：——動態模量代表值（MPa）；

——一組試件實測動態模量平均值（MPa）；

S——一組試件實測值的標準差（MPa）；

n——一組試件的有效試件個數；

t——隨保證率變化的系數，對高速公路及一級公路的保證率為 95%，其他等級公路的保證率為 90%. t/值見表T 0738-2。

表T 0738-2 有效試件數與 t 值的關系

有效試件數 n	臨界值k	t/
有效試件數 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 報告各試驗溫度和試驗頻率下瀝青混合料動態模量及相位角。

條文說明

本方法主要參照美國 ASTM D 3497、AASHTO TP 62—03 及結合我國的試驗情況編寫。對該方法可以采用 MTS 810 系列伺服液壓材料試驗機、基本性能試驗儀（SPT）和 UTM 系列伺服液壓或氣壓材料試驗機等進行測試。

關于加載波形及頻率，美國 ASTM D 3497 中規定加載波形為正弦波或半正矢波，加載頻率分別為lHz、4Hz、l6Hz。AASHTO TP 62—03 中同樣規定加載波形為正弦波或半正矢波，但加載頻率分別為0.lHz、0.5Hz、lHz、5Hz、lOHz、25Hzo 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，僅數值全在壓力軸一側）或半正矢波，加載頻率分別為 0.lHz、0.5Hz、lHz、5Hz、lOHz、25Hz。

對單軸壓縮動態模量測試的試驗溫度，ASTM D 3497 中規定試驗溫度為 5℃、25℃、40℃；AASHTOTP 62—03 中規定試驗溫度為 - 10℃、4.4℃、21. 1℃、37. 8℃、54.4℃。本方法采用的試驗溫度為- 10℃、5℃、20℃、35℃、50℃，主要是考慮到我國通用的試驗溫度單位，而AASHTO TP 62－03 中規定的試驗溫度不便于試驗控制，故將試驗溫度進行了調整。

本試驗需要4 次以上的平行試驗。對于完整性不好或尺寸不合格的試件應作廢，在方法中給出了試件尺寸合格的判定標準。因此，必須成型足夠的試件來確保有效試驗試件的數目。

關于試件的制備，ASTM D 3497 中規定試驗試件的尺寸為高度直徑比 2：1，且試件的zui小直徑為101.6mm（4in）；本方法對試件尺寸的要求與 AASHTO TP 62—03 基本一致，直徑為 lOOmm±2mm，高為l50mm±2.5mm。試件制備過程分三步：壓實成型、取芯、切割。旋轉壓實成型的原始試件密度和經取芯切割后的試驗試件密度一般有較大的差距，試驗時對試驗試件的空隙率進行控制，故試驗試件制備分預備試件制備和正式試件制備兩個階段，壓實成型采用 l70㎜高度控制，通過混合料的加減來得到所需空隙率試件。AASHTO TP 62—03 要求zui終的試驗試件空隙率與目標空隙率的偏差不能超過± 0.5%。本方法考慮到空隙率對瀝青混合料動態模量具有較大影響，為了保證zui終試驗試件的空隙率與馬氏設計確定的目標空隙率相當，規定zui終的試驗試件空隙率與目標空隙率的偏差不能超過±0.3%，試驗試件的 VMA 與目標值偏差不能超過±0.5%。

對試驗荷載，ASTM D 3497 規定在試驗溫度和試驗荷載下對試件施加0 ～241kPa 的正弦荷載，加載時間zui少30s，但不超過45s。本方法對加載時間的控制是通過各加載頻率下荷載的重復次數來確定的。為了便于試驗，本方法給出了各試驗溫度下試驗荷載的大致水平（表T 0738-3）以及各試驗頻率下作用荷載的重復次數，同時對試驗溫度要求從低溫到高溫進行測試，在每個試驗溫度下又規定由高頻到低頻進行，這些與 AASHTO TP 62—03方法基本一致。

表T 0738-3 各試驗溫度下試驗荷載水平

試驗溫度（℃）	試驗荷載范圍（kPa）	試驗溫度（℃）	試驗荷載范圍（kPa）
50	35～70	5	700～1 400
35	140～250	－10	1 400～2 800
20	350～700

在進行本方法測試過程中，考慮到試件在高溫低頻的試驗條件下使應變達到 50 ～1 501所需的荷載比較小，同樣在低溫高頻的試驗條件下使應變達到 50 ～150所需的荷載又比較大，從而導致在這兩種條件下試驗所得的模量值失真，本方法建議試驗時應避免高溫低頻和低溫高頻下分別采用小應變值和大應變值來進行試驗。

ASTM D 3497 沒有給出試件在試驗中的廢棄條件，僅提到如果在試驗過程中試件的變形超過2 500應將zui大試驗荷裁減至l21kPa。本方法規定試件在各設定溫度下各頻率的試驗累計塑性變形超過1 500后應予廢棄，這與 AASHTO TP 62－０3 一致。

ASTM D 3497 計算瀝青混合料動態模量時，荷載是取所有加載循環的均值，而應變是取zui后 3 個加載循環的均值。本方法計算瀝青混合料動態模量和相位角時，對應力幅值、應變幅值和滯后時間均是取zui后5 次加載循環中荷載的平均幅值、可恢復軸向變形平均幅值及同一加裁循環下變形峰值與荷載峰值的平均滯后時間來計算，這與 AASHTO TP 62—03 一致。

對特殊瀝青混合料，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配瀝青混合料，各試驗溫度下的試驗荷載應作相應調整，確保試件的軸向響應應變能控制在50 ～ 150之間。

試驗報告中要求提供混合料類型、瀝青含量、礦料級配、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日期等相關信息。對試驗結果應進行剔差處理，保證平行試驗的有效性和一致性。

http://www.zgjwyq.com/
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