新試驗規程系列之——瀝青混合料試件成型（第二篇）

時間：2026/4/30閱讀：109

瀝青混合料試件壓實設備

在實驗室內將瀝青混合料壓實成型的試驗方法眾多，成型試件的形狀主要有圓柱體，車轍板和棱柱體三種，按照具體的試驗規范差異，我們將其分為6種原理，以便大家選擇合適的設備。這些成型方法的原理如圖1所示，其主要設備，成型試件形狀尺寸和主要用途如表1所示。（只通過振動壓實成型的應用不多，壓實空隙率一般為7%左右，不作為推薦；用戶可在輪碾壓實儀上選購振動壓實功能）

圖1：各種瀝青混合料試件成型方法原理圖

表1：瀝青混合料試件成型設備一覽表

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旋轉壓實儀

旋轉壓實是受認可，使用廣泛的室內試件成型方法。旋轉壓實的主要思想是讓試件在受到垂直荷載作用壓實的過程中施加旋轉作用，模擬壓路機在瀝青攤鋪壓實過程中混合料受到的搓揉作用。

目前，基于旋轉壓實原理的成型標準主要有3種：分別是美國標準（主要特點是內部旋轉角為1.16°）方法，歐盟（法國）標準方法（主要特點是內部旋轉角為0.82°）以及美國工程兵團開發的GTM成型方法。

在這3種方法中，GTM成型方法因為設備體積巨大，價格高昂，且設計體系和評價體系應用不廣泛，國外的儀器設備制造商均已經放棄生產GTM旋轉剪切壓實機。最新版的公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程中也刪除了這一種試件成型方法。

歐盟標準的旋轉壓實儀最早的代表是法國LCPC設計的旋轉壓實儀，但是經過多年的發展，目前全球的旋轉壓實儀制造商生產的產品都能夠通過調整內部角同時達到歐盟和美國標準的技術要求。所以，我們推薦的旋轉壓實儀，可以認為均滿足美標和歐標的要求。

目前市場上旋轉壓實儀的品牌型號眾多，推薦大家根據預算差異選擇以下4款：

表3：旋轉壓實儀可選型號

注釋：旋轉壓實儀的內部角需要進行出廠前標定，如果沒有特殊注明，我們都將要求制造商按照1.16°的內部角進行出廠前標定。

用于性能試驗的試件準備

新規程中增加了5.2條要求，對于試件形狀調整的要求。該要求來源于歐盟標準EN 12697-31的第7.2.3條的要求。

但是，基于市場上可選擇旋轉壓實儀的功能，以及實際的應用情況來看：幾乎所有的操作都是按照第3種方法“鉆芯或切割"來完成的。

對于方法1，將旋轉角調整為0°繼續壓實的方式。實際上，歐盟標準的要求是角度逐漸變為0或一步一步變為零度（while the angle Ф is progressively or step by step to zero），滿足這一要求的，實際上僅有滿足法國標準要求的原LCPC（現Nextroad）設計旋轉壓實儀具有此功能。但考慮到該產品價格過于昂貴，無法普及。規范將操作放寬至直接調整為0°后繼續壓實。但是，普通的旋轉壓實儀在改變角度后需要使用內部角標定儀進行標定，這導致這種操作方式實際上不可行。只有高級型號的旋轉壓實儀才能夠直接輸入目標角度，儀器能夠自動準確調整角度，例如：PINE的AFG2型，CONTROLS的伽利略研究型等。

對于方法2，使用壓力機進行靜壓后再脫模的方式，實際上是沒有應用案例的。

試模選擇

圖6 CONTROLS的試模示例

旋轉壓實儀有2種尺寸的試?？晒┻x擇，分別為直徑100mm和150mm（可選對應的英制尺寸4英寸或6英寸），高度為250mm。標準的試模主要用于壓實熱拌瀝青混合料，當需要壓實含水的乳化瀝青混合料時，可以選購側面穿孔形式的試模。

試模冷卻

圖7：試模冷卻設計

瀝青混合料試件在剛結束壓實時有可能因為溫度過高產生變形，為了防止這種情況的發生，不同的設備制造商采用了不同的解決方案。圖7左側是PINE的解決方案：通過在艙門處安裝一個風扇（編號：#AFG2X06F）快速冷卻試模和試件；圖7右側是CONTROLS的解決方案：可以將壓實的試模和試件一并放置在外面的脫模器上進行冷卻，同時不影響設備壓實第2個試件。

施工和易性評價

圖8：PINE計算軟件計算CDI和TDI指標

在旋轉壓實成型方法發明后，業界專家一直致力于通過測量壓實過程中的指標來評價混合料的壓實特性。在新規范中，也增加了T 0761壓實特性試驗方法；在歐盟，主要依據EN 12697-10來分析瀝青混合料的壓實特性；在美國，PINE公司開發了一套基于Excel宏計算功能的數據計算軟件，可以直接導入旋轉壓實測量的數據計算一系列指標，并對不同瀝青混合料的壓實特性進行比較和排序。

PINE計算軟件

圖9：多種瀝青混合料壓實特性對比

PINE的計算軟件可以將壓實數據導入，自動計算CDI，TDI，CFI，TFI，CEI，WEI……等指標。這種計算方法最基礎的思想就是根據壓實過程中試件的高度（或計算成能量指標）隨壓實次數達到最大理論密度百分比的變化規律來評價混合料的壓實性，以及長期抗車轍的性能。例如，用Construction Densification Index，CDI指標（紅色陰影面積，將瀝青混合料的密度從最大理論密度89%壓實到92%所需要的能量）來評價施工過程中壓實所需要的壓實功，面積越大意味著越難壓實；用TrafficDensification Index，TDI指標（綠色陰影面積，將瀝青混合料的密度從最大理論密度的92%壓實到98%所需要的能量）來評價瀝青混合料抵抗車轍變形的性能，面積越大意味著所需要的能量越多，抗車轍性能越強。（當然，我們在實際工作中，對于抗車轍性能的評價還是使用車轍試驗，蠕變試驗或三軸試驗等方法）PINE這款計算軟件最多可以一次導入6組瀝青混合料的壓實數據（每組混合料4個試件），Excel會自動計算結果，并生成柱狀圖在同一個坐標系下展示（如圖9所示），可以輕松的完成瀝青混合料壓實性能的排序。

02#

剪切壓實儀

圖10：剪切壓實儀

標準：ASTM D7981

品牌：科技筑安型號：BM-008

剪切壓實儀是澳大利亞開發的一種類似于旋轉壓實儀的成型工具，區別在于其成型的試件是一個很厚的棱柱體，其試件尺寸可以達到450×150×185mm，其內部空隙率的分布也類似于旋轉壓實成型的試件。其中心區域的密度分布非常均勻，這種特性非常有利于一次性獲取一組密度分布均勻的試件。

這種成型方法目前已經成為美國ASTM標準的正式試驗方法，編號D7981。標準中也明確規定了通過該成型方法制作的試件適用于以下的應用：

- AASHTO T342動態模量試驗（即T 0738）

- AASHTO T378動態模量，流值次數和流值時間試驗（即T 0738）

- AASHTO T321四點小梁彎曲疲勞試驗（即T 0739）

- ASTM D6752和ASTM D2726壓實混合料毛體積密度試驗

圖11是廣州大學和廣東華路用工業CT掃描剪切壓實儀（Shear Box Compactor - SBC），旋轉壓實儀（Superpave

Gyrotary Compactor - SGC）和馬歇爾擊實儀（Marshall）試件的空隙率分布結果對比，通過曲線空隙率-深度曲線可以看出剪切壓實儀成型試件在10~150mm厚度范圍內，空隙率非常接近，密度分布均勻，適合取芯/切割后用于后續的力學性能試驗。

圖11：剪切壓實儀-旋轉壓實儀-馬歇爾擊實儀試件CT掃描結果比較

考慮到切割和鉆芯需要在外側留出操作空間，以及試件外部的空隙率較內部的空隙率更高。因此比較合適的操作是通過1個剪切壓實成型的試件鉆取4個直徑100mm的單軸壓縮動態模量試件，或切割出6根四點小梁彎曲疲勞試件。

圖12：剪切壓實試件加工效果

設備附件

專用裝料工具

考慮剪切壓實儀的試模要比傳統成型機的尺寸更大，為了將松散的瀝青混合料更均勻的裝填到試模中，從而使得試件內部密度分布更加均勻，我們還將配套提供一套混合料裝填工具。

圖13：試模和裝料工具

試模加熱裝置

供用戶選購的試模加熱，可以插入試模中對瀝青混合料進行加熱，使試模內瀝青混合料的溫度更加均勻。

圖14：試模加熱器

技術規格

垂直應力：	最高可達2MPa，通過空壓機提供動力
剪切角度：	恒定4°
剪切力：	最大50KN
剪切次數：	用戶自定義，無限制
壓實模式：	按目標高度密度壓實，按剪切循環次數壓實
壓實頻率：	3.7次/循環
脫模功能：	內置自動脫模器，壓實后自動脫模

03#

充氣輪胎碾壓成型機

標準：EN 12697-33充氣輪胎碾壓成型機

品牌：Nextroad（原Vectra）

型號：BBPAC

充氣輪胎碾壓成型機最初由法國LCPC設計開發，后期由Vectra（如今合并成為Nextroad公司）進行推廣銷售的一種特殊的法標試驗設備，主要用于成型2種尺寸的試件，并用于如下的試驗：

500mm×180mm，厚度50mm或100mm

直接用于EN 12697-22車轍試驗方法中的大型設備試驗方法（法國標準的充氣輪胎車轍試驗）

- 600mm×400mm，厚度50-150mm

用于切割成梯形梁試件，或鉆取圓柱體芯樣，用于以下的法國標準試驗：

EN 12697-24方法A梯形梁兩點彎曲疲勞試驗

EN 12697-26方法A梯形梁兩點彎曲復數模量試驗

EN 12697-26方法E直接拉伸模量試驗

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