瀝青混合料單軸動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)儀詳細(xì)介紹

一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介

TD387-2型瀝青混合料單軸動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)儀是河北天棋星子檢測(cè)設(shè)備有限公司按照中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T0738-2011《瀝青混合料單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)》規(guī)定的要求設(shè)計(jì)制造的。本設(shè)備適用于測(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。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)。本設(shè)備適用于測(cè)試直徑為100mm±2mm、高為150mm±2. 5mm的瀝青混合料圓柱體試件。集料的z大公稱粒徑不得大于37.5mm。在無側(cè)限條件下，按-10℃、5℃、20℃、35℃及50℃溫度條件，采用 0.1Hz、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、25Hz 的加載頻率進(jìn)行測(cè)試。

二、技術(shù)參數(shù)

1.TD387-2型瀝青混合料單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)儀

• 2柱式設(shè)計(jì)，z大荷載 100 kN

• 柱間距：565mm

• y效空間：1000mm

• 配備液壓提升油缸，可對(duì)橫梁進(jìn)行高度調(diào)節(jié)

• 橫梁自動(dòng)液壓夾緊

• 頂部加載，z大行程100 mm，內(nèi)置位移傳感器，精度：<0.5%（未經(jīng)線性化）

• 荷載傳感器量程：±100kN，精度：<0.05%（未經(jīng)線性化）

【基本組成】：

液壓作動(dòng)器，等截面積類型，配備摩擦小、壽命長(zhǎng)的軸承和密封；

伺服閥，高度響應(yīng)直接驅(qū)動(dòng)伺服閥；

內(nèi)置位移傳感器，置于伺服作動(dòng)器內(nèi)可以j確的位移測(cè)量和控制，并提高可靠度；

荷載傳感器；

橫梁，g級(jí)6061鋁做成的，保證輕質(zhì)并具有z佳的硬度；

立柱，g級(jí)鋼制成，保證較高的剛度，硬鉻合金鍍層防止銹蝕和長(zhǎng)的使用壽命；

橫梁夾緊功能，使操作更方便和a全；

液壓提升油缸，可對(duì)橫梁高度進(jìn)行調(diào)整。

2. TD738-YY電液伺服供油系統(tǒng)。

• 工作壓力： 210bar；

• 功率： 7.5 kW；

• 電源： 380V, 50 Hz，

• 流速： 18升/分鐘；

• 3mm回流油過濾；

• 噪聲：小于70db（2m內(nèi)）

• 4升液壓蓄力器具有140Bar預(yù)加壓能力；

• 3mm供壓油過濾；

• 高/低壓可選；

• 低壓可調(diào)：10～210 Bar；

3. TDLHW-A型瀝青混合料綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)境箱

• 溫度范圍：-15～+60℃（標(biāo)準(zhǔn)）；

注：可根據(jù)客戶需求擴(kuò)展，z大可達(dá)到-40～+100℃

• 溫度穩(wěn)定度：± 0.2℃；

• 電源：220V，15a，50Hz。

內(nèi)部尺寸：寬450mm×深590mm×高900mm

4.TD736-1型瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀:成型直徑為150mm、高度為170mm的圓柱體試件。

5.TDHZ-15B型臺(tái)式取樣機(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。

6.TD204Q-2試樣切割機(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。

7.聚四氟乙烯薄膜:厚度0.3mm±0. 05mm。

8.臺(tái)秤或天平:感量不大于0.lg。

9.溫度計(jì):分度值0.5℃。

10.200mm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Ф50mm x 170mm(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，平均值萬(wàn)將作為試件的直徑用于后續(xù)計(jì)算，準(zhǔn)確至0.1mm。

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z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y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)10s，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T 0738-1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z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T 0738-1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 ~5(TC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1 500με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z后5次加載循環(huán)中荷載的平均幅值Pi和可恢復(fù)軸向變形平均幅值A(chǔ);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ti,，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。

式中：σ0——軸向應(yīng)力幅值（MPa);

      Pi——z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)

式中ε0軸向應(yīng)變幅值(mm/mm);

    Δi——z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)。

式中：——瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量（MPa);

      ——軸向應(yīng)力幅值(MPa);

      ——軸向應(yīng)變幅值(mm/mm)。

式中:

——相位角（°);

——z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);

tp——z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z后5次加載循環(huán)中應(yīng)力平均幅值心、可恢復(fù)軸向應(yīng)變平均幅值^及變形峰值與荷載峰值的平均滯后時(shí)間

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k倍時(shí)，該測(cè)定值應(yīng)予舍棄。y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y效測(cè)試數(shù)據(jù)，按t分布法計(jì)算整理動(dòng)態(tài)模量代表值丨E*丨。

(T 0738-5)

式中:

——?jiǎng)討B(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——一組試件實(shí)測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差（MPa);

    n——一組試件的y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y級(jí)公路的保證率為95%，其他等級(jí)公路的保證率為90%，t/值見表T 0738-2 3 表T 0738-2y效試件數(shù)與t值的關(guān)系。

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m國(guó)ASTM D 3497、AASHTO TP62—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MTS 810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)于加栽波形及頻率，m國(guó)ASTM D 3497中規(guī)定加栽波形為正弦波或半正矢波，加載頻率分別為1Hz、4Hz、16Hz。AASHTOTP 62—03中同樣規(guī)定加栽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、25Hza本方法允許兩種可以選擇的加栽波形即偏移正弦波（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，加栽頻率分別為0. 1H

、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、25Hza本方法允許兩種可以選擇的加栽波形即偏移正弦波（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，加栽頻率分別為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，ASTM D 3497中規(guī)定試驗(yàn)溫度為5℃、25℃、40℃ ;AASHTO TP62-03中規(guī)定試驗(yàn)溫度為-10℃、4.4℃、21.1℃、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 TP62-03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，b須成型足夠的試件來確保y效試驗(yàn)試件的數(shù)目。

    關(guān)于試件的制備，ASTM D 3497中規(guī)定試驗(yàn)試件的尺寸為高度直徑比2:1，且試件的z小直徑為101.6mm(4in);本方法對(duì)試件尺寸的要求與AASHTOTP 62—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。AASHTO TP 62—03要求z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z終試驗(yàn)試件的空隙率與馬氏設(shè)計(jì)確定的目標(biāo)空味率相當(dāng)，規(guī)定z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，ASTM D 3497規(guī)定在試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)荷載下對(duì)試件施加0 ~241kPa的正弦荷栽，加栽時(shí)間z少30s,但不超過45s。本方法對(duì)加載時(shí)間的控制是通過Z定各加栽頻率下荷載的重復(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T 0738-3)以及各試驗(yàn)頻率下作用荷栽的重復(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AASHTO TP 62—仍方法基本一致。

表T 0738-3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 ~150叫所需的荷栽又比較大，從而導(dǎo)致在這兩種j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 2 500με應(yīng)將z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AASHTO TP 62—03 —致。

    ASTM D 3497計(jì)算瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量時(shí)，荷栽是取所有加栽循環(huán)的均值，而應(yīng)變是取z后3個(gè) 加栽循環(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z后5次加栽循環(huán)中荷栽的平均幅值、可恢復(fù)軸向變形平均幅值及同一加栽循環(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AASHTO TP 62—03 —致:

    對(duì)t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t殊級(jí)配瀝青混合料, 各試驗(yàn)溫度下的試驗(yàn)荷栽應(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y效性。