瀝青混合料單軸動態(tài)模量試驗儀詳細介紹

一、產(chǎn)品簡介

TD387-2型瀝青混合料單軸動態(tài)模量試驗儀是河北天棋星子檢測設(shè)備有限公司按照中華人民共和國交通部標準JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中T0738-2011《瀝青混合料單軸壓縮動態(tài)模量試驗》規(guī)定的要求設(shè)計制造的。本設(shè)備適用于測定瀝青混合料在線黏彈性范圍內(nèi)的單軸壓縮動態(tài)模量。測得的動態(tài)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(shè)計、瀝青路面設(shè)計和評價分析的參數(shù)。本設(shè)備適用于測試直徑為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 的加載頻率進行測試。

二、技術(shù)參數(shù)

1.TD387-2型瀝青混合料單軸壓縮動態(tài)模量試驗儀

• 2柱式設(shè)計，z大荷載 100 kN

• 柱間距：565mm

• y效空間：1000mm

• 配備液壓提升油缸，可對橫梁進行高度調(diào)節(jié)

• 橫梁自動液壓夾緊

• 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】：

液壓作動器，等截面積類型，配備摩擦小、壽命長的軸承和密封；

伺服閥，高度響應直接驅(qū)動伺服閥；

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

荷載傳感器；

橫梁，g級6061鋁做成的，保證輕質(zhì)并具有z佳的硬度；

立柱，g級鋼制成，保證較高的剛度，硬鉻合金鍍層防止銹蝕和長的使用壽命；

橫梁夾緊功能，使操作更方便和a全；

液壓提升油缸，可對橫梁高度進行調(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驗環(huán)境箱

• 溫度范圍：-15～+60℃（標準）；

注：可根據(jù)客戶需求擴展，z大可達到-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)壓實儀:成型直徑為150mm、高度為170mm的圓柱體試件。

5.TDHZ-15B型臺式取樣機:從旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件中鉆取直徑為100mm的芯樣，要求將鉆機及取芯試件固定，鉆頭與地面垂直。

6.TD204Q-2試樣切割機:用來將所取芯樣切割至動態(tài)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。

7.聚四氟乙烯薄膜:厚度0.3mm±0. 05mm。

8.臺秤或天平:感量不大于0.lg。

9.溫度計: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(guī)定的拌和溫度下拌和均勻后，用旋轉(zhuǎn)壓實儀 成型Ф50mm x 170mm(高）的試件。

2）采用鉆機從旋轉(zhuǎn)壓實儀成型的試件中鉆取直徑為100 ~ 104mm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(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)整切割機鋸片旋轉(zhuǎn)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±0.05mm內(nèi)。保證試件的兩個端面與試件軸向垂直，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，每個位置測兩次，每測一次后，將試件旋轉(zhuǎn)90°再測一次，然后計算6個直徑測量值的平均值和標準差。如果標準差大于2.5mm，則舍棄該試件。對于直徑符合要求的試件，平均值萬將作為試件的直徑用于后續(xù)計算，準確至0.1mm。

5）測量芯樣的空隙率，根據(jù)芯樣空隙率與目標空隙率的偏差來調(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)預備試件制備得到的混合料標準用量按上述步驟制備 并量測試件，保證y效試件不少于4個。

3.2試件儲存

    試件制備后兩天內(nèi)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(huán)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(cè)面中部，使其與試件端面垂直，沿圓周等間距安放個（即每2個相距120°)。調(diào)節(jié)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將試件放置在試驗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，可在試件與上下加載板間各放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將試件放入規(guī)定試驗溫度±0.5℃的環(huán)境箱中，恒溫4 ~ 5h直至試件內(nèi)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(huán)境箱中放置另一個同類試件，在該試件的中部埋設(shè)一個溫度傳感器，根據(jù)傳感器測定的試件內(nèi)部溫度判斷試件是否達到試驗溫度。

    3.3.4當試件內(nèi)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(diào)節(jié)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(xù)10s，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(shè)定溫度下從 25 ~0.1Hz由高頻至低頻按表T 0738-1給出的重復加載次數(shù)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(huán)。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z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(tài)模量及相位角。

表T 0738-1各荷載頻率下重復加載次數(shù)

3.3.6對該試件進行下一個溫度試驗,溫度選擇應從-10 ~5(TC由低溫到高溫進行。當試件在各設(shè)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z后5次加載循環(huán)中荷載的平均幅值Pi和可恢復軸向變形平均幅值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間ti,，然后根據(jù)下列各式計算測試瀝青混合料的動態(tài)模量及相位角。

式中：σ0——軸向應力幅值（MPa);

      Pi——z后5次加載循環(huán)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)

式中ε0軸向應變幅值(mm/mm);

    Δi——z后5次加載循環(huán)中可恢復軸向變形平均幅值(mm);

    l0——試件上位移傳感器的量測間距（mm)。

式中：——瀝青混合料動態(tài)模量（MPa);

      ——軸向應力幅值(MPa);

      ——軸向應變幅值(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間（s);

tp——z后5次加載循環(huán)的平均加載周期（s)。

5報告

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

    5.2試驗參數(shù):各試驗溫度和試驗頻率及在此條件下z后5次加載循環(huán)中應力平均幅值心、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

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。y效試件數(shù)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(jù)上述確定的y效測試數(shù)據(jù)，按t分布法計算整理動態(tài)模量代表值丨E*丨。

(T 0738-5)

式中:

——動態(tài)模量代表值（MPa);

——組試件實測動態(tài)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y效試件個數(shù)；

t——隨保證率變化的系數(shù)，對高速公路及y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 3 表T 0738-2y效試件數(shù)與t值的關(guān)系。

5.5報告各試驗溫度和試驗頻率下瀝青混合料動態(tài)模量及相位角。 

條文說明

    本方法主要參照m國ASTM D 3497、AASHTO TP62—03及結(jié)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(guān)于加栽波形及頻率，m國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。

    對單軸壓縮動態(tài)模量測試的試驗溫度，ASTM D 3497中規(guī)定試驗溫度為5℃、25℃、40℃ ;AASHTO TP62-03中規(guī)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 TP62-03中規(guī)定的試驗溫度不便于試驗控制，故將試驗溫度進行了調(diào)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，b須成型足夠的試件來確保y效試驗試件的數(shù)目。

    關(guān)于試件的制備，ASTM D 3497中規(guī)定試驗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：壓實成型、取芯、切割。旋轉(zhuǎn)壓實成型的原始試件密度和經(jīng)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(tài)模量具有較大影響，為了保證z終試驗試件的空隙率與馬氏設(shè)計確定的目標空味率相當，規(guī)定z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(guī)定在試驗溫度和試驗荷載下對試件施加0 ~241kPa的正弦荷栽，加栽時間z少30s,但不超過45s。本方法對加載時間的控制是通過Z定各加栽頻率下荷載的重復次數(shù)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栽的重復次數(shù)，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(guī)定由高頻到低頻進行，這些與AASHTO TP 62—仍方法基本一致。

表T 0738-3各試驗溫度下試驗荷載水平

    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 ~150με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叫所需的荷栽又比較大，從而導致在這兩種j端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。

    ASTMD3497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 500με應將z大試驗荷載減至121kPa。本方法規(guī)定試件在各設(shè)定溫度下各頻率的試驗累計塑性變形超過1500με后應予廢棄，這與AASHTO TP 62—03 —致。

    ASTM D 3497計算瀝青混合料動態(tài)模量時，荷栽是取所有加栽循環(huán)的均值，而應變是取z后3個 加栽循環(huán)的均值5本方法計算瀝青混合料動態(tài)模量和相位角時，對應力幅值、應變幅值和滯后時間均是取z后5次加栽循環(huán)中荷栽的平均幅值、可恢復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間來計算，這與AASHTO TP 62—03 —致:

    對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殊級配瀝青混合料, 各試驗溫度下的試驗荷栽應作相應調(diào)整，確保試件的軸向響應應變能控制在50 ~ 150με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(guān)信息。對試驗結(jié)果應進行剔差處理，保證平行試驗的y效性。