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T 0738—2011瀝青混合料單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)儀器
閱讀：4423發(fā)布時(shí)間：2012-12-07
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詳細(xì)介紹
T 0738—2011瀝青混合料單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)儀器
１目的與適用范圍
１.1 本方法適用于測(cè)定瀝青混合料在線(xiàn)黏彈性范圍內(nèi)的單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量。在無(wú)側(cè)限條件下，按一定的溫度和加載頻率對(duì)試件施加偏移正弦波或半正矢波軸向壓應(yīng)力，量測(cè)試件可恢復(fù)的軸向應(yīng)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(jìn)行測(cè)試。
1.2 本方法適用于試驗(yàn)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(chēng)粒徑不得大于 37.5mm。
1.3 本方法所測(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)。
2 儀具與材料技術(shù)要求
2.1 材料試驗(yàn)機(jī)：能施加偏移正弦波或半正矢波形式荷載的加載設(shè)備，施加荷載的頻率在0.1 ～25Hz范圍，且施加的zui大應(yīng)力水平應(yīng)達(dá)到2 800kPa。加載分辨率能達(dá)到5N。
2.2 環(huán)境箱：控溫范圍 - 10 ～ 60℃，控溫準(zhǔn)確度為 ±0.5℃，且具有一定的容量，至少能存放3個(gè)試件。
2.3 數(shù)據(jù)測(cè)量及采集系統(tǒng)：采用微機(jī)控制，能測(cè)量并記錄試件在每個(gè)加載循環(huán)中所承受的軸向荷載和產(chǎn)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(shè)備，具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，其量程應(yīng)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(zhì)鋼板或經(jīng)處理過(guò)的高強(qiáng)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(lái)將荷載從試驗(yàn)機(jī)傳遞給試件。
2.5 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀：成型直徑為 l50mm、高度為 l70mm的圓柱體試件。
2.6 鉆機(jī)：從旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件中鉆取直徑為 lOOmm的芯樣，要求將鉆機(jī)及取芯試件固定，鉆頭與地面垂直。
2.7 切割機(jī)：用來(lái)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。
2.8 聚四氟乙烯薄膜：厚度0.3㎜±0.O5㎜。
2.9 臺(tái)秤或天平：感量不大于 0. 1g。
2.10 溫度計(jì)：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(yù)備試件制備 。該試驗(yàn)用來(lái)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,φl50mm xl70㎜（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 ～lO4㎜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 l50mm±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(wú)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.O5㎜內(nèi)。保證試件的兩個(gè)端面與試件軸向直，當(dāng)垂直偏差超過(guò) 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)位置量測(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2.5mm，則舍棄該試件。對(duì)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(xù)計(jì)算，準(zhǔn)確至0.lmm。
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(lái)調(diào)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(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)用量桉上述步驟制備并量測(cè)試件，保證有效試件不少于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(guò)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3 個(gè)（即每2 個(gè)相距l(xiāng)20℃）。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枚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 將試件放人規(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(guò)在環(huán)境箱中放置另一個(gè)同類(lèi)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(kāi)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)lOs，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.lHz 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(guò)30min。試驗(yàn)采集zui后 5 個(gè)波形的荷載及變形曲線(xiàn)，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)表T 0738-1
| 頻率（Hz） | 重復(fù)次數(shù)（次） | | 頻率（Hz） | 重復(fù)次數(shù)（次） |
| 25 | 200 | | 1 | 20 |
| 10 | 200 | | 0.5 | 15 |
| 5 | 100 | | 0.1 | 15 |
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 ～ 50℃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(guò) 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zui后5 次加載循環(huán)中荷載的平均幅值P 和可恢復(fù)軸向變形平均幅值△，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t，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.
（T 0738-1）
式中：——軸向應(yīng)力幅值（MPa）；
P——zui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）
（T 0738-２）
式中：——軸向應(yīng)變幅值（mm/mm）；
△——zui后 5 次加載循環(huán)中可恢復(fù)軸向變形平均幅值（mm）；
——試件上位移傳感器的量測(cè)間距（㎜）
?。?T 0738-3 ）
式中：——瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量（MPa）；
——軸向應(yīng)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(huán)中變形峰值與荷載峰值的平均滯后時(shí)間（ s）；
t——zui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zui后 5次加載循環(huán)中應(yīng)力平均幅值、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 t
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。有效試件數(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)上述確定的有效測(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。
?。?span style="position: relative; top: 8pt"> -t× （ T 0738-5 ）
式中：——動(dòng)態(tài)模量代表值（MPa）；
——一組試件實(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——一組試件的有效試件個(gè)數(shù)；
t——隨保證率變化的系數(shù)，對(duì)高速公路及一級(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(jiàn)表T 0738-2。
表T 0738-2 有效試件數(shù)與 t 值的關(guān)系
| 有效試件數(shù) n | 臨界值k | t/ | |
| 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(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(shuō)明
本方法主要參照美國(guó) ASTM D 3497、AASHTO TP 62—03 及結(jié)合我國(guó)的試驗(yàn)情況編寫(xiě)。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)于加載波形及頻率，美國(guó) ASTM D 3497 中規(guī)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(guī)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(shù)值全在壓力軸一側(cè)）或半正矢波，加載頻率分別為 0.lHz、0.5Hz、lHz、5Hz、lOHz、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℃；AASHTOTP 62—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 TP 62－03 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，必須成型足夠的試件來(lái)確保有效試驗(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zui小直徑為101.6mm（4in）；本方法對(duì)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(guò)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 l70㎜高度控制，通過(guò)混合料的加減來(lái)得到所需空隙率試件。AASHTO TP 62—03 要求zui終的試驗(yàn)試件空隙率與目標(biāo)空隙率的偏差不能超過(guò)± 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zui終試驗(yàn)試件的空隙率與馬氏設(shè)計(jì)確定的目標(biāo)空隙率相當(dāng)，規(guī)定zui終的試驗(yàn)試件空隙率與目標(biāo)空隙率的偏差不能超過(guò)±0.3%，試驗(yàn)試件的 VMA 與 目標(biāo)值偏差不能超過(guò)±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 的正弦荷載，加載時(shí)間zui少30s，但不超過(guò)45s。本方法對(duì)加載時(shí)間的控制是通過(guò)各加載頻率下荷載的重復(fù)次數(shù)來(lái)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)頻率下作用荷載的重復(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—03方法基本一致。
表T 0738-3 各試驗(yàn)溫度下試驗(yàn)荷載水平
| 試驗(yàn)溫度（℃） | 試驗(yàn)荷載范圍（kPa） | | 試驗(yàn)溫度（℃） | 試驗(yàn)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(jìn)行本方法測(cè)試過(guò)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 ～1 501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所需的荷載又比較大，從而導(dǎo)致在這兩種條件下試驗(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(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。
ASTM D 3497 沒(méi)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(guò)程中試件的變形超過(guò)2 500應(yīng)將zui大試驗(yàn)荷裁減至l21kPa。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(guò)1 500后應(yīng)予廢棄，這與 AASHTO TP 62－０3 一致。
ASTM D 3497 計(jì)算瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量時(shí)，荷載是取所有加載循環(huán)的均值，而應(yīng)變是取zui后 3 個(gè)加載循環(huán)的均值。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zui后5 次加載循環(huán)中荷載的平均幅值、可恢復(fù)軸向變形平均幅值及同一加裁循環(huán)下變形峰值與荷載峰值的平均滯后時(shí)間來(lái)計(jì)算，這與 AASHTO TP 62—03 一致。
對(duì)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(jí)配瀝青混合料，各試驗(yàn)溫度下的試驗(yàn)荷載應(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 ～ 150之間。
試驗(yàn)報(bào)告中要求提供混合料類(lèi)型、瀝青含量、礦料級(jí)配、試件密度、空隙率、瀝青品種集料來(lái)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)的有效性和一致性。
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