-公路工程沥青及沥青混合料试验规程最新版本「沥青新增14个试验混合料新增29个试验方法看2019新版试验规程」

公路工程沥青及沥青混合料试验规程最新版本「沥青新增14个试验混合料新增29个试验方法看2019新版试验规程」

2019年初新版公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20征求意见稿发布

深度解读沥青试验Part1修订要点

交通运输部在2016年启动了JTG E20规范的修订工作,并与2019年初发布了征求意见稿,此次修订有以下几个要点:

沥青试验部分新增了14种试验方法;沥青混合料试验部分新增了29种试验方法。经过修订后,新版规范基本收录了美国、欧洲的大部分试验方法,通过学习新版规范,可以帮助中国企业走出国门,更好的在海外工程中与国外同行进行标准对接和技术交流。新版规范也完全涵盖了“老化、永久变形、劲度模量、低温开裂、疲劳开裂、黏附性、施工性能和其他”的八大研究方向,形成了成套完整的路面材料评价体系。

本期将为大家深度解读14个新增沥青试验方法。沥青混合料试验方法将在下期进行解读。

Part2新增沥青试验

Part3沥青试验解析

T0666/T0667/T0668/T0672

在14个新增试验方法中,有4个规范涉及动态剪切流变仪DSR,加之原有的T0628 沥青流变性质试验(动态剪切流变仪法),在整套规范中,需要使用到动态剪切流变仪的试验方法共计5个。

T0628 DSR试验方法是美国AASHTO M320 Superpave PG分级试验确定沥青高温等级的标准试验方法;

T0666 MSCR试验方法是美国AASHTO T350为更好的评价改性沥青弹性恢复能力而开发的新一代试验方法

其加载方式区别于DSR试验的连续正弦波,每个测试循环是在正弦波加载1秒后零应力恢复9秒

并以0.1kPa的应力循环加载20个周期(前10个周期调节样品,后10个进行测试),再以3.2kPa的应力循环加载10个周期,测试整个试验过程中可恢复应变和不可恢复应变的大小用于计算不可恢复的蠕变柔量。

图1 MSCR试验典型的时间-变形曲线

T0667 ZSV和T0668 LSV是欧盟标准中新一代的沥青试验方法,用于评价沥青抵抗高温车辙变形的性能。

ZSV零剪切黏度试验本质上是一个给定应力条件下的蠕变试验(应力扫描),测得黏度 – 剪应力关系曲线和黏度 – 剪应变关系曲线。

LSV低剪切黏度则是先将沥青在0.1Hz频率,0.1应变幅度(有些可能更小)的振荡条件下从高温到低温进行温度扫描,计算等温黏度EVT1;

并在EVT1条件下,按照1Hz-0.3Hz-0.1Hz-0.03Hz-0.01Hz-0.003Hz进行频率扫描,通过黏度η-log(f)曲线外推得到零剪切黏度LSV。

图2 零剪切黏度 – 低剪切黏度 – 剪切变稀

T0672 LAS试验方法是依据美国AASHTO TP101 LAS暂行试验方法编写,目的是为了评价沥青的疲劳寿命。

试验首先在选定温度下,在0.1-30Hz的频率范围内对沥青进行频率扫描,计算得到沥青损伤前的材料固有参数α;

再以10Hz的频率以1.0%的台阶从0.1%到30%进行振幅扫描,通过测量得到的峰值剪切应变/应力,相位角平均值和动态剪切模量来计算疲劳性能模型和性能参数对沥青的抗疲劳性能进行评价。

图3 LAS的加载方法

如何选择一款满足所有新规范试验需求的设备?

推荐选用与交通运输部公路科学研究院规范编写组同款的马尔文Kinexus系列动态剪切流变仪来满足试验需求。

图4 Malvern动态剪切流变仪DSR系列产品

CVO流变仪1994-2006

Gemini流变仪2006-2013NEW

Kinexus流变仪

2013至今

新款的Kinexus流变仪大幅度提高了扭矩范围,法向力范围,法向力分辨率等指标,增加了干法控温功能和更多的功能扩展接口

更新了基于Windows最新操作系统的试验软件,可以满足新规范的所有试验方法,

以及诸如相位角测试方法、橡胶沥青测试、摩擦性能测试、DMA测试、低温4mm平行板测试等还在逐渐开发中,没有形成标准规范的研究方法,可以满足今后多年的使用需求。

T0669

T0669 聚合物分散试验主要参考EN 13632标准编写,这是目前欧盟用于评价沥青与改性剂分散性的重要方法。

聚合物改性沥青中的改性剂需要在沥青中以一定程度的不连续相分布,使其在较长的使用寿命内保持完整结构,聚合物相的分布水平对黏合剂体系的物理性质具有重要的影响作用。

为了观察聚合物改性剂在沥青中的分散性,我们通常使用荧光显微镜来进行定性观察,荧光显微镜的光源落在激发激光器上,激发滤光器透射240nm ~ 490nm的光

该波长的光落在样品表面,未被吸收的激发光和发射光被反射到彩色分束滤光器,反射短于510nm的光,透射波长更长的光。

因为大多数聚合物产生黄色荧光,而沥青保持黑色状态,因此我们就可以在不同的放大倍数下评估聚合物的粒度及分布。

荧光显微技术是一种技术成熟的测试手段,公众号监理检测,该试验是一种定性试验方法,不能用于评估改性剂的质量和性能。

市场上诸如奥林巴斯、卡尔蔡司、MshOt多个品牌的荧光显微镜均能够满足试验应用。

图5 蔡司荧光显微镜及测量结果展示

T0670

T0670 沥青斑点试验主要参考AASHTO T102试验方法编写,用于评价沥青各组分的相容性,测定沥青在加热过程中是否过热

通过对测试后样品的外观进行人眼识别来定性判断为“阳性(相容性差)”或“阴性(相容性良好)”,来作为评判结果。

该方法需要的设备为实验室内的常规器皿和工具,例如烧瓶、玻璃管、滤纸、移液管、恒温水浴以及各种耗材。

T0671

T0671 沥青拉伸性能试验(测力延度法)是在传统的延度试验仪上增加高分辨率的力学传感器测量延度试验时沥青的拉力,通过计算测力延度比的方法来评价改性沥青的内聚力

因为该方法能够很好的表征聚合物改性沥青的黏弹性能(拉伸延长的后期会出现明显的第二峰值),

因此欧盟(EN 13589/EN 13703)和美国(AASHTO T300)均将该试验作为评价改性沥青性能的标准试验方法。

因此本方法也是借鉴了以上三册规范进行编写。

测力延度仪

基于测力延度规范的普及应用,欧盟和美国的进口延度仪多数提供拉力测量功能,通过分辨率达0.1N的荷载传感器实时监测拉伸过程中的力,并生成位移-拉力曲线(如图6所示)。

其中,意大利CONTROLS的拉力延度仪是其中性价比较高的一款:具有4个沥青样品测试位,可以连接300N/500N的荷载传感器,最大拉伸长度1500mm,

通过计算机软件进行控制,软件界面非常友好,操作简单,并在仪器中内置了标准延度试验和拉力延度的测试程序,可以直接使用。

在配备了外置的低温循环浴的情况下,还可以执行低温延度试验。

图6 CONTROLS测力延度仪

图7 CONTROLS测力延度仪测试的位移-拉力曲线

T0673

T0673 SBS含量测定试验用于测量聚合物改性沥青中的SBS改性剂含量,需要的仪器是傅里叶变换红外光谱仪。

使用傅里叶变换红外光谱分析技术对沥青组分进行识别,是近年来飞速发展和快速普及的测试技术,

在美国有AASHTO T302试验标准(测试聚合物改性沥青中的SBR、SB和SBS含量),国内有浙江省的地方规范DB 33/T 989-2015改性沥青中SBS含量的测定(红外光谱法)。

除此以外,基于任何两种不同的沥青都具有不同的红外光谱图这一特性(类似于人的指纹)

我们通常还使用这种方法用于在现场控制不同批次的沥青是否掺假的质量控制,美国SHRP 2.0 R06B报告:

光谱学测试方法对建筑材料进行指纹识别的应用评估中也推荐了这种试验方法。据我们的了解和判断,红外光谱仪有大规模普及的趋势,今后将是每个沥青材料实验室的必备工具之一。

图8 典型的沥青红外谱图

目前在市场上应用最多的红外光谱仪主要有2个品牌,分别是美国赛默飞世尔科技集团(Thermo Fisher)旗下的Nicolet iS5型红外光谱仪;

以及德国布鲁克公司(Bruker)的ALPHA II型红外光谱仪。

这2个型号通过搭配专用的ATR多次衰减全反射晶体后都能够满足日常的使用需求。

图9 赛默飞iS5型(左图)和布鲁克Alpha II 型(右图)

T0674

T0674 摆式仪测定沥青黏结力试验参照欧盟标准EN 13588编写,主要目的用于测试沥青的黏结力,这种黏结力主要指沥青破坏过程时,内部的撕裂。

测试方法类似于摆式仪测量路面抗滑性的原理,通过摆锤敲击粘结了沥青的试块后停留的高度,来计算黏结力(J/cm2)。

图10 沥青黏结力的测试原理

英国COOPER摆式沥青黏结力测试仪

目前国内使用的摆式沥青黏结力测试仪基本都是英国COOPER公司生产,这些用户包括:

规范编写单位交通运输部公路科学研究院,以及北京建筑大学和山东高速建设材料有限公司。

图11 Cooper摆式沥青黏结力测试仪

T0675

T0675 集料-沥青黏附性试验(旋转瓶法)参照欧盟标准EN 12697-11编写,主要用于测定集料和沥青之间的粘附力以及其对组合剥离的敏感性影响,也可以用于测定水对集料和沥青在含或不含黏附剂两种情况下的影响。

执行该试验方法需要使用能够同时旋转不少于3个试验瓶的机器,以及试验瓶、天平、烘箱等实验室的常备器具。

试验完成后的测试过程通过目测来观察沥青的附着程度,因此这是一个简单且主观性较高的试验方法,通常适用于常规试验检测,监理检测公众号提醒不适用于高耐磨性的集料。

测试结果可以绘制成时间-沥青裹覆率曲线。

图12 旋转时间-沥青裹覆率曲线

CONTROLS旋转瓶试验仪

意大利CONTROLS公司生产的75-B0011/A旋转瓶试验仪可以一次测试3个试验瓶,转速最高可达80转/分,设备小巧,简单易用。

(值得说明的是:这种旋转瓶试验仪和稀浆封层混合料配伍性等级试验中的旋转瓶试验仪是完全不同的)

图13 75-B0011/A旋转瓶试验仪

T0676

T0676 橡胶沥青旋转黏度试验(Hakke黏度计法)是一种非常快速、简单的试验方法,可以在现场迅速测试橡胶沥青的哈克黏度。

这种测试设备主要由美国赛默飞世尔科技集团旗下的Hakke生产线生产,型号为VISCOMETER 2PLUS,

通过电池驱动的电机进行水平旋转,转速62.5转/分,黏度测量范围30mPa·s ~ 400,000mPa·s,LCD显示屏可以直接读取测试结果。

检测过程可以手持直接测量,也可以安装在支架式内进行测试。

图14 Hakke手持式旋转黏度计

T0677/T0678

T0677 黏层油黏结强度试验(剪切法)和T0678 黏层油黏结强度试验(拉拔法)

沥青路面的层间黏结强度不足导致的路面损坏近年来成为业界比较关注的问题(例如水平推移、拥包层间脱离及车辙等)。

为了加强施工质量控制,在新规范编制的过程中,检测沥青路面层间黏结强度的成套方法还被写入了JTG E60-201X 公路路基路面现场测试规程中

而该成套方法其中两种可以在室内执行的试验方法写入了此版室内材料的试验规程。

该方法是参考欧盟EN 12697-48层间黏结强度试验方法编写,在欧盟标准中有5大类试验方法,公路养护平台公众号提醒其中方法D和E因为需要的设备价值较高,制造复杂对精密度较高,不易普及。

因此,我国在规范修订的过程中选择了其中3种比较简单的方法进行引进。

室内层间黏结强度试验的基本思想就是造成黏结层位置的破坏,导致破坏产生的作用力可以是垂直方向的拉拔力,或者是水平方向的剪切力。也就是拉拔和剪切两种试验方法。

剪切和拉拔试验设备

切和拉拔试验都是匀速加载试验(剪切为50±2mm/min,拉拔为10±2mm/min),测量值为荷载和位移,最大荷载不小于35kN。

所以我们常规的路强仪、材料试验机或大量程的马歇尔试验仪(能进行拉伸)经过改装均可以完成这两个试验。

这种试验夹具比较经济的方式是在国内加工制作获取。

图15 剪切(左)和拉拔(右)试验夹具

T0679

T0679 沥青中含磷量试验主要参考美国AASHTO TP78试验标准编写,目的用于测试沥青或沥青残留物中是否含有多磷酸(PPA)。

该试验方法是基于材料发生化学反应时会伴随颜色改变的原理进行测试,因此是一种定性分析方法,

所需要的设备包括烘箱、烧杯、移液器、酒石酸锑酸铵/钼酸铵溶液、抗坏血酸显色剂,硫酸溶液,丁醇-异丁酸或正丁醇等化学试剂等材料。来源欧美大地、监理检测公众号。

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