沥青混合料 详解丨2019新版《公路工程沥青及沥青混合料试验规程征求意见稿》-沥青篇新增的14个试验

深度解读

沥青试验

部分

一个

修订要点

交通部于2016年启动了JTG E20规范的修订，并于2019年初发布了征求意见稿。本次修订有以下要点:

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。

本期我们将深入解读14种新的沥青试验方法。沥青混合料的试验方法将在下期解释。

部分

2

新沥青试验

表1 JTG E20新规范中新沥青的试验方法

规格号

测试名称

主要配套设备

T0666

沥青多应力蠕变恢复试验(MSCR)

动态剪切流变仪的DSR

T0667

沥青零剪切粘度试验(ZSV)

动态剪切流变仪的DSR

T0668

沥青的低应变剪切粘度试验(LSV)

动态剪切流变仪的DSR

T0669

聚合物分散试验

荧光显微镜

T0670

沥青斑点试验

烧瓶/滤纸/水浴等常规工具

T0671

沥青拉伸性能试验(力延度法)

测力延展仪

T0672

沥青抗疲劳试验(线性振幅扫描法)

动态剪切流变仪的DSR

T0673

SBS含量测定试验

傅里叶变换红外光谱仪

T0674

用摆式仪器测量沥青内聚力的试验

摆式沥青内聚力测试仪

T0675

集料-沥青粘附试验(旋转瓶法)

旋转瓶测试仪

T0676

橡胶沥青的旋转粘度试验(哈克粘度计法)

哈克手持式粘度计

T0677

粘性油粘结强度试验(剪切法)

马歇尔试验机增加夹具

T0678

粘合层油粘合强度试验(拉伸法)

马歇尔试验机增加夹具

T0679

沥青中磷含量的测试

移液管/烧杯和各种化学试剂

部分

三

沥青试验分析

T0666/T0667/T0668/T0672

在14种新的测试方法中，有4种规格涉及DSR动态剪切流变仪，以及最初的T0628沥青流变性能测试(动态剪切流变仪法)。在整套规范中，5种测试方法需要使用动态剪切流变仪。

T0628DSR试验方法是美国AASHTO M320 Superpave PG级配试验确定沥青高温等级的标准试验方法。

T0666MSCR试验方法是美国AASHTO T350为更好地评价改性沥青弹性恢复能力而开发的新一代试验方法

加载模式不同于DSR试验的连续正弦波。加载正弦波1秒钟后，每个测试周期为9秒钟零应力恢复

整个测试过程中的可恢复应变和不可恢复应变测试20个循环(前10个循环调整样品，后10个循环测试)，然后10个循环施加3.2kPa的应力。

图1 MSCR试验的典型时间-变形曲线

T0667ZSV和T0668LSV是欧盟标准中的新一代沥青试验方法，用于评价沥青抵抗高温车辙变形的性能。

ZSV零剪切粘度试验本质上是给定应力条件下的蠕变试验(应力扫描),测量粘度-剪切应力关系曲线和粘度-剪切应变关系曲线。

表2沥青应力扫描条件

应力σ(帕)

时间t(分钟)

累计时间t*(分钟)

粘度η(帕·秒)

10

100

100

从最后20分钟开始计算

20

50

150

从最近10分钟开始计算

50

20

170

从最后4分钟开始计算

100

10

一百八十度

按最后3分钟计算

200

五

185

从最近1分钟开始计算

500

2

187

从最后24秒开始计算

1000

一个

188

按最后12秒计算

LSV低剪切粘度是扫描沥青在0.1Hz频率和0.1应变振幅(有的可能更小)的振荡条件下从高温到低温的温度，并计算等温粘度EVT 1；

在EVT1条件下，按1hz-0.3Hz-0.1Hz-0.03Hz-0.01Hz-0.003Hz进行频率扫描，粘度η-log(f)曲线外推得到零剪切粘度LSV。

图2零剪切粘度-低剪切粘度-剪切变稀

试验方法T0672LAS是根据美国AASHTO TP101 LAS临时试验方法编制的，旨在评价沥青的疲劳寿命。

首先，在选定的温度下，在0.1-30Hz的频率范围内对沥青进行扫描，计算出沥青损伤前材料的固有参数α。

然后以10Hz的频率以1.0%的步长进行0.1%-30%的振幅扫描，通过测量峰值剪切应变/应力、相角平均值和动态剪切模量计算疲劳性能模型和性能参数，评价沥青的抗疲劳性能。

图3 las的加载方法

如何选择能满足所有新规范测试要求的设备？

建议选择马尔文的Kinexus系列动态剪切流变仪，与交通部公路科学研究院的代码编写组相同，满足测试要求。

图4马尔文动态剪切流变仪DSR系列产品

CVO流变仪

1994-2006

双子流变仪

2006-2013

新的

Kinexus流变仪

2013年至今

新的Kinexus流变仪大大提高了扭矩范围、法向力范围、法向力分辨率等指标，增加了干燥温度控制功能和更多功能扩展接口

更新了基于最新Windows操作系统的测试软件，能够满足新规范的所有测试方法。

以及相角试验法、橡胶沥青试验、摩擦性能试验、DMA试验、低温4mm平行板试验等。仍在逐步开发中，没有标准的研究方法，可以满足未来多年的使用要求。

T0669

T0669聚合物分散性试验主要参照EN 13632标准编制，是目前欧盟评价沥青和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一定程度上呈不连续相分布，才能在较长的使用寿命中保持其完整的结构。聚合物相的分布水平对粘合剂体系的物理性能有重要影响。

为了观察聚合物改性剂在沥青中的分散情况，我们通常使用荧光显微镜进行定性观察。荧光显微镜的光源落在激发激光上，激发滤光片透射240 ~ 490纳米的光

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器滤光器，反射短于510nm的光，透射较长波长的光。

因为大多数聚合物产生黄色荧光，而沥青保持黑色，所以我们可以在不同的放大倍数下评估聚合物的粒径和分布。

荧光显微镜是一种成熟的检测方法，是一种定性的检测方法，不能用于评价改性剂的质量和性能。

市场上的奥林巴斯、卡尔·蔡司、MshOt的荧光显微镜都能满足测试应用。

图5蔡司荧光显微镜和测量结果显示

T0670

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

被测样品的外观通过人眼识别定性判断为“阳性(相容性差)”或“阴性(相容性好)”，作为判断结果。

这种方法所需的设备是实验室常规的器皿和工具，如烧瓶、玻璃管、滤纸、移液管、恒温水浴和各种耗材。

T0671

T0671沥青拉伸性能试验(力延度法)是在传统延度仪的基础上增加一个高分辨率的机械传感器，在延度试验中测量沥青的拉伸力，通过计算力延度比来评价改性沥青的内聚力

由于这种方法可以很好地表征聚合物改性沥青的粘弹性(拉伸延伸后期会出现明显的第二个峰值)，

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

所以这个方法也是借鉴以上三卷规范编制的。

力延伸仪

基于力延性规范的推广应用，从欧盟和美国进口的延性仪大多提供拉力测量功能，通过分辨率为0.1N的载荷传感器实时监测拉伸过程中的力，生成位移-拉力曲线(如图6所示)。

其中，意大利CONTROLS的拉伸延度计是性价比较高的一种:它有4个沥青样品测试位置，可以连接300N/500N载荷传感器，最大拉伸长度为1500mm，

它由计算机软件控制。软件界面非常友好，易于操作。仪器内置标准延展性测试和拉伸延展性测试程序，可直接使用。

在配备外部低温循环槽的情况下，也可进行低温延展性试验。

图6控制力延度仪

图7由控制测力计测量的位移-张力曲线

T0673

T0673 SBS含量测定试验用于测定聚合物改性沥青中SBS改性剂的含量，所需仪器为傅里叶变换红外光谱仪。

利用傅里叶变换红外光谱法鉴别沥青组分是近年来迅速发展和迅速普及的检测技术。

美国有AASHTO T302测试标准(测试聚合物改性沥青中SBR、SB、SBS含量)，国内有地方规范DB 33/T 989-2015，改性沥青中SBS含量的测定(红外光谱)。

此外，任何两种不同的沥青都有不同的红外光谱(类似于人的指纹)

我们通常使用这种方法来控制不同批次的沥青是否在现场掺假。美国SHRP 2.0 R06B报告:

该试验方法也推荐用于建筑材料指纹识别的光谱试验方法的应用评价。根据我们的理解和判断，红外光谱仪有大规模推广的趋势，将是未来每个沥青材料实验室的必备工具之一。

图8沥青的典型红外光谱

目前市场上使用最多的红外光谱仪有两个品牌，分别是美国Thermo Fisher Scientific的Thermo Fisher旗下的Nicolettis5红外光谱仪；

以及德国布鲁克的ALPHA II红外光谱仪。

这两款配合专用ATR多次衰减全反射晶体，可以满足日常使用要求。

图9 Thermo Fisher Scientific iS5(左)和brooke Alpha II(右)

T0674

T0674摆式仪器测量沥青附着力试验是参照欧盟标准EN 13588编制的，其主要目的是测试沥青附着力，主要是指沥青破坏时的内部撕裂。

测试方法类似于用摆锤仪测量路面抗滑力的原理，通过摆锤敲击粘有沥青的试块的高度来计算粘结力(J/cm2)。

图10沥青结合力测试原理

英国COOPER摆式沥青粘合测试仪

目前国内使用的摆式沥青结合度测试仪基本上都是英国的COOPER公司生产的，这些用户包括:

本规范的作者是交通部公路科学研究所、北京建筑大学和山东高速公路建筑材料有限公司..

图11库珀摆式沥青胶结测试仪

T0675

T0675集料-沥青粘附试验(旋转瓶法)参照欧盟标准EN 12697-11编制，主要用于测量集料与沥青的粘附性及其对组合剥离的敏感性，也可用于测量有无粘合剂时水对集料和沥青的影响。

这种测试方法的实施需要使用能够同时旋转至少三个测试瓶的机器，以及实验室中的固定仪器，如测试瓶、天平和烘箱。

试验完成后，通过目测观察沥青的附着程度，因此是一种简单、主观的试验方法，通常适合常规试验检测，监督检查微信官方账号提醒不适合高耐磨骨料。

试验结果可以绘制成时间-沥青涂覆率曲线。

图12旋转时间-沥青涂覆率曲线

控制旋转瓶测试仪

意大利CONTROLS公司生产的75-B0011/A旋转瓶测试仪可以一次测试三个测试瓶，最大速度为80转/分。设备体积小，使用方便。

图13 75-B0011/A旋转瓶测试仪

T0676

T0676橡胶沥青旋转粘度试验(Hakke粘度计法)是一种非常快速简单的试验方法，可以在现场快速测试橡胶沥青的哈克粘度。

这种测试设备主要由赛默飞希尔科技集团的Hakke生产线生产，型号为粘度计2PLUS。

电池驱动的电机以62.5转/分的速度水平旋转，粘度测量范围为30兆帕·秒~ 40万兆帕·秒，液晶屏可直接读取测试结果。

检测过程可以直接用手测量，也可以安装在支架上进行测试。

图14 Hakke手持式旋转粘度计

T0677/T0678

T0677粘接强度试验(剪切法)和T0678粘接强度试验(拉伸法)

近年来，沥青路面层间粘结强度不足引起的路面损坏已成为业界关注的问题(如水平位移、层间分离和车辙等)。).

为了加强施工质量控制，在新规范的编制过程中，沥青路面层间粘结强度的整套检测方法也写入了JTG E60-201X公路路基路面现场检测规范

但这套方法中可以在室内进行的两种试验方法，都写入了本版室内材料的试验规程中。

该方法参照欧盟EN 12697-48层间粘结强度试验方法编制。欧盟标准中有五种测试方法。公路养护平台微信官方账号提醒，方法D和E由于需要的设备价值高，制造复杂，精度高，难以推广。

因此，在修订代码的过程中，中国选择了三种更简单的方法来介绍它们。

室内层间粘结强度试验的基本思路是造成粘结层的破坏，破坏产生的作用力可以是垂直拉力，也可以是水平剪力。即拉伸和剪切试验方法。

剪切和拉伸试验设备

剪切和拔出试验都是均匀加载试验(剪切为50±2毫米/分钟，拔出为10±2毫米/分钟)。实测值为荷载和位移，最大荷载不小于35kN。

因此，我们常规的道路强度测试仪、材料试验机或大量程马歇尔测试仪(可拉伸)都可以改装完成这两项测试。

这种测试夹具在中国制造经济。

图15剪切(左)和拉动(右)测试夹具

T0679

T0679沥青中磷含量测试主要参照美国AASHTO TP78测试标准编制，用于测试沥青或沥青残渣中是否含有多聚磷酸(PPA)。

测试方法基于材料发生化学反应时颜色发生变化的原理，因此是一种定性分析方法。

所需设备包括烘箱、烧杯、移液管、酒石酸锑铵/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。来自欧美。

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