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瀝青新增14個試驗、混合料新增29個試驗方法:2019新版《公路瀝青及瀝青混合料試驗規程》意見稿詳解
2019年03月01日    閱讀量:42203    新聞來源:公路試驗檢測  |  投稿

2019年初

新版公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程JTG E20

征求意見稿發布




深度解讀

瀝青試驗

第一部分 修訂要點


交通運輸部在2016年啟動了JTG E20規范的修訂工作,并與2019年初發布了征求意見稿,此次修訂有以下幾個要點:

  1. 瀝青試驗部分新增了14種試驗方法;瀝青混合料試驗部分新增了29種試驗方法。


  2. 經過修訂后,新版規范基本收錄了美國、歐洲的大部分試驗方法,通過學習新版規范,可以幫助中國企業走出國門,更好的在海外工程中與國外同行進行標準對接和技術交流。


  3. 新版規范也完全涵蓋了“老化、永久變形、勁度模量、低溫開裂、疲勞開裂、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評價體系中國瀝青網sinoasphalt.com

第二部分 新增瀝青試驗


表1 JTG E20新規范新增瀝青試驗方法

規范號

試驗名稱

主要配套設備

T0666

瀝青多重應力蠕變恢復試驗(MSCR)

動態剪切流變儀DSR

T0667

瀝青零剪切黏度試驗(ZSV)

動態剪切流變儀DSR

T0668

瀝青低應變剪切黏度試驗(LSV)

動態剪切流變儀DSR

T0669

聚合物分散試驗

熒光顯微鏡

T0670

瀝青斑點試驗

燒瓶/濾紙/水浴等常規工具

T0671

瀝青拉伸性能試驗(測力延度法)

測力型延度儀

T0672

瀝青抗疲勞性能試驗(線性振幅掃描LAS法)

動態剪切流變儀DSR

T0673

SBS含量測定試驗

傅里葉變換紅外光譜儀FTIR

T0674

擺式儀測定瀝青內聚力試驗

擺式瀝青黏聚力試驗儀

T0675

集料-瀝青黏附性試驗(旋轉瓶法)

旋轉瓶試驗儀

T0676

橡膠瀝青旋轉黏度試驗(Hakke黏度計法)

Hakke式手持黏度儀

T0677

黏層油黏結強度試驗(剪切法)

馬歇爾試驗機增加夾具

T0678

黏層油黏結強度試驗(拉拔法)

馬歇爾試驗機增加夾具

T0679

瀝青中含磷量試驗

移液器/燒杯及各種化學試劑



第三部分 瀝青試驗解析


T0666/T0667/T0668/T0672

在14個新增試驗方法中,有4個規范涉及動態剪切流變儀DSR,加之原有的T0628 瀝青流變性質試驗(動態剪切流變儀法),在整套規范中,需要使用到動態剪切流變儀的試驗方法共計5個。

T0628 DSR試驗方法是美國AASHTO M320 Superpave PG分級試驗確定瀝青高溫等級的標準試驗方法;

T0666 MSCR試驗方法是美國AASHTO T350為更好的評價改性瀝青彈性恢復能力而開發的新一代試驗方法


其加載方式區別于DSR試驗的連續正弦波,每個測試循環是在正弦波加載1秒后零應力恢復9秒


并以0.1kPa的應力循環加載20個周期(前10個周期調節樣品,后10個進行測試),再以3.2kPa的應力循環加載10個周期,測試整個試驗過程中可恢復應變和不可恢復應變的大小用于計算不可恢復的蠕變柔量。

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T0667 ZSV和T0668 LSV是歐盟標準中新一代的瀝青試驗方法,用于評價瀝青抵抗高溫車轍變形的性能。


ZSV零剪切黏度試驗本質上是一個給定應力條件下的蠕變試驗(應力掃描),測得黏度 – 剪應力關系曲線和黏度 – 剪應變關系曲線。

表2 ZSV瀝青應力掃描條件

應力σ(Pa)

時間t(min)

累計時間t*(min)

黏度η(Pa·s)

10

100

100

由最后20min計算得到

20

50

150

由最后10min計算得到

50

20

170

由最后4min計算得到

100

10

180

由最后3min計算得到

200

5

185

由最后1min計算得到

500

2

187

由最后24s計算得到

1000

1

188

由最后12s計算得到


LSV低剪切黏度則是先將瀝青在0.1Hz頻率,0.1應變幅度(有些可能更小)的振蕩條件下從高溫到低溫進行溫度掃描,計算等溫黏度EVT1;


并在EVT1條件下,按照1Hz-0.3Hz-0.1Hz-0.03Hz-0.01Hz-0.003Hz進行頻率掃描,通過黏度η-log(f)曲線外推得到零剪切黏度LSV。

圖2 零剪切黏度 – 低剪切黏度 – 剪切變稀

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T0672 LAS試驗方法是依據美國AASHTO TP101 LAS暫行試驗方法編寫,目的是為了評價瀝青的疲勞壽命。


試驗首先在選定溫度下,在0.1-30Hz的頻率范圍內對瀝青進行頻率掃描,計算得到瀝青損傷前的材料固有參數α;


再以10Hz的頻率以1.0%的臺階從0.1%到30%進行振幅掃描,通過測量得到的峰值剪切應變/應力,相位角平均值和動態剪切模量來計算疲勞性能模型和性能參數對瀝青的抗疲勞性能進行評價。

圖3 LAS的加載方法

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如何選擇一款滿足所有新規范試驗需求的設備?

推薦選用與交通運輸部公路科學研究院規范編寫組同款的馬爾文Kinexus系列動態剪切流變儀來滿足試驗需求。

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新款的Kinexus流變儀大幅度提高了扭矩范圍,法向力范圍,法向力分辨率等指標,增加了干法控溫功能和更多的功能擴展接口


更新了基于Windows最新操作系統的試驗軟件,可以滿足新規范的所有試驗方法,


以及諸如相位角測試方法、橡膠瀝青測試、摩擦性能測試、DMA測試、低溫4mm平行板測試等還在逐漸開發中,沒有形成標準規范的研究方法,可以滿足今后多年的使用需求。


T0669

T0669 聚合物分散試驗主要參考EN 13632標準編寫,這是目前歐盟用于評價瀝青與改性劑分散性的重要方法。


聚合物改性瀝青中的改性劑需要在瀝青中以一定程度的不連續相分布,使其在較長的使用壽命內保持完整結構,聚合物相的分布水平對黏合劑體系的物理性質具有重要的影響作用。

為了觀察聚合物改性劑在瀝青中的分散性,我們通常使用熒光顯微鏡來進行定性觀察,熒光顯微鏡的光源落在激發激光器上,激發濾光器透射240nm ~ 490nm的光


該波長的光落在樣品表面,未被吸收的激發光和發射光被反射到彩色分束濾光器,反射短于510nm的光,透射波長更長的光。


因為大多數聚合物產生黃色熒光,而瀝青保持黑色狀態,因此我們就可以在不同的放大倍數下評估聚合物的粒度及分布。

熒光顯微技術是一種技術成熟的測試手段,公眾號公路試驗檢測,該試驗是一種定性試驗方法,不能用于評估改性劑的質量和性能。


市場上諸如奧林巴斯、卡爾蔡司、MshOt多個品牌的熒光顯微鏡均能夠滿足試驗應用。

圖5 蔡司熒光顯微鏡及測量結果展示

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T0670

T0670 瀝青斑點試驗主要參考AASHTO T102試驗方法編寫,用于評價瀝青各組分的相容性,測定瀝青在加熱過程中是否過熱


通過對測試后樣品的外觀進行人眼識別來定性判斷為“陽性(相容性差)”或“陰性(相容性良好)”,來作為評判結果。


該方法需要的設備為實驗室內的常規器皿和工具,例如燒瓶、玻璃管、濾紙、移液管、恒溫水浴以及各種耗材。


T0671

T0671 瀝青拉伸性能試驗(測力延度法)在傳統的延度試驗儀上增加高分辨率的力學傳感器測量延度試驗時瀝青的拉力,通過計算測力延度比的方法來評價改性瀝青的內聚力


因為該方法能夠很好的表征聚合物改性瀝青的黏彈性能(拉伸延長的后期會出現明顯的第二峰值),


因此歐盟(EN 13589/EN 13703)美國(AASHTO T300)均將該試驗作為評價改性瀝青性能的標準試驗方法。


因此本方法也是借鑒了以上三冊規范進行編寫。


測力延度儀

基于測力延度規范的普及應用,歐盟和美國的進口延度儀多數提供拉力測量功能,通過分辨率達0.1N的荷載傳感器實時監測拉伸過程中的力,并生成位移-拉力曲線(如圖6所示)。


其中,意大利CONTROLS的拉力延度儀是其中性價比較高的一款:具有4個瀝青樣品測試位,可以連接300N/500N的荷載傳感器,最大拉伸長度1500mm,


通過計算機軟件進行控制,軟件界面非常友好,操作簡單,并在儀器中內置了標準延度試驗和拉力延度的測試程序,可以直接使用。


在配備了外置的低溫循環浴的情況下,還可以執行低溫延度試驗。

圖6 CONTROLS測力延度儀

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圖7 CONTROLS測力延度儀測試的位移-拉力曲線

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T0673

T0673 SBS含量測定試驗用于測量聚合物改性瀝青中的SBS改性劑含量,需要的儀器是傅里葉變換紅外光譜儀。


使用傅里葉變換紅外光譜分析技術對瀝青組分進行識別,是近年來飛速發展和快速普及的測試技術,


在美國有AASHTO T302試驗標準(測試聚合物改性瀝青中的SBR、SB和SBS含量),國內有浙江省的地方規范DB 33/T 989-2015改性瀝青中SBS含量的測定(紅外光譜法)。


除此以外,基于任何兩種不同的瀝青都具有不同的紅外光譜圖這一特性(類似于人的指紋)


我們通常還使用這種方法用于在現場控制不同批次的瀝青是否摻假的質量控制,美國SHRP 2.0 R06B報告:


光譜學測試方法對建筑材料進行指紋識別的應用評估中也推薦了這種試驗方法。據我們的了解和判斷,紅外光譜儀有大規模普及的趨勢,今后將是每個瀝青材料實驗室的必備工具之一。

圖8 典型的瀝青紅外譜圖

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目前在市場上應用最多的紅外光譜儀主要有2個品牌,分別是美國賽默飛世爾科技集團(Thermo Fisher)旗下的Nicolet iS5型紅外光譜儀;


以及德國布魯克公司(Bruker)的ALPHA II型紅外光譜儀。


這2個型號通過搭配專用的ATR多次衰減全反射晶體后都能夠滿足日常的使用需求。

圖9 賽默飛iS5型(左圖)和布魯克Alpha II 型(右圖)

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T0674

T0674 擺式儀測定瀝青黏結力試驗參照歐盟標準EN 13588編寫,主要目的用于測試瀝青的黏結力,這種黏結力主要指瀝青破壞過程時,內部的撕裂。


測試方法類似于擺式儀測量路面抗滑性的原理,通過擺錘敲擊粘結了瀝青的試塊后停留的高度,來計算黏結力(J/cm2)。

圖10 瀝青黏結力的測試原理

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英國COOPER擺式瀝青黏結力測試儀

目前國內使用的擺式瀝青黏結力測試儀基本都是英國COOPER公司生產,這些用戶包括:


規范編寫單位交通運輸部公路科學研究院,以及北京建筑大學和山東高速建設材料有限公司。

圖11 Cooper擺式瀝青黏結力測試儀

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T0675

T0675 集料-瀝青黏附性試驗(旋轉瓶法)參照歐盟標準EN 12697-11編寫,主要用于測定集料和瀝青之間的粘附力以及其對組合剝離的敏感性影響,也可以用于測定水對集料和瀝青在含或不含黏附劑兩種情況下的影響。


執行該試驗方法需要使用能夠同時旋轉不少于3個試驗瓶的機器,以及試驗瓶、天平、烘箱等實驗室的常備器具。


試驗完成后的測試過程通過目測來觀察瀝青的附著程度,因此這是一個簡單且主觀性較高的試驗方法,通常適用于常規試驗檢測,公路試驗檢測公眾號提醒不適用于高耐磨性的集料。


測試結果可以繪制成時間-瀝青裹覆率曲線。

圖12 旋轉時間-瀝青裹覆率曲線

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CONTROLS旋轉瓶試驗儀

意大利CONTROLS公司生產的75-B0011/A旋轉瓶試驗儀可以一次測試3個試驗瓶,轉速最高可達80轉/分,設備小巧,簡單易用。


(值得說明的是:這種旋轉瓶試驗儀和稀漿封層混合料配伍性等級試驗中的旋轉瓶試驗儀是完全不同的)

圖13 75-B0011/A旋轉瓶試驗儀

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T0676

T0676 橡膠瀝青旋轉黏度試驗(Hakke黏度計法)是一種非常快速、簡單的試驗方法,可以在現場迅速測試橡膠瀝青的哈克黏度。


這種測試設備主要由美國賽默飛世爾科技集團旗下的Hakke生產線生產,型號為VISCOMETER 2PLUS,


通過電池驅動的電機進行水平旋轉,轉速62.5轉/分,黏度測量范圍30mPa·s ~ 400,000mPa·s,LCD顯示屏可以直接讀取測試結果。


檢測過程可以手持直接測量,也可以安裝在支架式內進行測試。

圖14 Hakke手持式旋轉黏度計

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T0677/T0678

T0677 黏層油黏結強度試驗(剪切法)和T0678 黏層油黏結強度試驗(拉拔法)


瀝青路面的層間黏結強度不足導致的路面損壞近年來成為業界比較關注的問題(例如水平推移、擁包層間脫離及車轍等)。


為了加強施工質量控制,在新規范編制的過程中,檢測瀝青路面層間黏結強度的成套方法還被寫入了JTG E60-201X 公路路基路面現場測試規程中


而該成套方法其中兩種可以在室內執行的試驗方法寫入了此版室內材料的試驗規程。


該方法是參考歐盟EN 12697-48層間黏結強度試驗方法編寫,在歐盟標準中有5大類試驗方法,公路養護平臺公眾號提醒其中方法D和E因為需要的設備價值較高,制造復雜對精密度較高,不易普及。


因此,我國在規范修訂的過程中選擇了其中3種比較簡單的方法進行引進。

室內層間黏結強度試驗的基本思想就是造成黏結層位置的破壞,導致破壞產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。也就是拉拔和剪切兩種試驗方法。


剪切和拉拔試驗設備

切和拉拔試驗都是勻速加載試驗(剪切為50±2mm/min,拉拔為10±2mm/min),測量值為荷載和位移,最大荷載不小于35kN。


所以我們常規的路強儀、材料試驗機或大量程的馬歇爾試驗儀(能進行拉伸)經過改裝均可以完成這兩個試驗。


這種試驗夾具比較經濟的方式是在國內加工制作獲取。

圖15 剪切(左)和拉拔(右)試驗夾具

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T0679

T0679 瀝青中含磷量試驗主要參考美國AASHTO TP78試驗標準編寫,目的用于測試瀝青或瀝青殘留物中是否含有多磷酸(PPA)。


該試驗方法是基于材料發生化學反應時會伴隨顏色改變的原理進行測試,因此是一種定性分析方法,


所需要的設備包括烘箱、燒杯、移液器、酒石酸銻酸銨/鉬酸銨溶液、抗壞血酸顯色劑,硫酸溶液,丁醇-異丁酸或正丁醇等化學試劑等材料。


標簽:技術中心再生瀝青瀝青混凝土溫拌瀝青彩色瀝青改性瀝青
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