2019年初
新版公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程JTG E20
征求意見(jiàn)稿發(fā)布
交通運(yùn)輸部在2016年啟動(dòng)了JTG E20規(guī)范的修訂工作，并與2019年初發(fā)布了征求意見(jiàn)稿，此次修訂有以下幾個(gè)要點(diǎn)：
1.瀝青試驗(yàn)部分新增了14種試驗(yàn)方法；瀝青混合料試驗(yàn)部分新增了29種試驗(yàn)方法。
2.經(jīng)過(guò)修訂后，新版規(guī)范基本收錄了美國(guó)、歐洲的大部分試驗(yàn)方法，通過(guò)學(xué)習(xí)新版規(guī)范，可以幫助中國(guó)企業(yè)走出國(guó)門(mén)，更好的在海外工程中與國(guó)外同行進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接和技術(shù)交流。
3.新版規(guī)范也完全涵蓋了“老化、永久變形、勁度模量、低溫開(kāi)裂、疲勞開(kāi)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(píng)價(jià)體系。
本期將為大家深度解讀14個(gè)新增瀝青試驗(yàn)方法。瀝青混合料試驗(yàn)方法將在下期進(jìn)行解讀。
表1
JTG
E20新規(guī)范新增瀝青試驗(yàn)方法
T0666/T0667/T0668/T0672
在14個(gè)新增試驗(yàn)方法中，有4個(gè)規(guī)范涉及動(dòng)態(tài)剪切流變儀DSR，加之原有的T0628 瀝青流變性質(zhì)試驗(yàn)（動(dòng)態(tài)剪切流變儀法），在整套規(guī)范中，需要使用到動(dòng)態(tài)剪切流變儀的試驗(yàn)方法共計(jì)5個(gè)。
T0628DSR試驗(yàn)方法是美國(guó)AASHTO M320 Superpave PG分級(jí)試驗(yàn)確定瀝青高溫等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法；
T0666MSCR試驗(yàn)方法是美國(guó)AASHTO T350為更好的評(píng)價(jià)改性瀝青彈性恢復(fù)能力而開(kāi)發(fā)的新一代試驗(yàn)方法，其加載方式區(qū)別于DSR試驗(yàn)的連續(xù)正弦波，每個(gè)測(cè)試循環(huán)是在正弦波加載1秒后零應(yīng)力恢復(fù)9秒，并以0.1kPa的應(yīng)力循環(huán)加載20個(gè)周期（前10個(gè)周期調(diào)節(jié)樣品，后10個(gè)進(jìn)行測(cè)試），再以3.2kPa的應(yīng)力循環(huán)加載10個(gè)周期，測(cè)試整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中可恢復(fù)應(yīng)變和不可恢復(fù)應(yīng)變的大小用于計(jì)算不可恢復(fù)的蠕變?nèi)崃俊?/p>
圖1
MSCR試驗(yàn)典型的時(shí)間-變形曲線
T0667ZSV和T0668LSV是歐盟標(biāo)準(zhǔn)中新一代的瀝青試驗(yàn)方法，用于評(píng)價(jià)瀝青抵抗高溫車(chē)轍變形的性能。ZSV零剪切黏度試驗(yàn)本質(zhì)上是一個(gè)給定應(yīng)力條件下的蠕變?cè)囼?yàn)（應(yīng)力掃描），測(cè)得黏度 – 剪應(yīng)力關(guān)系曲線和黏度 – 剪應(yīng)變關(guān)系曲線。
表2
ZSV瀝青應(yīng)力掃描條件
LSV低剪切黏度則是先將瀝青在0.1Hz頻率，0.1應(yīng)變幅度（有些可能更?。┑恼袷帡l件下從高溫到低溫進(jìn)行溫度掃描，計(jì)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(jìn)行頻率掃描，通過(guò)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
T0672LAS試驗(yàn)方法是依據(jù)美國(guó)AASHTO TP101 LAS暫行試驗(yàn)方法編寫(xiě)，目的是為了評(píng)價(jià)瀝青的疲勞壽命。試驗(yàn)首先在選定溫度下，在0.1-30Hz的頻率范圍內(nèi)對(duì)瀝青進(jìn)行頻率掃描，計(jì)算得到瀝青損傷前的材料固有參數(shù)α；再以10Hz的頻率以1.0%的臺(tái)階從0.1%到30%進(jìn)行振幅掃描，通過(guò)測(cè)量得到的峰值剪切應(yīng)變/應(yīng)力，相位角平均值和動(dòng)態(tài)剪切模量來(lái)計(jì)算疲勞性能模型和性能參數(shù)對(duì)瀝青的抗疲勞性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
圖3
LAS的加載方法
?如何選擇一款滿足所有新規(guī)范試驗(yàn)需求的設(shè)備？
推薦選用與交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院規(guī)范編寫(xiě)組同款的馬爾文Kinexus系列動(dòng)態(tài)剪切流變儀來(lái)滿足試驗(yàn)需求。
圖4
Malvern動(dòng)態(tài)剪切流變儀DSR系列產(chǎn)品
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(biāo)，增加了干法控溫功能和更多的功能擴(kuò)展接口，更新了基于Windows最新操作系統(tǒng)的試驗(yàn)軟件，可以滿足新規(guī)范的所有試驗(yàn)方法，以及諸如相位角測(cè)試方法、橡膠瀝青測(cè)試、摩擦性能測(cè)試、DMA測(cè)試、低溫4mm平行板測(cè)試等還在逐漸開(kāi)發(fā)中，沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(yàn)主要參考EN 13632標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)，這是目前歐盟用于評(píng)價(jià)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(xù)相分布，使其在較長(zhǎng)的使用壽命內(nèi)保持完整結(jié)構(gòu)，聚合物相的分布水平對(duì)黏合劑體系的物理性質(zhì)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(lái)進(jìn)行定性觀察，熒光顯微鏡的光源落在激發(fā)激光器上，激發(fā)濾光器透射240nm ~ 490nm的光，該波長(zhǎng)的光落在樣品表面，未被吸收的激發(fā)光和發(fā)射光被反射到彩色分束濾光器，反射短于510nm的光，透射波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光。因?yàn)榇蠖鄶?shù)聚合物產(chǎn)生黃色熒光，而瀝青保持黑色狀態(tài)，因此我們就可以在不同的放大倍數(shù)下評(píng)估聚合物的粒度及分布。
熒光顯微技術(shù)是一種技術(shù)成熟的測(cè)試手段，該試驗(yàn)是一種定性試驗(yàn)方法，不能用于評(píng)估改性劑的質(zhì)量和性能。市場(chǎng)上諸如奧林巴斯、卡爾蔡司、MshOt多個(gè)品牌的熒光顯微鏡均能夠滿足試驗(yàn)應(yīng)用。
圖5
蔡司熒光顯微鏡及測(cè)量結(jié)果展示
?T0670
T0670 瀝青斑點(diǎn)試驗(yàn)主要參考AASHTO T102試驗(yàn)方法編寫(xiě)，用于評(píng)價(jià)瀝青各組分的相容性，測(cè)定瀝青在加熱過(guò)程中是否過(guò)熱，通過(guò)對(duì)測(cè)試后樣品的外觀進(jìn)行人眼識(shí)別來(lái)定性判斷為“陽(yáng)性（相容性差）”或“陰性（相容性良好）”，來(lái)作為評(píng)判結(jié)果。該方法需要的設(shè)備為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的常規(guī)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(yàn)（測(cè)力延度法）是在傳統(tǒng)的延度試驗(yàn)儀上增加高分辨率的力學(xué)傳感器測(cè)量延度試驗(yàn)時(shí)瀝青的拉力，通過(guò)計(jì)算測(cè)力延度比的方法來(lái)評(píng)價(jià)改性瀝青的內(nèi)聚力，因?yàn)樵摲椒軌蚝芎玫谋碚骶酆衔锔男詾r青的黏彈性能（拉伸延長(zhǎng)的后期會(huì)出現(xiàn)明顯的第二峰值），因此歐盟（EN 13589/EN 13703）和美國(guó)（AASHTO T300）均將該試驗(yàn)作為評(píng)價(jià)改性瀝青性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。因此本方法也是借鑒了以上三冊(cè)規(guī)范進(jìn)行編寫(xiě)。
測(cè)力延度儀
基于測(cè)力延度規(guī)范的普及應(yīng)用，歐盟和美國(guó)的進(jìn)口延度儀多數(shù)提供拉力測(cè)量功能，通過(guò)分辨率達(dá)0.1N的荷載傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)拉伸過(guò)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(jià)比較高的一款：具有4個(gè)瀝青樣品測(cè)試位，可以連接300N/500N的荷載傳感器，最大拉伸長(zhǎng)度1500mm，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行控制，軟件界面非常友好，操作簡(jiǎn)單，并在儀器中內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)延度試驗(yàn)和拉力延度的測(cè)試程序，可以直接使用。在配備了外置的低溫循環(huán)浴的情況下，還可以執(zhí)行低溫延度試驗(yàn)。
圖6
CONTROLS測(cè)力延度儀
圖7
CONTROLS測(cè)力延度儀測(cè)試的位移-拉力曲線
?T0673
T0673 SBS含量測(cè)定試驗(yàn)用于測(cè)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(shù)對(duì)瀝青組分進(jìn)行識(shí)別，是近年來(lái)飛速發(fā)展和快速普及的測(cè)試技術(shù)，在美國(guó)有AASHTO T302試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（測(cè)試聚合物改性瀝青中的SBR、SB和SBS含量），國(guó)內(nèi)有浙江省的地方規(guī)范DB 33/T 989-2015改性瀝青中SBS含量的測(cè)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(lèi)似于人的指紋），我們通常還使用這種方法用于在現(xiàn)場(chǎng)控制不同批次的瀝青是否摻假的質(zhì)量控制，美國(guó)SHRP 2.0 R06B報(bào)告：光譜學(xué)測(cè)試方法對(duì)建筑材料進(jìn)行指紋識(shí)別的應(yīng)用評(píng)估中也推薦了這種試驗(yàn)方法。據(jù)我們的了解和判斷，紅外光譜儀有大規(guī)模普及的趨勢(shì)，今后將是每個(gè)瀝青材料實(shí)驗(yàn)室的必備工具之一。
圖8
典型的瀝青紅外譜圖
目前在市場(chǎng)上應(yīng)用最多的紅外光譜儀主要有2個(gè)品牌，分別是美國(guó)賽默飛世爾科技集團(tuán)（Thermo Fisher）旗下的Nicolet iS5型紅外光譜儀；以及德國(guó)布魯克公司（Bruker）的ALPHA II型紅外光譜儀。這2個(gè)型號(hào)通過(guò)搭配專(zhuān)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）
?T0674
T0674 擺式儀測(cè)定瀝青黏結(jié)力試驗(yàn)參照歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 13588編寫(xiě)，主要目的用于測(cè)試瀝青的黏結(jié)力，這種黏結(jié)力主要指瀝青破壞過(guò)程時(shí)，內(nèi)部的撕裂。測(cè)試方法類(lèi)似于擺式儀測(cè)量路面抗滑性的原理，通過(guò)擺錘敲擊粘結(jié)了瀝青的試塊后停留的高度，來(lái)計(jì)算黏結(jié)力（J/cm2）。
?英國(guó)COOPER擺式瀝青黏結(jié)力測(cè)試儀
目前國(guó)內(nèi)使用的擺式瀝青黏結(jié)力測(cè)試儀基本都是英國(guó)COOPER公司生產(chǎn)，這些用戶包括：規(guī)范編寫(xiě)單位交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，以及北京建筑大學(xué)和山東高速建設(shè)材料有限公司。
圖11
Cooper擺式瀝青黏結(jié)力測(cè)試儀
?T0675
T0675 集料-瀝青黏附性試驗(yàn)（旋轉(zhuǎn)瓶法）參照歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 12697-11編寫(xiě)，主要用于測(cè)定集料和瀝青之間的粘附力以及其對(duì)組合剝離的敏感性影響，也可以用于測(cè)定水對(duì)集料和瀝青在含或不含黏附劑兩種情況下的影響。執(zhí)行該試驗(yàn)方法需要使用能夠同時(shí)旋轉(zhuǎn)不少于3個(gè)試驗(yàn)瓶的機(jī)器，以及試驗(yàn)瓶、天平、烘箱等實(shí)驗(yàn)室的常備器具。試驗(yàn)完成后的測(cè)試過(guò)程通過(guò)目測(cè)來(lái)觀察瀝青的附著程度，因此這是一個(gè)簡(jiǎn)單且主觀性較高的試驗(yàn)方法，通常適用于常規(guī)試驗(yàn)檢測(cè)，不適用于高耐磨性的集料。測(cè)試結(jié)果可以繪制成時(shí)間-瀝青裹覆率曲線。
圖12
旋轉(zhuǎn)時(shí)間-瀝青裹覆率曲線
?CONTROLS旋轉(zhuǎn)瓶試驗(yàn)儀
意大利CONTROLS公司生產(chǎn)的75-B0011/A旋轉(zhuǎn)瓶試驗(yàn)儀可以一次測(cè)試3個(gè)試驗(yàn)瓶，轉(zhuǎn)速最高可達(dá)80轉(zhuǎn)/分，設(shè)備小巧，簡(jiǎn)單易用。（值得說(shuō)明的是：這種旋轉(zhuǎn)瓶試驗(yàn)儀和稀漿封層混合料配伍性等級(jí)試驗(yàn)中的旋轉(zhuǎn)瓶試驗(yàn)儀是完全不同的）
圖13
75-B0011/A旋轉(zhuǎn)瓶試驗(yàn)儀
?T0676
T0676 橡膠瀝青旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)（Hakke黏度計(jì)法）是一種非?？焖?、簡(jiǎn)單的試驗(yàn)方法，可以在現(xiàn)場(chǎng)迅速測(cè)試橡膠瀝青的哈克黏度。這種測(cè)試設(shè)備主要由美國(guó)賽默飛世爾科技集團(tuán)旗下的Hakke生產(chǎn)線生產(chǎn)，型號(hào)為VISCOMETER 2PLUS，通過(guò)電池驅(qū)動(dòng)的電機(jī)進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速62.5轉(zhuǎn)/分，黏度測(cè)量范圍30mPa·s ~ 400,000mPa·s，LCD顯示屏可以直接讀取測(cè)試結(jié)果。檢測(cè)過(guò)程可以手持直接測(cè)量，也可以安裝在支架式內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。
?T0677/T0678
T0677 黏層油黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)（剪切法）和T0678 黏層油黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)（拉拔法）瀝青路面的層間黏結(jié)強(qiáng)度不足導(dǎo)致的路面損壞近年來(lái)成為業(yè)界比較關(guān)注的問(wèn)題（例如水平推移、擁包層間脫離及車(chē)轍等）。為了加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，在新規(guī)范編制的過(guò)程中，檢測(cè)瀝青路面層間黏結(jié)強(qiáng)度的成套方法還被寫(xiě)入了JTG E60-201X 公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程中，而該成套方法其中兩種可以在室內(nèi)執(zhí)行的試驗(yàn)方法寫(xiě)入了此版室內(nèi)材料的試驗(yàn)規(guī)程。該方法是參考?xì)W盟EN 12697-48層間黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法編寫(xiě)，在歐盟標(biāo)準(zhǔn)中有5大類(lèi)試驗(yàn)方法，其中方法D和E因?yàn)樾枰脑O(shè)備價(jià)值較高，制造復(fù)雜對(duì)精密度較高，不易普及。因此，我國(guó)在規(guī)范修訂的過(guò)程中選擇了其中3種比較簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行引進(jìn)。
室內(nèi)層間黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)的基本思想就是造成黏結(jié)層位置的破壞，導(dǎo)致破壞產(chǎn)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(yàn)方法。
剪切和拉拔試驗(yàn)設(shè)備
切和拉拔試驗(yàn)都是勻速加載試驗(yàn)（剪切為50±2mm/min，拉拔為10±2mm/min），測(cè)量值為荷載和位移，最大荷載不小于35kN。所以我們常規(guī)的路強(qiáng)儀、材料試驗(yàn)機(jī)或大量程的馬歇爾試驗(yàn)儀（能進(jìn)行拉伸）經(jīng)過(guò)改裝均可以完成這兩個(gè)試驗(yàn)。這種試驗(yàn)夾具比較經(jīng)濟(jì)的方式是在國(guó)內(nèi)加工制作獲取。
?T0679
T0679 瀝青中含磷量試驗(yàn)主要參考美國(guó)AASHTO TP78試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)，目的用于測(cè)試瀝青或?yàn)r青殘留物中是否含有多磷酸（PPA）。該試驗(yàn)方法是基于材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)會(huì)伴隨顏色改變的原理進(jìn)行測(cè)試，因此是一種定性分析方法，所需要的設(shè)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(xué)試劑等材料。
下期預(yù)告
本期小編跟大家分享了新版試驗(yàn)規(guī)程中瀝青試驗(yàn)內(nèi)容。下一期我們將詳細(xì)講解關(guān)于瀝青混合料試驗(yàn)的內(nèi)容，敬請(qǐng)期待！~
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