沥青混合料粘弹性的一些常见试验方法

一、动态剪切流变试验（DSR）

1. 试验设备

   DSR仪器主要由加载系统、测量系统和温控系统组成。加载系统能够对试件施加正弦交变的剪切应力，测量系统精确测量试件产生的应变响应，温控系统则确保试验在设定的温度下进行。

2. 试件准备

   沥青结合料试件：

   首先将沥青样品加热到合适的温度范围，一般为135 - 150°C。加热过程需均匀，避免局部过热导致沥青老化。

   将加热后的沥青倒入经过预热的平行板模具中，模具的直径通常为25mm，控制沥青厚度约为1 - 2mm。在倒入沥青时要尽量避免气泡的混入，可以采用轻微振动模具的方式使沥青均匀分布。

   将装有沥青的模具放入恒温箱中冷却至室温，使沥青固化成型。

   沥青混合料试件：

   采用合适的成型方法（如马歇尔击实法或旋转压实法）制备沥青混合料试件。例如，马歇尔击实法需按照规定的击实次数（如双面击实75次）将混合料制成直径为101.6mm、高度为63.5mm的圆柱形试件。

   从成型的沥青混合料试件中钻芯取样，得到直径为25mm左右的圆柱形试件。取样过程要确保试件的完整性，避免出现裂缝或破损。

3. 试验过程

   将制备好的试件安装在DSR仪器的平行板之间，设置试验温度，如46°C、52°C、58°C等高温条件，以评估沥青混合料的高温性能。

   设定加载频率，通常为10rad/s。加载系统对试件施加正弦交变剪切应力，测量系统同时记录试件的应变响应。

   在试验过程中，仪器会自动采集数据，包括复数剪切模量 G^* 和相位角 Δ 。试验持续一定时间，以确保数据的稳定性和准确性。

4. 数据分析

   根据采集的数据计算复数剪切模量 G^*=sqrt(G'^2+G''^2) ，其中 G' 为储能模量， G'' 为损耗模量。相位角 Δ=arctan(G''/G') 。

   车辙因子 G^*/sinΔ 是评价沥青混合料高温性能的重要指标。车辙因子越大，表明材料抵抗永久变形（如车辙）的能力越强。

二、弯曲梁流变试验（BBR）

1. 试验设备

   BBR仪器由加载装置、温度控制系统、位移测量系统等组成。加载装置能够对试件施加恒定的荷载，温度控制系统精确控制试验温度，位移测量系统测量试件跨中的挠度变化。

2. 试件准备

   将沥青加热到135 - 150°C后倒入特定的弯曲梁模具中，模具尺寸为127mm×12.7mm×6.35mm。确保沥青在模具中均匀分布，避免气泡存在。冷却至室温后，取出成型的沥青小梁试件。

3. 试验过程

   将试件放置在BBR仪器的试验台上，设定试验温度，通常为 - 12°C、 - 18°C、 - 24°C等低温环境。

   对试件施加一个恒定的荷载（如980mN），测量试件跨中挠度随时间的变化。试验持续时间较长，一般为240s或更长，以获取足够的挠度 - 时间数据。

4. 数据分析

   根据挠度 - 时间曲线，按照粘弹性理论计算沥青的劲度模量 S(t) 和 m 值。劲度模量 S(t) 反映了材料在某一时刻抵抗变形的能力， m 值体现了材料的松弛特性。 m 值越大，沥青在低温下应力松弛能力越强，抗裂性能越好。

三、直接拉伸试验（DTT）

1. 试验设备

   DTT设备包括拉伸加载系统、应变测量系统和试件夹具等部分。拉伸加载系统能够对试件施加轴向拉伸荷载，应变测量系统精确测量试件的拉伸应变，试件夹具用于固定试件，确保荷载均匀施加。

2. 试件准备

   沥青结合料试件：

   使用特制的拉伸模具制备试件。将沥青加热后倒入模具，控制试件的形状和尺寸，如制成哑铃形或其他适合拉伸的形状，确保试件表面光滑，无缺陷。

   沥青混合料试件：

   先通过常规方法（如马歇尔击实或旋转压实）成型较大尺寸的沥青混合料试件。然后对成型试件进行切割、打磨等加工处理，制成狗骨形等适合拉伸试验的试件形状。在加工过程中，要注意保持试件尺寸的精度和表面的平整度。

3. 试验过程

   将制备好的试件安装在DTT设备的夹具上，设定拉伸加载速度。加载速度通常较慢，例如0.5 - 1mm/min，以充分体现材料的粘弹性特性。

   启动拉伸加载系统，对试件施加轴向拉伸荷载，同时应变测量系统记录试件的拉伸应变，直至试件破坏。

4. 数据分析

   根据拉伸应力 - 拉伸应变曲线，可以得到材料的拉伸强度、极限拉伸应变等参数。这些参数反映了沥青混合料在拉伸荷载作用下的抗裂性能。

四、重复加载试验（RLT）

1. 试验设备

   RLT设备由轴向加载系统、荷载传感器、位移传感器和控制系统等组成。轴向加载系统能够对试件施加重复的轴向压缩或剪切荷载，荷载传感器测量施加的荷载大小，位移传感器测量试件的变形情况，控制系统用于设定试验参数和采集数据。

2. 试件准备

   采用与实际路面结构相似的压实方法制备试件。例如静压法，将沥青混合料放入模具中，在压力机上施加一定的静压力（如根据混合料类型和设计要求确定压力大小），制成圆柱形或棱柱形试件，试件尺寸根据试验设备要求而定，如直径为100mm、高度为150mm的圆柱形试件。

   也可以采用振动压实法制备试件，在静压的基础上施加振动，使混合料更加密实。

3. 试验过程

   将试件安装在RLT设备上，设定试验参数。这些参数包括加载应力水平（如模拟不同交通荷载，从轻载到重载设定不同的应力值）、加载频率（如1 - 10Hz，根据实际车辆行驶速度确定）和加载次数（从几百次到上万次不等）。

   启动加载系统，对试件施加重复荷载，同时通过荷载传感器和位移传感器采集每次加载过程中的应力 - 应变数据，记录试件的累积永久变形、弹性恢复等特性。

4. 数据分析

   通过分析累积永久变形和弹性恢复数据，可以评估沥青混合料的疲劳性能和抗永久变形能力。例如，累积永久变形越小，弹性恢复率越高，表明材料的抗永久变形能力和疲劳性能越好。