冻融劈裂抗拉强度检测
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发布时间:2025-05-31 17:20:16 更新时间:2025-05-30 17:20:16
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作者:中科光析科学技术研究所检测中心
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在寒冷地区或季节温差变化剧烈的环境中,道路工程中的沥青混合料面临着严峻的冻融循环挑战。冻融循环会导致水分渗入混合料内部孔隙,当温度降至冰点以下时,水分结冰膨胀,产生巨大的内部应力;温度回升冰融化后,水分又会进一步侵入,如此反复作用,极易导致沥青混合料结构松散、开裂、剥落,最终严重损害路面的使用性能和寿命。因此,科学准确地评估沥青混合料抵抗冻融循环破坏的能力至关重要。冻融劈裂抗拉强度检测正是针对这一关键性能指标的核心试验方法。该检测旨在模拟实际冻融环境条件,通过对比标准条件下和经过特定冻融循环处理后的沥青混合料试件的劈裂抗拉强度,计算其强度保留率(通常称为冻融劈裂强度比TSR),从而定量评价沥青混合料的水稳定性与抗冻融损伤能力。
冻融劈裂抗拉强度检测的核心项目是测定沥青混合料的劈裂抗拉强度及其在冻融循环作用后的变化。具体包括:
1. 标准劈裂抗拉强度 (ITS):在标准试验条件下(通常为25℃),未经历冻融循环的沥青混合料马歇尔试件或旋转压实成型的圆柱体试件所能承受的最大劈裂拉伸应力。
2. 冻融后劈裂抗拉强度 (ITSF&T):试件经过规定的真空饱水、冻结(通常-18℃)和融化(通常60℃水浴)循环过程后,在相同标准条件下测得的劈裂抗拉强度。
3. 冻融劈裂强度比 (TSR):核心评价指标,计算公式为:TSR = (ITSF&T / ITS) × 100%。该比值越高,表明混合料抵抗冻融循环破坏的能力越强,水稳定性越好。
进行冻融劈裂抗拉强度检测需要一系列精密的专用设备:
1. 试件成型设备:马歇尔击实仪或旋转压实仪,用于制备符合规定尺寸(通常直径101.6mm ± 0.2mm,高度63.5mm ± 1.3mm)和密实度的圆柱体试件。
2. 真空饱水装置:包括真空干燥器(或真空容器)、真空泵(能保持97.3kPa以上的真空度)、真空表等,用于使试件达到规定的饱和度(通常70%-80%)。
3. 低温环境箱(冷冻箱):温度可精确控制并稳定在-18℃ ± 2℃或规范要求的其他低温,用于试件的冻结过程。
4. 恒温水浴槽:温度可精确控制并稳定在60℃ ± 0.5℃(或其他规定温度,如25℃),用于试件的融化过程。
5. 力学试验机(压力机):具有环境箱(控温在25℃ ± 0.5℃)或能在恒温室内操作,量程足够(通常≥100kN),加载速率可精确控制(通常为50mm/min)。试验机应配备带半圆形压条的专用劈裂夹具。
6. 数据采集系统:与压力机相连,用于记录荷载-位移曲线,并自动计算劈裂抗拉强度。
7. 其他辅助工具:恒温烘箱(用于干燥试件或融化后短暂保温)、游标卡尺(测量试件尺寸)、天平(称量试件质量变化)、温度计等。
冻融劈裂抗拉强度检测需严格按照标准规定的流程进行,主要步骤包括:
1. 试件制备与分组:按规范要求成型规定数量的沥青混合料圆柱体试件。将试件随机分为数量相等的两组:对照组(A组)和冻融试验组(B组)。
2. 真空饱水 (B组):将B组试件放入真空干燥器中,注入25℃±0.5℃的蒸馏水或去离子水至高出试件顶面至少25mm。抽真空至97.3kPa以上,保持15min±2min。然后缓慢释放真空,让试件在恢复常压的水中浸泡30min±5min。
3. 饱水后处理 (B组):取出试件,用湿毛巾擦去表面水分,立即称重(计算饱水率)。然后将其放入塑料袋中,加入约10mL水,封口(或置于盛有水的容器中)。
4. 冻融循环 (B组):将装有B组试件的塑料袋(或容器)放入已恒温在-18℃±2℃的冷冻箱中,冷冻至少16小时(如过夜)。之后,迅速将试件连同袋子一起移入60℃±0.5℃的恒温水浴槽中,水浴融化24小时±1小时。
5. 对照组处理 (A组):在B组进行冻融循环期间,A组试件应放置在室温(或25℃恒温室)下塑料袋中保存(可加少量水封存)。
6. 恒温 (所有试件):在劈裂试验开始前,将所有试件(A组和B组)放入25℃±0.5℃的恒温水浴槽中至少2小时,或在25℃恒温室内保温不少于2小时。
7. 劈裂试验:将恒温后的试件从水浴(或恒温室)中取出,迅速擦干表面水分。将试件置于压力机劈裂夹具的上下压条之间(压条平行对齐)。以恒定加载速率(通常50mm/min)对试件施加荷载直至破坏。记录破坏时的最大荷载P。
8. 数据计算: * 计算单个试件的劈裂抗拉强度 (ITS):ITS = 2P / (π * t * D) (单位:MPa)。其中:P为最大荷载(N),t为试件高度(mm),D为试件直径(mm)。 * 分别计算A组(标准组)和B组(冻融组)所有试件ITS的平均值(ITSA, ITSB)。 * 计算冻融劈裂强度比TSR:TSR = (ITSB / ITSA) × 100%。
冻融劈裂抗拉强度检测必须遵循国家或行业颁布的权威技术规范,常用标准包括:
1. 中国: * JTG E20-2011 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》:标准试验方法T 0729-2000 “沥青混合料冻融劈裂试验”。 * GB/T 35160.1-2017 《合成石材试验方法 第1部分:密度、吸水率、弯曲强度、压缩强度、冻融循环后压缩强度变化的测定》(虽针对合成石材,但其冻融循环方法可参考)。
2. 美国: * AASHTO T 283: “Resistance of Compacted Asphalt Mixtures to Moisture-Induced Damage”(压实的沥青混合料抗水损害能力)。这是北美最广泛采用的冻融劈裂相关标准。 * ASTM D4867 / D4867M: “Standard Test Method for Effect of Moisture on Asphalt Concrete Paving Mixtures”(水分对沥青混凝土铺面混合料影响的试验方法)。
3. 欧洲及其他地区: * EN 12697-12: “Bituminous mixtures - Test methods - Part 12: Determination of the water sensitivity of bituminous specimens”(沥青混合料 试验方法 第12部分:沥青试件水敏感性测定)。其中方法B为冻融循环劈裂试验。
这些标准详细规定了试验条件(试件尺寸、成型方法、真空度、冷冻温度/时间、融化温度/时间、试验温度、加载速率等)、数据处理方法和结果判定准则(如中国规范通常要求TSR ≥ 80%作为合格标准之一)。实验室进行检测时必须严格遵循所选用标准的具体条款,以确保试验结果的准确性、可比性和对工程实际的指导意义。
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
证书编号:ISO9001-2024001
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