CN101526519B - 粗集料压碎后沥青混合料低温抗裂性能的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粗集料压碎后沥青混合料低温抗裂性能的测试方法，要解决的技术问题是用以评价粗集料压碎前、后沥青混合料性能的差异性。本发明的测试方法包括：从沥青路面施工现场抽取4～6个芯样，测定芯样毛体积相对密度，加载速率进行劈裂试验，得到各试样的劈裂强度；抽取与施工现场同批次、同类型的混合料，在烘箱中加热至现场摊铺温度后，成型4～6个试件，取芯切割成与现场芯样等尺寸的圆柱体室内试件，加载速率进行劈裂试验，得到试样的劈裂强度；求出现场与室内劈裂强度比。本发明与现有技术相比，测试了施工过程中，混合料中的粗集料被压碎前、后沥青混合料低温抗裂性能差异性，解决了粗集料压碎前、后沥青混合料性能的差异性评价问题。

Description

粗集料压碎后沥青混合料低温抗裂性能的测试方法

技术领域

本发明涉及一种公路工程筑路材料性能的测试方法，特别是一种由于原材料选择或施工工艺导致粗集料压碎后沥青混合料低温抗裂性能的测试方法。

背景技术

现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）、《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）、《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80-2004）等相关技术规范（规程）均未涉及施工中粗集料压碎后沥青混合料性能的评价方法。然而，粗集料压碎后，沥青混合料的性能发生了重大改变，严重影响了沥青混合料性能和使用品质，因此对沥青混合料的测试提出了新的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种粗集料压碎后沥青混合料低温抗裂性能的测试方法，要解决的技术问题是用以评价粗集料压碎前、后沥青混合料性能的差异性。

本发明采用以下技术方案：一种沥青混合料性能的测试方法，包括以下步骤：一、从沥青路面施工现场抽取4～6个摊铺和碾压完毕的圆柱体芯样，测定芯样的毛体积相对密度，测定芯样60℃马歇尔稳定度MS；二、从拌和楼抽取与施工现场同批次、同类型的沥青混合料，在烘箱中加热至现场摊铺温度后，按现场试样的平均相对密度，成型4～6个试件，室温下放置2h后，取芯切割成与现场芯样等尺寸的圆柱体室内试件，测定室内试件60℃马歇尔稳定度MS′；三、计算求出现场与室内马歇尔稳定度比率

本发明的方法从沥青路面施工现场随机抽取4～6个摊铺和碾压完毕的圆柱体芯样，为从下面层、中面层或上面层抽取。

本发明的方法测定芯样的毛体积相对密度时，测定直径和高度。

一种沥青混合料性能的测试方法，包括以下步骤：一、从沥青路面施工现场抽取8～12个摊铺和碾压完毕的圆柱体芯样，将试样随机分成2组，每组4～6个，将第一组试样置于平台上，在室温下保存备用；二、将第二组试样在98.3kPa～98.7kPa真空条件下饱水15min，常压水中放置0.5h，取出试样放入塑料袋中，加入10mL的水，扎紧袋口，将试样放入恒温冰箱中冷冻15h～17h，保持温度为-18℃，将试样取出后，立即放入60℃±0.5℃的恒温水槽中，拆去塑料袋，保温24h；三、再将第一组和第二组试样全部浸入温度为25℃±0.5℃的恒温水槽中大于2h；四、取出试样立即用50mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到试验的最大荷载P，分别求出2组各试样的劈裂强度：

五、求出冻融劈裂强度比

本发明的方法从沥青路面施工现场随机抽取8～12个摊铺和碾压完毕的圆柱体芯样，为从下面层、中面层或上面层抽取。

本发明的方法从沥青路面施工现场抽取8～12个摊铺和碾压完毕的圆柱体芯样时，测定直径和高度。

一种沥青混合料性能的测试方法，包括以下步骤：一、从沥青路面施工现场抽取4～6个芯样，测定芯样毛体积相对密度，温度为-10℃±0.5℃，用1mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到各试样的劈裂强度R_T1；二、从拌和楼抽取与施工现场同批次、同类型的混合料，在烘箱中加热至现场摊铺温度后，按现场试样相对密度的均值，成型4～6个试件，室温下放置2h后，取芯切割成与现场芯样等尺寸的圆柱体室内试件，温度为-10℃±0.5℃，用1mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到试样的劈裂强度R_T2；三、求出现场与室内劈裂强度比 $K=\frac{R_{T1}}{R_{T2}}\·100.$

本发明的方法从沥青路面施工现场随机抽取4～6个摊铺和碾压完毕的圆柱体芯样，为从下面层、中面层或上面层抽取。

本发明的方法测定芯样的毛体积相对密度时，测定直径和高度。

一种沥青混合料性能的测试方法，包括以下步骤：一、在沥青路面施工现场，从摊铺机螺旋布料器中随机抽取1.5kg～2kg沥青混合料，从混合料中分离出沥青，得到分离出沥青后的混合矿料；二、对分离出沥青后的混合矿料进行筛分，测定公称最大粒径筛孔通过率P_max，％，4.75mm筛孔通过率P_4.75，％，2.36mm筛孔通过率P_2.36，％，0.075mm筛孔通过率P_0.075，％；三、在施工现场同一位置，切割50cm×50cm面积的摊铺碾压后的沥青混合料，放置微波炉中加热10min～15min，从中部抽取1.5kg～2kg混合料，分离出沥青，得到分离出沥青后的现场混合矿料；四、分离出沥青后的现场混合矿料进行筛分，测定公称最大粒径筛孔通过率P′_max，％，4.75mm筛孔通过率P′_4.75，％，2.36mm筛孔通过率P′_2.36，％，筛孔通过率P′_0.075，％；五、分别计算混合料中粗集料被压碎后，混合矿料中公称最大粒径、4.75mm、2.36mm、0.075mm关键筛孔通过率的变异率（％）： $K_{\max }=\frac{P_{\max }^{\′}}{P_{\max }}\·100;$ $K_{4.75}=\frac{P_{4.75}^{\′}}{P_{4.75}}\·100,$ $K_{2.36}=\frac{P_{2.36}^{\′}}{P_{2.36}}\·100,$ $K_{0.075}=\frac{P_{0.075}^{\′}}{P_{0.075}}\·100.$

本发明与现有技术相比，测试了施工过程中，混合料中的粗集料被压碎前、后沥青混合料级配、高温抗变形性能、水稳定性和低温抗裂性能的差异性，解决了粗集料压碎前、后沥青混合料性能的差异性评价问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的沥青混合料性能的评价方法，包括对粗集料压碎后沥青混合料级配变异性、高温抗变形性能、水稳定性、低温性能进行测试。用粗集料压碎前、后混合料关键筛孔通过率的比率表示级配的变异性；用现场与室内马歇尔稳定度比率表示粗集料压碎前、后混合料高温性能的差异性；用现场芯样的冻融劈裂强度比表示粗集料压碎前、后混合料水稳定的差异性；用现场与室内劈裂强度比表示粗集料压碎前、后混合料低温性能的差异性。

粗集料压碎后沥青混合料级配变异性的测试方法，包括以下步骤：

一、在沥青路面施工现场，从摊铺机螺旋布料器中随机抽取1.5kg～2kg沥青混合料，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0722-1993试验方法从混合料中分离出沥青，得到分离出沥青后的混合矿料；

二、按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0725-2000试验方法对分离出沥青后的混合矿料进行筛分，测定公称最大粒径筛孔通过率P_max，％，4.75mm筛孔通过率P_4.75，％，2.36mm筛孔通过率P_2.36，％，0.075mm筛孔通过率P_0.075，％；

三、在施工现场同一位置，切割50cm×50cm面积的摊铺碾压后的沥青混合料，放置微波炉中加热10min～15min，至混合料松散后，从中部抽取1.5kg～2kg混合料，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0722-1993试验方法从混合料中分离出沥青，得到分离出沥青后的现场混合矿料；

四、按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0725-2000试验方法对分离出沥青后的现场混合矿料进行筛分，测定公称最大粒径筛孔通过率P′_max，％，4.75mm筛孔通过率P′_4.75，％，2.36mm筛孔通过率P′_2.36，％，筛孔通过率P′_0.075，％；

五、按以下公式分别计算混合料中粗集料被压碎后，混合矿料中公称最大粒径、4.75mm、2.36mm、0.075mm关键筛孔通过率的变异率（％）：

$K_{4.75}=\frac{P_{4.75}^{\′}}{P_{4.75}}\·100,$ $K_{2.36}=\frac{P_{2.36}^{\′}}{P_{2.36}}\·100,$ $K_{0.075}=\frac{P_{0.075}^{\′}}{P_{0.075}}\·100.$

粗集料压碎后沥青混合料高温抗变形性能的测试方法，包括以下步骤：

一、从沥青路面施工现场随机抽取4～6个摊铺和碾压完毕的下面层、中面层或上面层的圆柱体芯样，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）T0705-2000试验方法测定芯样的直径、高度和毛体积相对密度，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0709-2000试验方法测定芯样60℃马歇尔稳定度MS，kN；

二、从拌和楼抽取与施工现场同批次、同类型的沥青混合料，在烘箱中加热至现场摊铺温度后，按现场试样的平均相对密度，用美国产4140-B型旋转压实仪成型4～6个试件，室温下放置2h后，取芯切割成与现场芯样等尺寸的圆柱体室内试件，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0709-2000试验方法测定室内试件芯样60℃马歇尔稳定度MS′，kN；

三、计算求出现场与室内马歇尔稳定度比率以K值的大小来说明粗集料压碎后沥青混合料高温抗变形性能，K值小说明粗集料压碎后对混合料高温性能的影响大，K值大说明粗集料压碎后对混合料高温性能的影响小，从而对集料压碎后沥青混合料高温抗变形性能有一个定量的描述；由于芯样高度、直径与《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0709-2000试验方法不同，因此，在试验结果中必须注明芯样高度、直径。

粗集料压碎后沥青混合料水稳定性的测试方法，包括以下步骤：

一、从沥青路面施工现场随机抽取8～12个摊铺和碾压完毕的下面层、中面层或上面层的圆柱体芯样，测定试样的直径D、高度h，将试样随机分成2组，每组4～6个，将第一组试样置于平台上，在室温下保存备用；

二、将第二组试样按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0717-1993试验方法，在98.3kPa～98.7kPa真空条件下饱水15min，打开阀门，恢复常压，试样在水中放置0.5h，取出试样放入塑料袋中，加入10mL的水，扎紧袋口，将试样放入恒温冰箱中冷冻15h～17h，保持温度为-18℃，将试样取出后，立即放入60℃±0.5℃的恒温水槽中，拆去塑料袋，保温24h；

三、将第一组和第二组试样全部浸入温度为25℃±0.5℃的恒温水槽中大于2h；

四、取出试样立即按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0716-1993试验方法，用50mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到试验的最大荷载P，按下式分别求出2组各试样的劈裂强度：

${\mathrm{\σ}}_1=\frac{{2P}_1}{\mathrm{\π}{h}_1{D}_1}$

${\mathrm{\σ}}_2=\frac{{2P}_2}{\mathrm{\π}{h}_2{D}_2}$

式中，σ₁为未进行冻融循环的第一组试样的劈裂强度，MPa；P₁为第一组试样的试验荷载的最大值，MPa；h₁为第一组试样的高度，mm；D₁为第一组试样的直径，mm。σ₂为经受冻融循环的第二组试样的劈裂强度，MPa；P₂为第二组试样的试验荷载的最大值，MPa；h₂为第二组试样的高度，mm；D₂为第二组试样的直径，mm；

五、求出冻融劈裂强度比

以TSR值的大小来说明粗集料压碎后沥青混合料水稳定性，TSR值大说明说明粗集料压碎后对混合料水稳定性的影响小，TSR值小说明说明粗集料压碎后对混合料水稳定性的影响大，从而对粗集料压碎后沥青混合料水稳定性给出定量的描述。

粗集料压碎后沥青混合料低温性能的测试方法，包括以下步骤：

一、从沥青路面施工现场随机抽取4～6个下面层、中面层或上面层的芯样，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0705-2000试验方法测定芯样的直径、高度和毛体积相对密度，再按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0716-1993试验方法，试验温度为-10℃±0.5℃，用1mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到各试样的劈裂强度R_T1；

二、从拌和楼抽取与施工现场同批次、同类型的混合料，在烘箱中加热至现场摊铺温度后，按现场试样相对密度的均值，用美国产4140-B型旋转压实仪成型4～6个试件，室温下放置2h后，取芯切割成与现场芯样等尺寸的圆柱体室内试件，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0716-1993试验方法，试验温度为-10℃±0.5℃，用1mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到试样的劈裂强度R_T2；

三、求出现场与室内劈裂强度比

以K值的大小来说明粗集料压碎后沥青混合料低温性能，K值大说明粗集料压碎后对沥青混合料低温性能的影响小，K值小说明粗集料压碎后对沥青混合料低温性能的影响大，从而对粗集料压碎后沥青混合料低温性能有一个定量的描述；由于芯样高度、直径与《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0716-1993试验方法不同，因此，在试验结果中必须注明芯样高度、直径。

实施例1，粗集料压碎后沥青混合料级配变异性的测试

一、某高速公路中面层采用了AC-20C型沥青混合料，石灰岩粗集料的压碎值为24％，针片状颗粒的含量为16％，均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表4.8.2对沥青混合料用粗集料质量技术要求，接近允许范围的上限；

二、在施工现场，从摊铺机螺旋布料器中随机抽取了2kg混合料，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0722-1993试验方法从混合料中分离出沥青；

三、按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0725-2000试验方法对分离出沥青后的混合矿料进行筛分，测定公称最大粒径筛孔通过率P_max，％，4.75mm筛孔通过率P_4.75，％，2.36mm筛孔通过率P_2.36，％；0.075mm筛孔通过率P_0.075，％，试验结果见表1；

四、在施工现场同一位置，切割了50cm×50cm面积的摊铺碾压后的沥青混合料，放置微波炉中加热了10min，至沥青混合料松散后，从中部抽取了2kg混合料，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0722-1993试验方法从沥青混合料中分离出沥青；

五、按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0725-2000试验方法对分离出沥青后的现场混合矿料进行筛分，测定公称最大粒径筛孔通过率P′_max，／％，4.75mm筛孔通过率P′_4.75，％，2.36mm筛孔通过率P′_2.36，％，筛孔通过率P′_0.075，％，试验结果见表1；

六、按以下公式分别计算混合料中粗集料被压碎后，混合矿料中公称最大粒径、4.75mm、2.36mm、0.075mm等关键筛孔通过率的变异率（％）： $K_{\max }=\frac{P_{\max }^{\′}}{P_{\max }}\·100,$ $K_{4.75}=\frac{P_{4.75}^{\′}}{P_{4.75}}\·100,$ $K_{2.36}=\frac{P_{2.36}^{\′}}{P_{2.36}}\·100,$ $K_{0.075}=\frac{P_{0.075}^{\′}}{P_{0.075}}\·100,$ 计算结果见表1。由表1可见，沥青混合料经摊铺、碾压后，混合矿料各关键筛孔的通过率均有所增加，变化最大的是4.75mm筛孔，该筛孔通过率增加了6.7%，说明原粒径大于4.75mm的粗集料颗粒经过摊铺、碾压后质量比减少了6.7%。换言之，虽然该工程所使用的石灰岩粗集料能够满足规范的质量技术要求，但是，仍有占混合矿料总质量的6.7%的粗集料在施工过程中被压碎。

实施例2，粗集料压碎后沥青混合料高温抗变形性能测试

一、与实例1相同的某高速公路中面层采用了AC-20C型沥青混合料，石灰岩粗集料的压碎值为24％，针片状颗粒的含量为16％，均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表4.8.2对沥青混合料用粗集料质量技术要求，接近允许范围的上限；

二、在施工现场，随机抽取6个芯样，首先，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0705-2000试验方法测定了芯样的直径、高度和毛体积相对密度，试验结果见表1，然后，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0709-2000试验方法测定芯样60℃马歇尔稳定度MS，试验结果见表3；

三、从拌和楼抽取与施工现场同批次、同类型的混合料，在烘箱中加热至现场摊铺温度后，按现场试样相对密度的均值，用旋转压实仪成型了6个试件，室温下放置2h后，取芯切割成与现场芯样等尺寸的圆柱体试件，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0709-2000试验方法测定了芯样60℃马歇尔稳定度MS′，试验结果见表2；

四、求的现场与室内马歇尔稳定度比率

结果见表2。试验结果表明，施工中粗集料被压碎后，混合料马歇尔稳定度降低了32.4%，说明粗集料压碎后对混合料高温抗变形性能产生显著影响；

实施例3，粗集料压碎后沥青混合料水稳定性测试

一、与实例1相同的某高速公路中面层采用了AC-20C型沥青混合料，石灰岩粗集料的压碎值为24％，针片状颗粒的含量为16％，均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表4.8.2对沥青混合料用粗集料质量技术要求，接近允许范围的上限；

二、在施工现场，随机抽取了12个中面层芯样，测定了试样的直径D、高度h，试验结果见表3，将试样随机分成2组，每组6个，将第一组试样置于平台上，在室温下保存备用；

三、将第二组试样按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0717-1993试验方法，在98.3kPa～98.7kPa真空条件下饱水15min，打开阀门，恢复常压，试样在水中放置0.5h。取出试样放入塑料袋中，加入10mL的水，扎紧袋口，将试样放入恒温冰箱中冷冻，保持温度为-18℃，15h～17h。将试样取出后，立即放入60℃±0.5℃的恒温水槽中，拆去塑料袋，保温24h；

四、将第一组和第二组试样全部浸入温度为25℃±0.5℃的恒温水槽中2h；

五、取出试样立即按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0716-1993试验方法，用50mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到试验的最大荷载P；

六、按下式分别求出2组试样的劈裂强度：

${\mathrm{\σ}}_1=\frac{{2P}_1}{\mathrm{\π}{h}_1{D}_1}$

${\mathrm{\σ}}_2=\frac{{2P}_2}{\mathrm{\π}{h}_2{D}_2}$

式中，σ₁为未进行冻融循环的第一组试样的劈裂强度，MPa；P₁为第一组试样的试验荷载的最大值，MPa；h₁为第一组试样的高度，mm；D₁为第一组试样的直径，mm。σ₂为经受冻融循环的第二组试样的劈裂强度，MPa；P₂为第二组试样的试验荷载的最大值，MPa；h₂为第二组试样的高度，mm；D₂为第二组试样的直径，mm；

七、求出冻融劈裂强度比

试验结果见表3，试验结果表明，施工中粗集料被压碎后，混合料经受冻融循环后，劈裂强度降低了25.5%，说明粗集料压碎后对混合料的水稳定的影响较大。

实施例4，粗集料压碎后沥青混合料低温性能测试

一、与实例1相同的某高速公路中面层采用了AC-20C型沥青混合料，石灰岩粗集料的压碎值为24％，针片状颗粒的含量为16％，均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表4.8.2对沥青混合料用粗集料质量技术要求，接近允许范围的上限；

二、在施工现场，随机抽取了6个芯样，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0705-2000试验方法测定芯样的直径、高度和毛体积相对密度，试验结果见表3，然后，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0716-1993试验方法，试验温度为-10℃±0.5℃，用1mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到试样的劈裂强度R_T1，试验结果见表4；

三、从拌和楼抽取与施工现场同批次、同类型的混合料，在烘箱中加热至现场摊铺温度后，按现场芯样相对密度的均值，用旋转压实仪成型6个试件，室温下放置2h后，取芯切割成与现场芯样等尺寸的圆柱体试件，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）T0716-1993试验方法，试验温度为-10℃±0.5℃，用1mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到试样的劈裂强度R_T2；

四、求得现场与室内劈裂强度比试验结果见表4，试验结果表明，施工中粗集料被压碎后，混合料-10℃的劈裂强度降低了22.8%，说明粗集料压碎后对混合料低温抗裂性能产生明显影响。

表1粗集料压碎前、后混合矿料关键筛孔通过率检测结果（％）

Pmax	97.6	P4.75	31.5	P2.36	26.1	P0.075	5.1
								P′max	99.8	P′4.75	38.2	P′2.36	30.2	P′0.075	5.2
Kmax	102.3	K4.75	121.3	K2.36	115.7	K0.075	102.0

表2现场和室内芯样60℃的马歇尔稳定度试验结果

表3现场芯样冻融劈裂试验结果

表4现场和室内芯样-10℃的劈裂试验结果

Claims (3)

1.一种粗集料压碎后沥青混合料低温抗裂性能的测试方法，包括以下步骤：一、从沥青路面施工现场抽取4～6个芯样，测定芯样毛体积相对密度，温度为-10℃±0.5℃，用1mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到各试样的劈裂强度R_T1；二、从拌和楼抽取与施工现场同批次、同类型的混合料，在烘箱中加热至现场摊铺温度后，按现场试样相对密度的均值，成型4～6个试件，室温下放置2h后，取芯切割成与现场芯样等尺寸的圆柱体室内试件，温度为-10℃±0.5℃，用1mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到试样的劈裂强度R_T2；三、求出现场与室内劈裂强度比

2.根据权利要求1所述的粗集料压碎后沥青混合料低温抗裂性能的测试方法，其特征在于：所述从沥青路面施工现场随机抽取4～6个摊铺和碾压完毕的圆柱体芯样，为从下面层、中面层或上面层抽取。

3.根据权利要求2所述的粗集料压碎后沥青混合料低温抗裂性能的测试方法，其特征在于：所述测定芯样的毛体积相对密度时，测定直径和高度。