第三章公路工程沥青路面试验

第三章公路工程沥青路面试验第一节沥青结合料试验检测沥青作为粘结矿质集料的结合料，当满足一定的技术性质时才可以用于道路路面工程。在使用前，对其进行一定的性质试验检测，如针入度试验、延度试验、软化点试验、粘度试验、密度试验、溶解度试验、含蜡量试验、热老化试验等等。一、针入度试验针入度试验是一种用于量测沥青胶结料稠度的经验性试验。通常在25℃温度测针入度，该温度大约为热拌沥青混凝土路面的平均服务温度。虽然粘度是最好的量测形式，但现在是在该温度量测以粘度为依据的沥青结合料稠度的简单方法。针入度指数PI用来描述沥青的温度敏感性，宜在15℃、25℃、30℃等3个或3个以上的温度条件下，测定针入度后，按规定的计算方法得到。如果30℃的针入度值过大，可采用5℃代替。当量软化点T800是相当于沥青针入度为800时的温度，用以评价沥青的高温稳定性。当量脆点T1．2是相当于沥青针入度为1．2时的温度，用以评价沥青的低温抗裂性能。1．试验方法在试验前，将试样放入盛样皿，试样高度应超过预计针入度值10mm，并盖上盛样皿，以防落入灰尘。将盛有沥青试样的盛样皿在室温中（15℃～30℃）冷却一段规定的时间后，移入保持规定试样温度0．1℃的恒温水浴中一段时间。将沥青胶结料容器置入温控水浴，达到标准试验温度（通常25℃），试样表面以上的水层深度不少于10mm。将试样置于规定质量规定尺寸的试针之下，将试样皿放置在针入度仪的平台上，慢慢放下针连杆，用适当位置的反光镜或灯光反射观察，使针尖刚好与试样表面接触。拉下刻度盘的拉杆，使与针连杆顶端轻轻接触，调节刻度盘或深度（—1591—）指示器的指标指示为0。开动秒表，在指针正指5s的瞬间，用手紧压按钮，使标准针自动下落贯入试样，经规定时间，停压按钮，使针停止移动。当采用自动针入度仪时，计时与标准针落下试样同时开始，至5s时自动停止。拉下刻度盘拉杆与针连杆顶端接触，读取刻度盘指针或深度指示器的读数，精确至0．5。沥青针入度试验（下图）同一试样平行试验至少3次，各个测试点之间及与盛样皿边缘的距离不应少于10mm。每次试验后，应将盛有盛样皿的平底玻璃皿放入恒温水浴，使玻璃皿中水温保持试验温度。每次试验应换一根干净的标准针或将标准针取下，用蘸有三氯乙烯溶剂的棉花或布擦净，再用干棉花或布擦干。测定针入度大于200的沥青试样时，至少用3支标准针，每次试验后将针留在试样中，直至3次平行试验完成后，才能将标准针取出。贯入深度量测到0．1mm单位，并报告为针入度单位。例如，如果试针贯入8mm，则沥青胶结料针入度为80。2．注意事项试验中必须注意的事项如下：（1）试验的精密度和允许差规定是非常重要的项目，本法对精度的规定尽量按国际上通行的采用重复性和再现性的表示方法。重复性试验是指短期内，在同一试验室由同一个试验人员、采用同一仪器、对同一试样、完成两次以上的试验操作，所得试验结果之间的误差应不超过规定的允许差；再现性试验是指在两个以上不同的试验室，由各自的试验人员采用各自的仪器，按相同的试验方法对同一试样分别完成试验操作，所得的试验结果之间的误差亦不应超规定的允许差。但一个样品某次试验结果的获得是同时进行几次试验（如针入度同时扎三针），通常以几次平行试验的平均值作为试验结果。试验方法一般均规定几次试验结果的允许误差，它并不属于重复性试验。这里平行试验的允许差是检验这一次试验的精确度，是对试验方法本身的要求。重复性和再现性试验的（—1592—）允许值与作为一次试验取2～3个平行试验的差值含义不同，它是多次试验的结果，即平均值之间的允许差，故要求更为严格。重复性和再现性试验只有在需要时（如仲裁试验）才做。重复性试验往往是对试验人员的操作水平、取样代表性的检验，再现性则同时检验仪器设备的性能，通过这两种试验检验试验结果的法定效果，如试验结果不符合精确度要求时，试验结果即属无效。（2）针入度试验属于条件性试验，因此试验时要注意其条件。针入度的条件有三项，分别为温度、时间和针质量，这三项要求不一样，会严重影响结果的正确性。试验时要定期检验标准针，尤其不能使用针尖被损的标准针，在每次试验时，均应用三氯乙烯擦试标准针。同时要严格控制温度，使其满足精度要求。（3）影响沥青针入度测定值的一个非常重要的步骤就是标准针与试样表面的接触情况。在试验时，一定要让标准针刚接触试样表面；试验时可将针入度仪置于光线照射处，从试样表面观察标准针的倒影，而后调节标准针升降，使标准针与其倒影刚好接触即可。（4）将沥青试样注入试皿时，不应留有气泡。若有气泡，可用明火将其消掉，以免影响结果的正确性。3．计算方法由沥青的针入度试验，可以计算出沥青的针入度指数PI、沥青的当量软化点T800和沥青的当量脆点T1．2等参数。沥青的针入度指数PI按下列步骤确定：（1）由三个以上温度的针入度值按下式求取针入度温度指数Alogpen，记为：lgP＝AlogpenT＋K式中，Alogpen为不同温度的针入度回归直线的斜率。当置信度为95％时，由3个湿度针入度按上式回归的直线相关系数必须在0．997以上，由4个湿度的针入度回归的相关系数应不小于0．995，否则试验无效。为此，3个以上温度的针入度试验宜采用自动针入度仪进行。（1）确定沥青的针入度指数PI，并记为PIlogpen：PIlogpen＝（20－500Alogpen）/（1＋50Alogpen）（3）确定沥青的当量软化点：T800＝（lg800－K）/Alogpen＝（2．9031－K）/Alogpen（4）确定沥青的当量脆点T1．2：（—1593—）T1．2＝（lg1．2－K）Alogpen＝（0．0972－K）Alogpen二、延度试验沥青的延性是当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，通常是用延度作为条件延性指标来表征。延度是规定形状的试样在规定温度下，以一定速度受拉伸至断开的长度，以cm表示。规范规定，对中轻交通道路石油沥青，要求试验温度为25℃、拉伸速度为50．05cm／min条件下的延度；对重交通道路石油沥青，要求试验温度为15℃、拉伸速度为50．05cm／min条件下的延度。对SBS、SBR改性沥青，要求试验温度为5℃、拉伸速度为50．05cm／min条件下的延度。试验温度与拉伸速度根据有关规定采用，通常采用的试验温度为25℃、15℃或5℃。无特别注明，拉伸速度为50．05cm／min。当低温时采用10．05cm／min拉伸速度时，需要在试验报告中特别注明。1．试验方法试验前，先要将隔离剂拌和均匀，涂于清洁干燥的试模底板和两个侧模的内侧表面，并将试模在试模底板上装妥。将沥青试样仔细自模的一端至另一端往返几次缓缓注入模中，最后略高出试模，灌模时应注意勿使气泡混入。试件在室温中冷却30～40min，然后置于规定试验温度±0．1℃的恒温水浴中，保持30min，后取出，用热刮刀刮除高出试模的沥青，使沥青面与试模面齐平。沥青的刮法应自试模的中间刮向两端，且表面应刮得平滑。将试模连同底板再浸入规定试验温度的水浴中1～1．5h，检查延度仪延伸速度是否符合规定要求，然后移动滑板使其指针正对标尺的零点。将延度仪注水，并保温达试验温度±0．5℃。开始延度试验将保温后的试件连同底板移入延度仪的水槽中，然后将盛有试样的试模自玻璃板或不锈钢板上取下，将试模两端的孔分别套在滑板及槽端固定扳的金属柱上，并取下侧模。水面距试件表面应不小于25mm。开动延度仪，并注意观察试样的延伸情况。此时应注意，在试验过程中，水温应始终保持在试验温度规定范围内，且仪器不得有振动，水面不得有晃动。当水槽采用循环水时，应暂时中断循环，停止水流。水与沥青必须保持相同的相对密度，因要防止延长沥青试样的浮沉。在试验中，如发现沥青细丝浮于水面或沉入模底时，加盐以增加水的相对密度，或加酒精以减少水的相对密度，调整水的密度至与试样相近后，重新试验。试件拉断时，读取指针所指标尺上的读数，以M表示。在正常情况下，试件延伸时应成锥尖状，拉断时实际断面接近于零。如不能得到这种结果，则应在报告中注明。沥青延度试验简图同一试样每次平行试验不少于3个，如3个测定结果均大于100cm，试验结果记作＞100cm；特殊需要也可以分别记录实测值。若3个测定结果中，有1个以上的测定值小于100cm时，且最大值或最小值与平均值之差满足重复性试验精度要求，则取3个测定结果的平均值的整数作为延度试验结果；若平均值大于100cm，记作＞100cm；最大值或最小值与平均值之差不符合重复性试验精度要求时，试验应重新进行。当试验结果小于100cm时，重复性试验精度的允许差为平均值的20％；再现性试验精度的允许差为平均值的30％。2．注意事项在试验过程中必须注意到：（1）在浇注试样时，隔离剂配置要适当，以免试样取不下来，对于粘结在玻璃上的试样，应放弃。在试模底部涂隔离剂时，不宜太多，以免隔离剂占用试样部分体积，冷却后造成试样断面不合格，影响试验结果。（2）在灌模时应使试样高出试模，以免试样冷却后欠模。（3）对于延度较大的沥青试样，为了便于观察延度值，延度值底部尽量采用白色衬砌。（4）在刮模时，应将沥青与试模刮为齐平，尤其是试模中部，不应有低凹现象。三、软化点试验沥青是多种碳水化合物的混合物，是无定形物质。随着测试温度的升高，沥青逐渐软化，所以它没有明确的熔点，即没有敏锐的固化点或液化点，通常采用条件的硬化点和滴落点来表示软化点。沥青材料在硬化点至滴落点之间的温度阶段时，是一种粘滞流动状态。在工程实用中为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态，因此取液化点与固化点之间温度间隔的87．2％作为软化点。(—1595—)软化点只是在特定试验条件下表示沥青软硬程度的一个条件温度，绝不能把软化点误解为是由固体变为液体的界限。在软化点温度前后，沥青性质不发生质的变化。软化点作为道路沥青的最基本的一种性质指标，数值表达简单，直接与表示路面发软变形的程度相关联。软化点的数值随采用仪器不同而异，我国现行规范试验法是采用环与球软化点法。软化点是沥青达到规定条件粘度时的温度，所以软化点既是反映沥青材料热稳定性的一个指标，也是沥青粘性的一种度量。软化点可简单定义为沥青结合料不能承受钢球重力，并且开始流动时的温度，其目的是确定沥青结合料相位发生变化的温度。沥青的软化点试验是试样在规定尺寸的金属环内，上置规定尺寸和质量的钢球，放于水（或甘油）中，以50．05℃／min的速度加热；至钢球下沉达规定距离（25．4mm）时的温度，以℃表示。试验前，先将试样环置于涂有甘油滑石粉隔离剂的试样底板上，将准备好的沥青试样徐徐注入试样环角至略高出环面为止。如估计试样软化点高于120℃，则试样环和试样底板（不用玻璃板）均应预热至80℃～100℃。试样在室温冷却30min后，用环夹夹着试样环，并用热刮刀刮除环面上的试样，务使与环面齐平。若试样软化点在80℃以下，则按以下步骤进行软化点试验：将装有试样的试样环连同试样底板置于装有50．5℃的保温槽冷水中至少15min；同时将金属支架、钢球、钢球定位环等亦置于相同水槽中。烧杯内注入新煮沸并冷却至5℃的蒸馏水，水面略微低于立杆上的深度标记。从保温槽水中取出盛有试样的试样环放置在支架中层板的圆孔中，套上定位环；然后将整个环架放入烧杯中，调整水面至深度标记，并保持水温为50．5℃。注意，环架上任何部分不得附有气泡。将0～80℃的温度计由上层板中心孔垂直插入，使端部测温头底部与试样环下面齐平。将盛有水和环架的烧杯移至放有石棉网的加热炉具上，然后将钢球放在定位环中间的试样中央，立即加热，使杯中水温在3min内调节至维持每分钟上升50．5℃。注意，在加热过程中，如温度上升速度超出此范围时，则试验应重做。试样受热软化逐渐下坠，至与下层底板表面接触时，立即读取温度，至0．5℃。若试样软化点在80℃以上，则按以下步骤进行软化点试验：将装有试样的试样环连同试样底板置于装有32±1℃甘油的保温槽中至少15min；同时将金属支架、钢球、钢球定位环等亦置于甘油中。在烧杯内注入预先加热至32℃的甘油，其液面略低于立杆上的深度标记。