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T0739-2025沥青混合料疲劳试验(四点弯曲法)

关键字: T0739-2025沥青混合料疲劳试验(四点弯曲法) 日期: 2025-10-20 4:15:46 点击 45652 次

23 沥青混合料疲劳性能和裂纹扩展

T0739-2025沥青混合料疲劳试验(四点弯曲法)

1 目的与适用范围
1.1 本方法适用于四点弯曲法测定沥青混合料承受重复弯曲荷载的疲劳次数。
1.2 本方法也适用于确定沥青混合料疲劳曲线，或100万次疲劳次数相应的失效应变。
1.3 疲劳试验的标准试验温度为20℃、频率为10Hz,采用恒应变控制的连续正弦加载模式。
2 仪具与材料
2.1 四点弯曲疲劳试验机：能够实现图T0739-1所示的四点弯曲加载，由加载装置、采集系统、数据采集与控制装置、环境箱等组成。
7
图T0739-1   四点弯曲加载图示
1-施加的荷载；2-响应荷载；3-试件；4-试件夹；5-变形；6-回到原位置；7-自由旋转和水平平移
2.1.1 加载装置：气动、液压或电磁加载方式，能够为疲劳试验系统提供重复动力荷载，可根据试验要求实现频率5～10Hz、不同振幅的重复正弦加载波形加载，能够实现恒应变控制。加载过程中，试件在所有荷载和反作用点上以自由旋转和水平平移的方式进行四点弯曲，并保证每次加载结束时，应使试件回到原点(初始位置)。试件夹持系统采用三等分间距布设夹头，相邻夹头中心间距一般为0.119m,总跨距为0.357m。各夹头宜采用可调节加持力大小的小型电机进行夹持。
2.1.2 采集系统：采集系统基本参数和技术要求见表T0739-1。
表T 0739-1采集系统基本参数和技术要求

项目量程分辨力精度
荷载0～5kN2N±5N
位移0~5mm2μm±5μm
频率5~10Hz0.005Hz±0.01Hz
温度-10～30℃0.25℃±0.5℃

2.1.3  数据采集与控制装置：使用计算机控制每次加载，测量梁的位移，计算梁的应变，调整施加荷载保证加载期间应变恒定且与目标应变一致。能够实时采集、记录加载次数、瞬息荷载大小、试件位移、最大拉应力、最大拉应变、相位角、劲度模量、耗散能及累计耗散能等参数，数据采样频率不小于加载频率的50倍。

2.1.4  环境箱：应保持箱体内试验温度分布均匀，控温精度±0.5℃。同时应能使加载装置与外部数据采集等控制装置顺利连接，并具有足够的内部空间，容纳加载装置和3 个或以上的试件。

2.2     标准块：动态模量标称值为3～14GPa, 相位角>0°。
注：标准样品应由专业单位生产、专业单位定值，稳定性试验不少于2年，应附相关定值证书。

2.3  温控箱：用于试件空气保温，温度范围能满足试验要求，控温精度±0.5℃。

2.4 游标卡尺：量程0～200mm, 精度0.02mm。

2.5  温度计：分度值0.1℃。

2.6  其他：天平、秒表等。
3  四点弯曲疲劳试验机检验
3.1  数据采集系统首次使用或使用中每年或每测试200次，进行一次标定。采用标准

块进行标定，应测试不同温度、不同频率，测定值与标准块标称值的动态模量相对误差不超过±3%、相位角误差不超过1°。

3.2  环境箱首次使用或使用中每年进行一次控温精度标定。

3.3  检查测量系统，以确保荷载、变形数据采集通道之间没有过大的相位偏移。

3.4  新试验机或每使用24个月，应检查其疲劳次数一致性。
(1)选择不少于3台试验机，宜包括不同厂家或不同型号的设备。
(2)采用20号沥青 HFM-16混合料，同一试验室成型不少于9个试件。
(3)每台试验机随机选用3个试件按本方法，测定130μe、20℃、10Hz 条件下疲劳次数。
(4)若一台试验机测定的3个试件的疲劳次数平均值与所有试验机测定的总体平均值的相对偏差满足-50%～+100%,则检验通过。
4  试验准备
4.1     试件准备

4.1.1      按本规程T0703  轮碾法成型宽300mm× 长400mm× 厚75mm 大试件，切割  成宽(63mm±6mm)×   长(380mm±5mm)×    高(50mm±6mm)  标准试件，测定试件尺寸、毛体积密度和空隙率，实测空隙率与设计空隙率之差≤±1%。也可按本规程T0701  方  法切割成长(380mm±5mm)×  宽(63mm±6mm)×  高(50mm±6mm) 标准试件。

4.1.2      试件两个相应端面平行，相邻两个端面垂直，角度满足90°±2°。用游标卡尺测量试件的宽度和高度，分别测定5个位置，即试件的两端20mm 内的点位、中央10mm 内的点位及距离中点各90mm 的点位，精确至0.01mm。取5个测量值的平均值作为试件尺寸，精确至0.1mm。若宽度或者高度的5个测量值中的任何一个值与平均值相差大于 1.5mm, 则该试件作废。用游标卡尺测量试件的长度，分别测定4个位置。若长度的4个测量值中的任何一个值与平均值相差大于2.5mm,则该试件作废。

4.1.3      按本规程相关试验方法测定试件的空隙率、VMA 和 VFA 等参数，其空隙率与设计空隙率之差应≤±1%。

4.1.4      准备好的试件在不超过20℃、相对湿度低于80%的室内放置8h 以上风干。或采用真空干燥仪烘干，先将试件用干毛巾等擦除表面水后，在室温23℃±5℃静置不少于 1h, 放入真空干燥仪，在低于0.8kPa 的真空条件下干燥约30min至恒重。

4.1.5      若试件制备后2d内不进行试验，在15℃以下环境下避光保存，存放时间不宜超过14d, 且不可堆叠。存放期间，试件应水平放置于表面平整的硬玻璃板(或瓷砖) 上，防止试件发生变形。

4.2     试件分组

4.2.1  一个试验条件，即应变水平、试验温度相同，一组试验不少于3个有效试件。

4.2.2 当测定一个试验温度条件下的疲劳曲线时，一组试验不少于9个有效试件，试件分为三组，每组3个，三组的尺寸和毛体积密度接近，其中平均毛体积密度差不大于  0.015g/cm³。

4.2.3     当测定一个试验温度条件下的100万次失效应变时，一组试验不少于6个有效试件，试件分为两组，每组3个，两组的尺寸和毛体积密度接近，其中平均毛体积密度差不大于0.015g/cm³。

4.2.4  如图 T0739-2 所示，宜在试件长度方向两侧中央中点稍微靠上位置，用环氧树脂粘贴一个 M8 螺母。

图 T 0739-2  试件长度方向两侧粘贴一个M8 螺母(尺寸单位：mm)

5  方法与步骤
5.1  将试件、位移测量装置置于已调温至试验温度±0.5℃的环境箱中保温。若试件数量过多，部分试件可在温控箱中保温，试验前再放入环境箱继续保温。试件之间的距离应不小于10mm。空气保温≥6h 或恒温一夜。同时在环境箱中放置相同尺寸已测试件，在其中部贴一个温度传感器，根据传感器测定的内部温度判断待测试件是否达到试验温度。

5.2  在试件达到目标温度后，将试件滑入试验机固定夹具中，调整相邻夹头中心间距为 0.119m,先固定外侧2个夹具，然后固定内侧2个夹具。将螺栓拧入试件两侧涂有环氧树脂的螺母中，将LVDT连接到试件上，固定LVDT传感器，调整LVDT使其读数接近于零。

5.3  启动动态测试系统，设置试件信息、试验温度、加载频率、峰荷载等信息，启动环境箱控温至试验温度。采用恒应变模式，标准试验温度为20℃,加载频率为10Hz。应变水平应按下列原则确定：
(1)按照目标应变设置，目标应变为峰值-峰值的一半。
(2)若确定疲劳曲线，则在250～750μe(一些沥青混合料可能达到2000με)选用不少于3个应变水平，使试验测定的疲劳次数约为10000～1000000次。
(3)若确定100万次疲劳失效应变，则在100～500μe 选用不少于2个应变水平，使试验测定的疲劳次数约为10000～2000000次，且100万次失效应变应介于选择的应变水平区间内。
(4)若没有明确的试验条件，选用以上条件(3)。

5.4  当环境箱和试件内部温度再次达到试验温度，在目标试验应变水平下预加载50 (或100)个周期，计算第50(或100)个加载周期的试件劲度模量为初始的劲度模量。

5.5  确定好初始劲度模量后，试验机重新计算周期数。应在50个周期内自动调整并稳定到试验所需要的目标应变水平，进行重复加载试验。采集、记录瞬时的荷载、变形、加载次数、时间，一个周期采集不少于50个数据点。为了减少记录的数据量，可适当降低采集加载周期的数据，其中：0～10,全采集；10～100,每10个周期采集1次，每次采集前后5  个周期取平均值；100～1000,每100个周期采集1次，每次采集前后5个周期取平均值； 1000～10000,每250个周期采集1次，每次采集前后5个周期取平均值；10000~  100000,每1000个周期采集1次，每次采集前后5个周期取平均值；大于100000,每 10000个周期采集1次，每次采集前后5个周期取平均值。采集系统自动计算显示应力曲线、应变曲线、劲度模量、能量比等数据。

5.6  当试件达到疲劳试验终止条件时，自动停止加载。试验终止条件为：
(1)能量比达到最大、开始下降；
(2)试件出现开裂、较大的变形。

5.7  完成测试试验后，移走已测试件，进行下一个试件的测试。
6  数据处理
6.1  按式(T   0739-1)计算最大拉应力，精确至0.1。
(T0739-1)
式中：σ,——最大拉应力，为峰-峰，MPa;
L——梁跨距，即外端两个夹具间距，一般为0.357m; P——峰值荷载，N;

w——试件宽度，m;  h——试件高度，m。

6.2  按式(T 0739-2)计算最大拉应变，精确至0.1。
(T  0739-2)

式中：e,——最大拉应变，为峰-峰，μe;
δ——梁中心最大应变，m;
a——相邻夹头中心间距，a=L/3, 一般为0.119m。

6.3  按式(T   0739-3)计算弯曲劲度模量，精确至0.1。
(T  0739-3)
式中：S——弯曲劲度，MPa。

6.4  按式(T    0739-4)计算相位角，精确至0.1。
φ=360ft
式中：φ——相位角，°;
f——加载频率，Hz;
t——应变峰值滞后于应力峰值的时间，s。

6.5  按式(T   0739-5)计算单个周期耗散能，精确至0.1。 E₀=7σ,8,sin4
式中：Ep——单个周期耗散能，J/m³。

6.6 按式(T0739-6)    计算累计耗散能，精确至0.1。
(T0739-6)
式中：Ecp——疲劳试验过程中累计耗散能，J/m³;
ED——第 i 次加载的单个周期耗散能，J/m³,  按式(T   0739-5)计算。

6.7  按式(T   0739-7)计算能量比，精确至0.1。
ER=Sₙ×n
式中：ER,——加载第n 个周期时能量比，MPa;
Sₙ——加载第 n 个周期时劲度模量，MPa;
n——加载第n 个周期。

6.8    绘制能量比ERₙ-加载周期 n 曲线，采用六阶多项式进行最小二乘法拟合，计算 ER, 最大值相应的目标应变水平的疲劳次数，记为Nm。

6.9 当确定一个目标应变的疲劳次数时，取一组试件的算术平均值作为试验结果，疲劳次数精确至1。

6.10     当确定疲劳曲线时，应用各试件的实测值，绘制疲劳次数Nm-应变ε,曲线，按式(T  0739-8)函数进行最小二乘法拟合。
Nm=k₁×e2                                                       (T0739-8)
式中：Nm——疲劳次数；
k₁、k₂——拟合系数，精确至0.0001。

6.11     当确定100万次疲劳失效应变时，按6.10确定疲劳曲线，按式(T   0739-8)计算 100万次相应的应变，即为疲劳失效应变，精确至1 μe。
7  报告
7.1 试验项目名称和执行标准。

7.2  沥青混合料的沥青含量、矿料级配、密度、空隙率及试件尺寸。

7.3 接样日期、样品描述

7.4  试验日期，仪器设备的名称、型号及编号。

7.5     各试验温度、频率、应变水平、施加应力水平、劲度模量、疲劳次数、b₁ 、k₂ 和100万次疲劳失效应变。

7.6    其他需要说明的情况。

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