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新版交通部行业标准配套试验设备推荐系列之无机结合料稳定质料篇
宣布时间:2024-04-08 浏览次数:854 来源:尊龙凯时人生就是博
本篇为新版交通部行业试验标准配套试验设备解读系列文章的第2篇:JTG 3441-2024公路工程无机结合料稳定质料试验规程(以下均简称“新规范”)新增试验设备。
相比于集料新规范,无机结合料稳定质料的新规范变换较小,只增加了5种新的试验要领:
  • T0861密度测试要领(真空塑封法)
  • T0862动态弯拉回弹模量试验要领
  • T0863拉伸试验要领
  • T0864单轴压缩模量试验要领(侧面法)
  • T0865疲劳试验要领(B法)
这5种试验要领涉及以下的试验设备。

真空密度测试仪(CoreLok)
近年来,一些学者开始关注无机结合料稳定类下层的级配组成和体积特性,提出了无机结合料稳定质料的毛体积密度、最大理论密度、空隙率等体积指标,进一步完善了无机结合料稳定类下层的质料组成设计理论。由于无机结合料稳定质料的吸水率较大,无法接纳水中重法和表干法进行毛体积密度测定,故参考ASTM D7370真空密封法提出了真空塑封法的密度测试要领。
注:下划线红字部分摘自新规范条文说明。
真空密度测试仪(CoreLok)实际上是一种业内众多单位已经比较熟悉,并大宗应用于沥青混淆料压实试件毛体积密度试验的测试设备。其试验要领早在2011年就收录到JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混淆料试验规程中(详见T0707蜡封法的条文说明),用于测定吸水率大于2%的沥青混凝土或沥青碎石混淆料。

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/图1:CoreLok真空密度测试仪/

本要领中建议将试件安排在105℃的温度的烘箱中烘干6个小时,用于蒸发掉试件中含有的水分,这种除湿要领效率较低。预算充裕的用户可以考虑购置专用的真空干燥机CoreDry PRO,通过真空除湿的要领去除试件中的水分,只需15分钟即可获得干燥的试件。同时,因为无需加热,也制止了高温关于试件老化的影响。

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/图2:CoreDry PRO真空干燥机/

该要领同样由真空密度测试仪CoreLok的制造商美国InstroTek公司开发,目前这种真空除湿的试件处理要领也成为了美国的标准试验要领:ASTM D7227和AASHTO R79。这种试验设备与CoreLok一样,也是一种多用途的试件处理工具,还可以用于沥青混淆料的快速干燥,以及去除乳化沥青中的水分,获得用于其他性能试验的乳化沥青残留物。

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/图3:乳化沥青干燥托盘和支架/



路面质料多功效动态试验系统(UTM-130)
新规范中增加的其他4种试验要领都是基于动态质料试验机来完成的,主要是在动态荷载条件下,以压缩,拉伸和弯曲三种差别的作用形式来丈量质料的模量,以及增加了与沥青混淆料四点小梁弯曲疲劳试验要领一样的疲劳试验要领,来测定无机结合料稳定质料的疲劳寿命。
? T0862动态弯拉回弹模量试验要领
旧规范中弯拉回弹模量试验接纳的是静态加载,仅年来,因为动态试验机的进一步普及,新规范增补了动态试验丈量弯拉回弹模量的试验要领。加载的器具(如图4所示)与旧规范中的要求一致,但加载条件更改为:半正弦荷载波形,频率10Hz,无间歇时间,每级荷载作用次数为200次,以0.1P,0.2P,0.3P,0.4P,0.5P和0.6P的6级应力水平进行应力振幅扫描。
这种试件夹持工具除了可以完成动态和静态弯拉回弹模量试验外,也可以凭据T0851要领的要求丈量试件的弯拉强度,获得的弯拉强度可以作为T0865疲劳试验要领B应力控制模式时的破坏强度P,以便确定疲劳试验的荷载水平。

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/图4:弯拉试验的试件夹持工具/

? T0863拉伸试验要领
新规范中增加的拉伸试验要领主要参考法标NF 98-230-1振动压实试件成型要领和NF 98-232-2直接拉伸试验测定力学性能的试验要领,测得试件的直接拉伸强度和拉伸模量。

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/图5:拉伸动态模量试验形式/

? T0864单轴压缩模量试验要领(侧面法)
该试验要领实际上已收录在2017年更新的JTG D50-2017公路沥青路面设计规范中,即附录E的试验要领。这种试验要领的位移丈量传感器装置形式与我们熟悉的JTG E20-2011 T0738沥青混淆料单轴压缩动态模量类似。都是在侧面装置3个120°角平均漫衍的位移传感器,通过丈量试件中段的变形盘算平均值来盘算质料的动态模量。

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/图6:顶面法和侧面法同时装置的试验形式/

? T0865疲劳试验要领(B法)
在疲劳试验方面,新规范借鉴了沥青混淆料疲劳试验的经验,增加了基于JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混淆料试验规程中T0739试验要领革新的试验要领。与原规程中的T0856要领(即新规范的T0856要领A)相比,这种试验设备可以对试件施加正弦荷载,能够以应力控制和应变控制两种方法进行试验,使试件跨中的底面和顶面同时蒙受拉伸与压缩两种荷载模式的交变作用。两种要领的主要差别见表1。

/表1:疲劳试验要领A和B的差别/

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新规范的两个主要编写单位交通运输部公路科学研究院和山东省交通科学研究院均是使用Controls-IPC的UTM-100路面质料多功效动态试验系统完成的相关试验要领研究并编写新规范。如今,UTM-100已经升级为UTM-130,即最大静态荷载提高到±130kN,最大动态荷载为±100kN。(关于特殊需求来说,还可以订制UTM-250,UTM-130XL等特殊型号)

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/图7:UTM-130路面质料多功效动态试验系统/

4个新增的试验要领中,动态弯拉、拉伸和压缩模量的试验?榭梢灾苯臃湃險TM-130的情况箱内使用。疲劳试验要领B则有如下4种试验方法:

/表2:四点小梁弯曲疲劳试验的设备形式/
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这几种设备的形式各有利弊,适用于差别实验室条件和需求的用户使用。一些选型的建议包括:
气动式设备。独立式气动四点小梁疲劳试验机可以放入UTM的情况箱中使用,也可以搭配任何独立的温控箱进行使用。关于疲劳试验任务量很大的用户,适合选用独立式设备(包括独立控制器)加配独立温控箱的计划。这样,用户可以同时进行四点小梁弯曲疲劳试验,以及UTM质料试验机的其他力学试验;蚴窃菔本延邢,但后期可以升级的用户,可以在一期建设时,利用UTM和控制器和温控箱搭配独立式设备开展试验;在二期建设时,购置独立温控箱和控制器将其组合成1套独立的疲劳试验系统。
电动式设备。相比于气压和液压技术,电动技术具有噪音极低、维护简单、集成度高、占地面积小等优势。我们目前具有两款AsphaltQube系列的电动系统,均可以完成四点小梁疲劳试验。

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/图8:电动型四点小梁疲劳试验系统/

液压式设备。液压式设备使用UTM系统的液压动力进行加载,并使用UTM系统的温控箱和控制器。适合预算有限的用户,或是需要进行大荷载疲劳试验的用户使用。标准的液压式夹具可以满足规范标准的试验需求,中选购UTM-130XL型试验机和超深情况箱时,可以选购超大型四点弯曲疲劳试验夹具,来进行超大尺寸的梁型试件试验,开展诸如路面结构组合梁型试件的疲劳试验,或是钢桥面铺装试验要领中的三点或五点弯曲试验要领。

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/图9:超大型四点梁疲劳试验机(左)和超大型试件和标准试件的比照效果(右)/



新规范试验要领的配套试件成型设备
在2009年版旧规范到如今2024年版新规范之间的15年间,海内的仪器制造水平取得了长足的进步,因此在新规范中对试件成型提出了更高的要求。例如:T0865疲劳试验要领B的3.1条建议“凭据轮碾成型要领成型无机结合料稳定质料板块试件,板块试件尺寸为430mm×300mm×80mm。然后用高精度金刚石双面锯对板块试件进行切割”,这里涉及了3个成型设备的进步:
? 轮碾成型机
以外,无机结合料稳定质料试件成型是凭据T0844的压力试验机静压成型。在新规范中,则建议了与沥青混淆料试件成型方法相同的轮碾成型方法。这种变革提高了实验室轮碾压实仪的利用率,值得注意的是:
新一代的高级轮碾压实仪主要凭据EN 12697-33试件成型要领中的要领5.3设计,碾压头深入试模,试模和压头沿轨道一同运动。
注:EN 12697-33标准中共有4种成型要领,5.1为法国标准的充气轮胎碾压形式;5.2为平滑钢轮压实要领;5.4为扇形钢轮碾压钢条成型的要领,即原PMW汉堡趁魅辙试件成型机的压实要领。因为要领普及规模,设备庞洪水平,设备本钱等原因,5.1,5.2和5.4三种要领的成型设备远远不如5.3要领的成型设备普及。

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/图10:EN 12697-33试件成型要领标准中要领5.3的压头深入试模碾压形式/

新一代高级轮碾压实机具有高度控制和力控制两种控制方法,可以凭据EN 12697-33标准7.3.2.1条的要求进行高度控制模式的预压实和力控制模式的主压实两阶段压实。以此来获得外貌平整,密度均匀的板块型试件。

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/图11:EN 12697-33要求的压实程序/

为满足差别试验要领对试件尺寸的要求,高级轮碾压实仪支持通过更换压头和试模来获得差别尺寸的试件。主要的尺寸包括:
  • 300mm×300mm,主要为中国标准的趁魅辙动稳定度试验成型试件。
  • 320mm×260mm,主要为汉堡趁魅辙试验标准成型试件。(汉堡趁魅辙试验建议以旋转压实成型圆柱体试件或现场取芯试验为主;也可以考虑直接使用300mm×300mm趁魅辙板进行试验;该尺寸仅为“必须严格凭据汉堡趁魅辙试验标准要求进行趁魅辙板试件”的用户提供)
  • 500mm×300mm,用于成型板块试件后切割四点小梁弯曲疲劳试件。
其他特殊应用目的尺寸的试模和压头可凭据实际情况进行订制。别的,还可以订制压头和试模的加热功效,以及振动压实功效。

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/图12:高级轮碾压实仪/

? 金刚石双面锯
为包管在力学试验阶段,荷载能够在试件内部均匀通报,不爆发偏载的情况。新规范的拉伸,压缩和弯拉动态试验要领中关于试件成型的要求中都建议宜使用双面锯。因此,目前双面锯正在逐渐替代单面锯成为市场上的主流产品。而新一代的双面锯在借鉴古板进口设备功效特性的基础上,结合目前门路质料的要求进行了众多的革新。这些革新包括:
  • 提高锯片最大间距至150mm,满足切割动态压缩、拉伸圆柱体试件的要求;
  • 开发特制夹具,一次性切割4个直径38mm小试件,用于小试件的动态模量和拉伸疲劳试验;
  • 特殊订制半圆形、汉堡型、Overlay型、梯形梁等特殊试件的切割夹具;
  • 用于切割历程视察的特殊玻璃窗;
  • 静音设计,大幅度降低切割时的噪音。

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/图13:金刚石双面锯/

? 全自动取芯机
在动态拉伸和压缩试验中,圆柱体试件的获取涉及到取芯。以往,用户为了获取高质量的芯样,或是从特殊尺寸的试件中钻芯,会购置进口的取芯机。但目前进口的门路质料实验室多功效取芯机主要以半自动形式为主,需要手摇控制钻头的进给。当试件数量较多时,无疑增加了试验人员的担负。
因此,我们基于门路质料(沥青混凝土,无机结合料稳定类质料,超高性能水泥混凝土,岩石等)试验中种种通例试验和科研试验关于圆柱体试件尺寸的需求,开发了全自动的多功效实验室取芯机,为每种试验配备专用的钻头,试件夹持工具来轻松获取圆柱体芯样。

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/图14:全自动取芯机/


如果您对标准中的相关设备及“超规范”研究感兴趣,请联系尊龙凯时人生就是博,配合探讨相关应用,或订制开发特殊的试验要领和设备。


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