新版(ban)《公路(lu)瀝青(qing)及瀝青(qing)混合料試驗規程》意見稿詳解(jie)

2019年初

新版公路工程(cheng)瀝青(qing)及瀝青(qing)混(hun)合料試(shi)驗規程(cheng)JTG E20

征求意見稿發(fa)布

深度解讀

瀝青試驗

Part1

修訂要點

交通運輸部在(zai)2016年啟動了JTG E20規范(fan)的(de)修(xiu)訂工作，并與2019年初發布了征求意見稿，此次修訂有(you)以下幾個要點(dian)：

1.瀝青試驗(yan)部分新增了14種(zhong)試驗方法；瀝青混合(he)料試驗部分(fen)新增了29種試(shi)驗方法。

2.經過修訂后，新版規范基(ji)本收錄了美國、歐洲的大部分試驗(yan)方法，通過學(xue)習新版規范，可(ke)以幫助中國(guo)企(qi)業(ye)走(zou)出(chu)國(guo)門，更好(hao)的在(zai)海外(wai)(wai)工程中與國(guo)外(wai)(wai)同行進行標準對接(jie)和技術交流。

3新版規范也完全(quan)涵蓋了“老(lao)化、永久變形、勁度模量、低(di)溫開裂、疲勞開裂、黏附性、施(shi)工性能和其他”的(de)八大研究方(fang)向，形成了成套完整的路面(mian)材料評價體系。

本期(qi)將為大家深(shen)度解(jie)讀14個新增瀝(li)青試(shi)驗方法。瀝(li)青混(hun)合料試(shi)驗方法將(jiang)在下期進行(xing)解讀。

Part2

新增瀝青試驗

表(biao)1 JTG E20新(xin)規范新(xin)增瀝青試驗(yan)方法

Part3

瀝青試(shi)驗(yan)解析

T0666/T0667/T0668/T0672

在14個新增(zeng)試驗方(fang)法中，有4個(ge)規范涉及動態剪切(qie)流變儀DSR，加之(zhi)原有的T0628 瀝青流(liu)變(bian)(bian)性質試驗（動態(tai)剪切(qie)流(liu)變(bian)(bian)儀法(fa)(fa)），在整(zheng)套規范中，需要使(shi)用到動態(tai)剪切(qie)流(liu)變(bian)(bian)儀的(de)試驗方法(fa)(fa)共計5個。

T0628 DSR試驗(yan)方(fang)法(fa)是(shi)美國AASHTO M320 Superpave PG分級試(shi)驗確定瀝青高溫等級的標準試(shi)驗方法；

T0666 MSCR試驗方法是美國AASHTO T350為(wei)更好的評價改性瀝青(qing)彈(dan)性恢復(fu)能力而開發的新一代試(shi)驗方法

其加載(zai)方(fang)式(shi)區別于DSR試驗的(de)連(lian)續正弦波，每個測試循環是在正弦波加載1秒后(hou)零應(ying)力恢復9秒

并以0.1kPa的應力(li)循環加載20個周期（前10個周期調節(jie)樣品，后10個(ge)進行測試），再以3.2kPa的應(ying)力循(xun)環(huan)加載10個(ge)周期，測(ce)試整(zheng)個(ge)試驗過程中可恢復應變和不可恢復應變的大小(xiao)用于計算(suan)不可恢復的蠕變柔量。

圖1 MSCR試驗(yan)典型的時間-變(bian)形曲線(xian)

T0667 ZSV和T0668 LSV是歐盟標(biao)準中新一(yi)代的瀝(li)青試驗方法，用于評價瀝(li)青抵抗高溫車轍變形的性(xing)能。

ZSV零剪切黏度試驗本質上是一個給定應力條件下的蠕變試驗（應力掃描），測得黏度 –剪應力關系曲線和黏度 – 剪應變關系曲線。

表2 ZSV瀝(li)青應力掃描條件(jian)

LSV低(di)剪切(qie)黏(nian)度(du)則是先將(jiang)瀝青在0.1Hz頻率，0.1應變幅(fu)度(du)（有(you)些(xie)可能更小）的振蕩(dang)條件下(xia)從(cong)高溫(wen)(wen)到低溫(wen)(wen)進行溫(wen)(wen)度(du)掃描，計算等溫(wen)(wen)黏度(du)EVT1；

并在EVT1條件下，按照(zhao)1Hz-0.3Hz-0.1Hz-0.03Hz-0.01Hz-0.003Hz進行頻率掃描，通過(guo)黏(nian)度η-log（f）曲線外推得到(dao)零剪(jian)切黏度(du)LSV。

圖2 零剪切黏度 – 低剪切黏度 – 剪切變稀

T0672 LAS試驗方法是依據(ju)美國AASHTO TP101 LAS暫行試(shi)驗方法編寫(xie)，目的是為了評(ping)價(jia)瀝青(qing)的疲勞壽命。

試驗首(shou)先在(zai)選定溫(wen)度下，在(zai)0.1-30Hz的頻率(lv)范圍內(nei)對瀝青(qing)進行頻率(lv)掃描，計算得到(dao)瀝青(qing)損傷前(qian)的材料固有參數α；

再以(yi)10Hz的頻率以1.0%的臺階從0.1%到30%進行振幅掃描，通過測量得到的峰值剪切(qie)應(ying)變/應力，相位角平均值和(he)動態剪(jian)切(qie)模量來計(ji)算(suan)疲勞(lao)性(xing)能(neng)模型(xing)和(he)性(xing)能(neng)參數對瀝青的抗疲勞(lao)性(xing)能(neng)進行評價。

圖3 LAS的加載(zai)方(fang)法

如何選擇一(yi)款滿足(zu)所有新規范試驗需求(qiu)的設備？

推(tui)薦選(xuan)用(yong)與交通運(yun)輸部公(gong)路(lu)科學研究院規范編寫組(zu)同款(kuan)的馬爾文Kinexus系列動態剪切(qie)流變儀來(lai)滿足試驗需求。

圖4 Malvern動態剪切(qie)流(liu)變(bian)儀(yi)DSR系列產品(pin)

CVO流變儀

1994-2006

Gemini流(liu)變(bian)儀(yi)

2006-2013

NEW

Kinexus流變儀

2013至今(jin)

新款(kuan)的Kinexus流(liu)變(bian)儀大幅度提高了扭矩范圍(wei)，法(fa)(fa)向力范圍(wei)，法(fa)(fa)向力分辨率等指標，增加(jia)了干(gan)法(fa)(fa)控溫功能和更(geng)多的功能擴展接(jie)口(kou)

更新了基于Windows最(zui)新(xin)操作系(xi)統(tong)的試(shi)驗軟(ruan)件，可以滿足新(xin)規(gui)范的所(suo)有試(shi)驗方法，

以及諸(zhu)如相位角測試方法、橡膠(jiao)瀝青測試、摩(mo)擦性能測試、DMA測(ce)試、低溫4mm平行板(ban)測試等還在(zai)逐漸(jian)開發中，沒有形成標準規范的研究方法，可以滿足今(jin)后多年的使用需(xu)求。

T0669

T0669 聚合物分散試驗主要參(can)考EN 13632標準編寫(xie)，這是目前歐盟用于評價瀝青(qing)與改性劑分散性的重要方法。

聚合(he)(he)(he)物改性(xing)(xing)瀝青(qing)中(zhong)的(de)改性(xing)(xing)劑需要(yao)在瀝青(qing)中(zhong)以一定(ding)程度的(de)不連續相分(fen)布，使其在較長的(de)使用(yong)(yong)壽(shou)命內保持(chi)完(wan)整結構，聚合(he)(he)(he)物相的(de)分(fen)布水平對(dui)黏合(he)(he)(he)劑體系的(de)物理性(xing)(xing)質具有重(zhong)要(yao)的(de)影響作用(yong)(yong)。

為了觀察聚(ju)合物改(gai)性(xing)劑在瀝青中(zhong)的(de)分散性(xing)，我們通(tong)常(chang)使用熒光顯微鏡來(lai)進行定性(xing)觀察，熒光顯微鏡的(de)光源落在激(ji)發激(ji)光器(qi)上，激(ji)發濾光器(qi)透射240nm ~ 490nm的光

該波長的(de)光(guang)落在樣品(pin)表面，未被吸收的(de)激發光(guang)和(he)發射光(guang)被反射到彩(cai)色分(fen)束(shu)濾光(guang)器，反射短于510nm的(de)光(guang)，透(tou)射波長更長的(de)光(guang)。

因為大多數(shu)聚合物(wu)產生黃色(se)(se)熒(ying)光，而瀝青保持黑色(se)(se)狀態，因此我(wo)們就可以(yi)在(zai)不同的(de)放大倍(bei)數(shu)下評估聚合物(wu)的(de)粒度及分布。

熒光顯微技(ji)術是一(yi)種技(ji)術成(cheng)熟的測試手段，該試驗(yan)是一(yi)種定性試驗(yan)方法，不(bu)能用于評(ping)估改性劑的質量和(he)性能。

市場上諸如奧(ao)林巴斯、卡爾(er)蔡司、MshOt多個品牌(pai)的熒光(guang)顯微鏡均能夠滿足試驗應用。

圖5 蔡司熒光顯(xian)微鏡(jing)及測量結果展示

T0670

T0670 瀝青斑點試驗主要(yao)參考AASHTO T102試驗方法(fa)編寫，用于評(ping)價瀝(li)青(qing)各組(zu)分的相容性，測定瀝(li)青(qing)在加熱過程(cheng)中是(shi)否過熱

通過對測試后樣品的外觀進行人眼識別來定性(xing)判斷為“陽性（相容(rong)性差）”或(huo)“陰(yin)性（相容性良(liang)好）”，來作為評(ping)判(pan)結果(guo)。

該(gai)方法需要的設備為實(shi)驗室內的常(chang)規器(qi)皿和工具，例如燒瓶、玻璃管、濾紙、移液管、恒溫水浴以及各種耗材。

T0671

T0671 瀝青拉(la)伸性能(neng)試驗（測(ce)力延度(du)法）是在傳統的延(yan)度(du)試(shi)驗(yan)儀上增加高分(fen)辨率的力學(xue)傳感器(qi)測(ce)量延(yan)度(du)試(shi)驗(yan)時瀝青(qing)的拉力，通(tong)過計(ji)算測(ce)力延(yan)度(du)比的方法來評價改性瀝青(qing)的內聚力

因(yin)為該(gai)方法能夠很好的表征聚合物改(gai)性(xing)(xing)瀝(li)青的黏(nian)彈性(xing)(xing)能（拉伸延長的后期會(hui)出現(xian)明顯的第(di)二峰值），

因(yin)此(ci)歐盟（EN 13589/EN 13703）和美(mei)國（AASHTO T300）均將該試驗(yan)作為評價改性(xing)瀝青性(xing)能(neng)的標準試驗(yan)方(fang)法。

因(yin)此(ci)本方法(fa)也是借鑒了以上(shang)三冊規范進行編(bian)寫。

測力延(yan)度儀

基于(yu)測(ce)力(li)延度規范的普(pu)及應用，歐盟和美(mei)國的進(jin)口延度儀(yi)多(duo)數提供(gong)拉力(li)測(ce)量功能，通過分辨率達0.1N的荷(he)載傳感器實時監測拉伸過程中的力，并生成位(wei)移-拉(la)力曲(qu)線（如(ru)圖6所示(shi)）。

其(qi)中(zhong)，意大(da)利CONTROLS的拉力延度儀是其中性(xing)價比較高的一(yi)款：具有4個瀝青樣品測試(shi)位，可(ke)以連接300N/500N的荷載(zai)傳感(gan)器，最大拉伸長(chang)度1500mm，

通過計算機軟件(jian)進行控(kong)制(zhi)，軟件(jian)界面非常(chang)友(you)好，操作(zuo)簡單，并在(zai)儀器中內置了(le)標準延度試(shi)(shi)驗和拉力延度的測(ce)試(shi)(shi)程序，可(ke)以直接(jie)使用(yong)。

在配(pei)備了外(wai)置的低溫循環浴(yu)的情況下，還(huan)可(ke)以執(zhi)行低溫延度試驗。

圖6 CONTROLS測力延(yan)度儀

圖7 CONTROLS測(ce)力延度儀測(ce)試的位移(yi)-拉力曲線(xian)

T0673

T0673 SBS含量測定試驗用(yong)于測量聚合(he)物改性瀝青中(zhong)的(de)SBS改(gai)性劑含量，需要的(de)儀(yi)器是傅里葉變換紅外光(guang)譜儀(yi)。

使用傅里(li)葉(xie)變換紅外光譜分析(xi)技(ji)術對瀝青組分進行識(shi)別，是近年來飛速發展和快(kuai)速普及的測(ce)試技(ji)術，

在(zai)美(mei)國有AASHTO T302試驗(yan)標準(zhun)（測試聚合物(wu)改性瀝青中的SBR、SB和SBS含量），國內有浙江省的地方規范DB 33/T 989-2015改性瀝青中SBS含量的(de)測定（紅外光譜法(fa)）。

除此以(yi)外(wai)，基(ji)于(yu)任何兩種不(bu)(bu)同(tong)的瀝青(qing)都具(ju)有不(bu)(bu)同(tong)的紅外(wai)光(guang)譜圖(tu)這(zhe)一特性（類似于(yu)人的指紋）

我們通常還使用這種方法用于(yu)在現場控制不同批次的瀝青是(shi)否摻假的質量控制，美國SHRP 2.0 R06B報(bao)告：

光譜(pu)學(xue)測試方法對建筑材料進行(xing)指紋(wen)識別(bie)的應用評估(gu)中(zhong)也推薦了這(zhe)種試驗方法。據我們的了解(jie)和判(pan)斷，紅外光譜(pu)儀有大(da)規(gui)模(mo)普及的趨勢，今后將是每個瀝青材料實(shi)驗室(shi)的必備(bei)工具之一。

圖8 典型的瀝青紅外譜圖

目前在市場上應(ying)用(yong)最多的紅外(wai)光譜儀主要有2個品牌，分別是美國賽默飛世爾科技集團（Thermo Fisher）旗下的(de)Nicolet iS5型(xing)紅外光譜儀；

以及德國(guo)布魯克(ke)公司（Bruker）的ALPHA II型紅外(wai)光譜(pu)儀。

這(zhe)2個型號通過搭配專用的(de)ATR多次衰減(jian)全反射晶體(ti)后都能(neng)夠滿足(zu)日常的使用(yong)需求。

圖9 賽默飛iS5型（左圖(tu)）和布魯克Alpha II 型（右圖）

T0674

T0674 擺式儀測定瀝(li)青黏結力試驗參照歐盟標準EN 13588編寫，主要(yao)目(mu)的用于測試瀝(li)青(qing)的黏結(jie)力，這種黏結(jie)力主要(yao)指瀝(li)青(qing)破(po)壞過程時，內部(bu)的撕(si)裂。

測(ce)試(shi)方法(fa)類(lei)似于擺式儀測(ce)量路面抗滑性的原理，通過擺錘(chui)敲擊粘結了瀝青的試(shi)塊后停(ting)留的高(gao)度(du)，來計算黏結力（J/cm2）。

圖10 瀝(li)青黏結力(li)的測試原(yuan)理

英國COOPER擺式(shi)瀝青黏(nian)結力測試(shi)儀

目前國(guo)內使(shi)用(yong)的擺式瀝(li)青黏結(jie)力測試儀基本都(dou)是英國(guo)COOPER公(gong)司(si)生產，這些用戶包括：

規范(fan)編寫單位交通運輸部公路科學(xue)研(yan)究院，以及北(bei)京建(jian)筑大學(xue)和山東(dong)高速建(jian)設材料有限(xian)公司(si)。

圖11 Cooper擺式(shi)瀝青(qing)黏結力測試(shi)儀

T0675

T0675 集(ji)料(liao)-瀝(li)青(qing)黏附性試驗（旋轉瓶法）參照歐盟標準EN 12697-11編寫，主(zhu)要用于測(ce)定集料和瀝青之間的(de)粘附力以及其(qi)對(dui)(dui)組(zu)合剝離(li)的(de)敏(min)感性影響(xiang)(xiang)，也(ye)可以用于測(ce)定水對(dui)(dui)集料和瀝青在含或不(bu)含黏附劑兩種情況下(xia)的(de)影響(xiang)(xiang)。

執行該(gai)試驗(yan)方法需(xu)要使(shi)用能夠同時旋轉不少于3個試驗(yan)(yan)瓶(ping)的機(ji)器，以及試驗(yan)(yan)瓶(ping)、天平、烘箱等實驗(yan)(yan)室(shi)的常(chang)備器具。

試(shi)驗完成后的(de)(de)測試(shi)過程通(tong)過目測來觀(guan)察瀝青(qing)的(de)(de)附著程度，因此(ci)這(zhe)是一(yi)個簡單且主觀(guan)性較(jiao)高(gao)的(de)(de)試(shi)驗方法，通(tong)常(chang)適用(yong)于常(chang)規試(shi)驗檢測，監理檢測公眾(zhong)號(hao)提醒不適用(yong)于高(gao)耐磨性的(de)(de)集料。

測試結果可以繪制成時間-瀝青裹覆(fu)率曲線。

圖12 旋轉時間-瀝青裹覆率曲線

CONTROLS旋轉瓶試驗儀

意大(da)利CONTROLS公司生(sheng)產的75-B0011/A旋轉瓶(ping)試(shi)驗儀可以(yi)一次測試(shi)3個(ge)試驗瓶(ping)，轉速最高可(ke)達80轉/分(fen)，設備小巧，簡單易用。

（值得說明的是：這(zhe)種(zhong)旋轉(zhuan)瓶(ping)試(shi)驗(yan)儀和(he)稀漿封層混(hun)合料(liao)配伍(wu)性等級試(shi)驗(yan)中的旋轉(zhuan)瓶(ping)試(shi)驗(yan)儀是完全(quan)不(bu)同的）

圖13 75-B0011/A旋轉(zhuan)瓶試驗儀

T0676

T0676 橡膠瀝青旋轉黏度試驗（Hakke黏度計法）是(shi)一種非(fei)常快速(su)、簡單的(de)試(shi)驗方法，可以在(zai)現場迅速(su)測試(shi)橡膠瀝青的(de)哈克黏度。

這(zhe)種測試(shi)設備主要由美國賽(sai)默飛世爾科(ke)技(ji)集團旗(qi)下的(de)Hakke生(sheng)產線生(sheng)產，型號為VISCOMETER 2PLUS，

通過(guo)電池驅(qu)動的電機進行水平旋(xuan)轉，轉速62.5轉/分(fen)，黏度測量范圍(wei)30mPa·s ~ 400,000mPa·s，LCD顯示屏可以直接讀取測(ce)試結果(guo)。

檢測過(guo)程(cheng)可以(yi)手持直接測量，也可以(yi)安裝在(zai)支架式內進行測試(shi)。

圖(tu)14 Hakke手持式旋轉黏度計(ji)

T0677/T0678

T0677 黏(nian)層油黏(nian)結強度試驗（剪切法）和(he)T0678 黏層油黏結強度(du)試驗（拉拔法）

瀝青路(lu)面的(de)層間黏結強度不(bu)足導致(zhi)的(de)路(lu)面損壞(huai)近(jin)年來(lai)成為業(ye)界比較關(guan)注的(de)問題（例如水平推移、擁(yong)包層間脫離(li)及車轍等）。

為了加強施工質量控制(zhi)，在新規范編制(zhi)的過程中，檢測瀝青路面層間黏結強度的成套方法還被寫入了JTG E60-201X 公路路基路面現(xian)場測(ce)試規程中

而該成套方(fang)法其中(zhong)兩種可以在室內執行的試(shi)驗方(fang)法寫入(ru)了(le)此(ci)版(ban)室內材料(liao)的試(shi)驗規程。

該方法是參考歐盟EN 12697-48層間(jian)黏(nian)結(jie)強(qiang)度試驗方法編寫，在歐盟標準中有(you)5大類試驗方(fang)法(fa)，公路(lu)養護平臺公眾號提醒其中方(fang)法(fa)D和E因為(wei)需要的設備價(jia)值較高，制(zhi)造復雜對精密度較高，不易(yi)普及。

因此，我國(guo)在規范修訂的過(guo)程中(zhong)選擇了其中(zhong)3種比較簡單的方法進行引進。

室內層(ceng)間黏結強度試(shi)驗(yan)的基本思想就(jiu)是(shi)造成黏結層(ceng)位(wei)置的破(po)壞，導致(zhi)破(po)壞產生的作用(yong)力可以是(shi)垂(chui)直方向的拉拔(ba)力，或(huo)者是(shi)水平方向的剪(jian)切力。也就(jiu)是(shi)拉拔(ba)和(he)剪(jian)切兩種試(shi)驗(yan)方法。

剪切和(he)拉拔試驗設備(bei)

切和(he)拉拔試驗(yan)都是勻速加載(zai)試驗(yan)（剪切為(wei)50±2mm/min，拉拔為10±2mm/min），測量值為荷載和位(wei)移，最(zui)大荷載不小于35kN。

所以我們常(chang)規的路強儀、材料(liao)試驗(yan)機或大量(liang)程的馬歇爾試驗(yan)儀（能進行拉(la)伸）經過改裝均可以完成(cheng)這兩(liang)個試驗(yan)。

這種試(shi)驗夾具比(bi)較(jiao)經濟的(de)方式是在(zai)國內(nei)加工制作獲(huo)取。

圖15 剪切(qie)（左）和(he)拉拔(ba)（右(you)）試驗夾具

T0679

T0679 瀝青中(zhong)含磷量試驗主要參考美國AASHTO TP78試驗標準(zhun)編寫，目(mu)的用于測試瀝(li)青(qing)或瀝(li)青(qing)殘(can)留物中是(shi)否含有多磷酸（PPA）。

該試驗(yan)方法是(shi)基(ji)于(yu)材料發生(sheng)化學反(fan)應時會伴隨(sui)顏色改變(bian)的(de)原理(li)進(jin)行測試，因此是(shi)一種定性分析方法，所需要的(de)設備包括烘箱、燒杯、移液器(qi)、酒石酸銻(ti)酸銨/鉬酸銨溶液、抗壞血酸顯色劑，硫酸溶液，丁醇-異丁酸或正丁醇等化學試劑等材料。

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