沥青混合料约束试件温度应力试验

黎兴1李涵2
（作者单位：1.中铁四局集团第一工程有限公司；2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司）
◎一、前言
沥青路面的低温开裂是早期破坏的主要形式之一，在我国北方地区由低温收缩裂缝而造成的路面病害十分普遍。

20世纪60年代以来，沥青路面的低温开裂问题受到很高的重视，如何在
室内试验中评价沥青混合料低温开裂性能，进而应用到沥青路面设计方法中，是研究路面低温开裂的重点工作之一。

目前国内外评价沥青混合料低温抗裂性能的试验方法有很多种，美国SHRP 通过对以下指标1）对现场条件的模拟性，2）试验结果在力学模型中的应用性，3）老化和潮湿状态下的适用性，4）易操作性
以及5）仪器成本对各种实验进行比选，认为约束试件温度应力试验（TSRST ）和热膨胀和收缩系数试验能正确地模拟现场状况。

而TSRST 能够直接测出试件低温开裂时的温度和温度应力，可以全面反映沥青混合料的强度特性、变形特性以及松弛特性。

因此，美国SHRP 提出采用TSRST 来研究沥青路面的低温开裂问题，也是目前最有效的研究沥青混合料低温抗裂性能的手段。

二、TSRST 试验介绍
TSRST 的加载系统包括一个负载框架，一个步进马达和两个旋转夹具。

装置带有两个LVDT 和两个铟钢棒来采集因降温引起的试件长度变化数据。

试验降温过程中试件产生收缩时，步进马达通过轴向加载杆使拉伸试件来保持恒定长度。

试件顶部和底部端板出的旋转总成用来保证步进马达能够同心拉伸试件。

仪器通过一个温度传感器监测试验箱内的环境温度，三个片状温度传感器采用软质粘结剂分别贴在试件的不同侧面相应的底部、中心和顶部位置，实时采集试件的温度数据。

温度控制系统
包括液氮容器和温度控制器，根据环境箱温度和设定的降温速率来喷射液氮达到设定温度。

这样就可以测定沥青温合料试件在不同的初始温度以及降温速率下所产生的响应，以此来绘制温度应力曲线。

三、试验步骤
首先采用一定的试件成型方法和试件尺寸准备试件然后按照下述方法进行试验：1）在样品校准台上用足够的环氧树脂（由树脂和固化剂按比例混合而成）将端板与试件两端粘结，粘接后的试件在室温下静置24h，使粘结剂固化。

试验前将其在5℃下
储存5至6小时以使试件达到热平衡。

2）安装试件时夹具应对齐以使铟钢棒和LVDT 对齐。

将两根铟钢棒和LVDT 连接到顶部和底部压板上的夹具上。

试件安装到环境箱后，用软质粘结剂将温度传感器固定到试件表面不同侧面相应的底部、中心和顶部
位置。

3）使用温度控制器设置初始温度并恒温一定时间保证各
处温度均匀。

4）恒温结束后给定试件初始应力以检测系统的工作状态。

5）设定降温速率，仪器自动记录温度、应力和位移，当试件断裂时，停止试验。

6）分析仪器收集的数据，绘制温度-应力曲线，确定该试件的冻断温度、开裂时的强度、转折点温度和斜率。

四、试验数据分析
试件的典型温度应力曲线如图2所示。

随着温度的降低，沥
青混合料试件中的温度应力逐渐增长。

在断裂点，应力达到峰值。

温度与温度应力曲线斜率dS/dT 逐渐变大，达到一定温度后，约为一常数，曲线近似于直线，直至断裂。

这是因为温度高时沥青混合料存在应力松弛，而当温度达到转折点温度时，沥青变脆，应力松弛消失。

SHRP 提出采用冻断温度、冻断强度、转折点温度、斜率dS/dT 四个指标评价沥青混合料低温抗裂性能。

图2典型温度应力曲线
通过SHRP 以及诸多学者的大量试验研究发现，初始温度和降温速率对温度应力影响较大。

当温度高于５℃时，由于沥青混合料的应力松弛速度较快，试件中不存在温度应力；较慢的降温速率允许更多的应力松弛，从而在较低的温度以及应力水平下断裂；冻断温度和转变温度受沥青类型影响最大，冻断强度和斜率受空隙率影响最大，其次是集料类型，表面纹理粗糙和棱角性好的集料性能较好；试样尺寸较大的冻断温度较低，较小的冻断
强度较大；随着试样老化冻断温度变高。

五、结语
采用约束试件温度应力试验（TSRST ）能够有效的模拟沥青
路面开裂的情况，并能测得沥青混合料在降温过程的温度应力曲线和四项关键指标，直观的反映出沥青混合料的低温抗裂性能，对沥青混合料设计和评价低温性能具有积极而深远的意义。

沥青混合料约束试件温度应力试验
·
·。