T0716—2011沥青混合料劈裂试验

1目的与适用范围

1.1本方法适用于测定沥青混合料在规定温度和加载速率时劈裂破坏或处于弹性阶段时的力学性质，亦可供沥青路面结构设计选择沥青混合料力学设计参数及评价沥青混合料低温抗裂性能时使用。试验温度与加载速率可由当地气候条件根据试验目的或有关规定选用，但试验温度不得高于30℃。如无特殊规定，宜采用试验温度15℃±0.5℃，加载速率为50mm/min。当用于评价沥青混合料低温抗裂性能时，宜采用试验温度-10℃±0.5℃及加载速率lmm/min。

1.2本方法测定时采用的沥青混合料泊松比μ值见表T0716-1，其他试验温度的μ值由内插法确定。本方法也可由试验实测的垂直变形及水平变形计算实际的μ值，但计算的μ值必须在0.2〜0.5范围内。

表T0716-1劈裂试验使用的泊松比μ

1.3本方法采用的圆柱体试件应符合下列要求：

1.3.1当集料公称粒径小于或等于26.5mm时，用马歇尔标准击实法成型的直径为101.6mm±0.25mm、高为63.5mm±1.3mm的试件。

1.3.2从轮碾机成型的板块试件或从道路现场钻取直径100mm±2mm或150mm±2.5mm、高为40mm±5mm的圆柱体试件。

2仪具与材料技术要求

2.1试验机:能保持规定的加载速率及试验温度的材料试验机，当采用50mm/min的加载速率时，也可采用具有相当传感器的自动马歇尔试验仪代替，但均必须配置有荷载及试件变形的测定记录装置。荷载由传感器测定，应满足测定荷载不超过其量程的80%且不小于其量程的20%的要求，宜采用40kN或60kN传感器，分辨率为10N。

2.2位移传感器:可采用LVDT或电测百分表。水平变形宜用非接触式位移传感器测定，其量程应大于预计变形的1.2倍，通常不小于5mm。测定垂直变形精密度不低于0.01mm，测定水平变形的精密度不低于0.005mm。

2.3数据采集系统或X-Y记录仪:能自动采集传感器及位移计的电测信号，在数据采集系统中储存或在X-Y记录仪上绘制荷载与跨中挠度曲线。

2.4恒温水槽:用于试件保温，温度范围能满足试验要求，控温精度±0.5℃。当试验温度低于0℃时，恒温水槽可采用1:1的甲醇水溶液或防冻液作冷媒介质。恒温水槽中的液体应能循环回流。

2.5压条:如图T0716-1所示，上下各1根。试件直径为l00mm±2mm或101.6mm±0.25mm时，压条宽度为12.7mm，内侧曲率半径50.8mm;试件直径为150mm±2.5mm

图T0716-1压条形状（尺寸单位:mm)

2.6劈裂试验夹具:下压条固定在夹具上，上压条可上下自由活动。

2.7其他:卡尺、天平、记录纸、胶皮手套等。

3方法与步骤

3.1准备工作

3.1.1根据1.3的规定，按本规程T0702方法制作圆柱体试件。

3.1.2按本规程T0702的规定测定试件的直径及高度，准确至0.1mm。在试件两侧通过圆心画上对称的十字标记。

3.1.3按本规程T0705方法测定试件的密度、空隙率等各项物理指标。

3.1.4使恒温水槽达到要求的试验温度±0.5℃。将试件浸入恒温水槽保温不少于1.5h。当为恒温空气箱时保温不少于6h，直至试件内部温度达到试验温度±0.5℃为止。保温时试件之间的距离不少于使试验机环境保温箱达到要求的试验温度，当加载速率大于或等于50mm/min时，也可不用环境保温箱。

3.2试验步骤

3.2.1从恒温水槽中取出试件，迅速置于试验台的夹具中安放稳定，其上下均安放有圆弧形压条，与侧面的十字画线对准，上下压条应居中、平行。

3.2.2迅速安装试件变形测定装置。水平变形测定装置应对准水平轴线并位于位置;垂直变形的支座与下支座固定，上端支于上支座上。

3.2.3将记录仪与荷载及位移传感器连接，选择好适宜的量程开关及记录速度。当以压力机压头的位移作为垂直变形时，宜采用50mm/min速率加载。记录仪走纸速度根据试验温度确定。

3.2.4开动试验机，使压头与上下压条接触，荷载不超过30N，迅速调整好数据采集系统或X-Y记录仪到零点位置。

3.2.5开动数据采集系统或记录仪，同时启动试验机，以规定的加载速率向试件加载劈裂至破坏，记录仪记录荷载及水平变形（或垂直位移）。当试验机无环境保温箱时，自恒温水槽中取出试件至试验结束的时间应不超过45_S。记录的荷载一变形曲线如图T0716-2所示。

图T0716-2 劈裂试验的荷载——变形（水平或垂直变形）曲线

4计算

4.1将图T0716-2中的荷载一变形曲线的直线段按图示方法延长与横坐标相交作为曲线的原点，由图中量取峰值时的荷载P_T及变形（Y_T或X_T)。

当试件直径为100mm±2.0mm、压条宽度为12.7mm及试件直径为150.0mm±2.5mm、压条宽度为19.0mm时，劈裂抗拉强度R_T分别按式（T0716-1)及式(T0716-2)计算，泊松比μ、破坏拉伸应变ε_T及破坏劲度模量S_T按式(T0716-3)〜式(T0716-5)计算。

上述式中R_T——劈裂抗拉强度（MPa);

ε_T——破坏拉伸应变；

S_T——破坏劲度模量（MPa);

μ——泊松比；

P_T——试验荷载的值（N);

h——试件高度（mm);

A——试件垂直变形与水平变形的比值;

A=Y_T/X_T

Y_T——试件相应于破坏荷载时的垂直方向总变形（mm);

X_T——按图T0716-2的方法量取的相应于破坏荷载时水平方向的总变形(mm);当试验仅测定垂直方向变形Y_T或由实测的Y_T、；X_T计算的μ值大于0.5或小于0.2时，水平变形(X_T)可由表T0716-1规定的泊松比(μ)按式(T0716-6)求算。

X_T=Y_T x(0.135+0.5μ)/(1.794-0.0314μ) (T0716-6)

4.2计算加载过程中任一加载时刻的应力、应变、劲度模量的方法同上，只需读取该时刻的荷载及变形代替上式的荷载及破坏变形即可。

4.3当记录的荷载一变形曲线在小变形区有一定的直线段时，可以（0.1〜0.4)P_T范围内的直线段部分的斜率计算弹性阶段的劲度模量，或以此范围内各测点的应力σ、应变ε数据计算的S=σ/ε的平均值作为劲度模量，并以此作为路面设计用的力学参数。

σ、ε及S的计算方法同本规程中的R_T、ε_T、S_T的计算方法。

5报告

5.1当一组测定值中某个数据与平均值之差大于标准差的&倍时，该测定值应予舍弃，并以其余测定值的平均值作为试验结果。当试验数目n为3、4、5、6时k值分别为1.15、1.46、1.67、1.82₀

5.2试验结果均应注明试件尺寸、成型方法、试验温度、加载速率及采用的泊松比μ值。

条文说明

沥青混合料的劈裂试验是对规定尺寸的圆柱体试件，通过一定宽度的圆弧形压条施加荷载，将试件劈裂直至破坏的试验。国外试验规程中，ASTM D 4123是用动载测定劲度模量（AASHTO设计指南规定以此作为设计用回弹模量）；日本道路协会铺装试验法便览3-7-6则是采取静载劈裂求取间接抗拉强度，目的在于评价高溫抗车辙能力及低温抗裂性能；英国、澳大利亚目前采用诺丁汉试验机冲击荷栽试验小变形时的劲度模量；第18届世界道路会议则推荐用来测定抗拉强度和变形性能。可见劈裂试验在国外有两种目的：一是采用动栽或冲击法求取设计参数回弹模量；二是用静载试验评价沥青混合料的性质。本试验根据国内外研究成果及试验方法编制，适用于测定破坏时的间接抗拉强度、极限拉伸应变、破坏劲度模量，也可用于求取弹性阶段的劲度模量作为设计参数使用。

关于试件保温的仪具，鉴于目前试验中对试件基本上采用恒温水槽保温，若采用冰箱保温，试验的温度很难控制，将导致数据不准确，因此本次修订对保温的仪具去掉了原来可以采用的冰箱。另外，圆孔筛已不采用，故去掉了圆孔筛30mm的尺寸。在方法与步骤中对记录仪的走纸速度500~5000mm/min可能不合适，修改为由试验温度确定走纸速度。

劈裂试验采用的试件通常为φ101mmx100mm的1:1圆柱体，但美国、日本、澳大利亚等目前基本上采用φ101.6mmx63.5mm的标准马歇尔试件，英国则采用φ150mm的现场钻取试件，厚40~50mm。本试验法规定采用标准马歇尔试件，同时也可采用现场钻取的φ100mm±2mm及φ150mm±2.5mm试件，规定厚度为40mm±5mm，是参考美国标准及路面实际情况确定的_。

关于试件的加栽速率，1983年试验规程规定为1mm/min;国外除采用动载试验外，静载试验时大都采用50mm/min(如日本道路协会铺装试验法便览、AASHTOT283)第18届世界道路会议报告推荐的速率-10℃时为0.30mm/s±0.1mm/s,+25℃及+45℃时为0.85mm/s±0.1mm/s，即18mm/min或51mm/min，并要求试验从开始至破坏的时间不超过30s。因此本试验法规定加栽速率根据试验目的或有关规定选用，并推荐采用50mm/min的标准加栽速率这样也和其他混合料试验方法的速率一致。

但是试验目的不同，加栽速率也应该不同。美国SHRP的研究表明，为评价低温性能，常用较慢的速率，以模拟气候降温的收缩应力作用的情况，如1.27mm/min(0.05m/min):故本方法规定加栽速率采用1mm/min时。此时的试验温度为-lO℃。

试验温度各国更不相同，ASTM D 4123用动载试验时采用三个温度；第18届道路会议报告推荐在-10℃、25℃、40℃溫度下进行，其他温度也可选用；日本规定在-10~+60℃范围内根据试验目的选用。本方法规定劈裂试验有两个目的，在什么温度下评价沥青混合料的性能应视目的而定我国幅员辽阔，各地的设计温度本身就是一个有待研究的问题。本方法推荐了相对于荷载疲劳破坏的设计参数及低温收缩开裂破坏的试验温度，可供目前试验时使用。

劈裂试验在计算劲度模量时，必须使用泊松比μ值。它可以由测定的垂直变形及水平变形求取，这曾经是20世纪六七十年代许多国家的研究重点，经大量测定，得出了一些μ的推荐值。经近年来我国实际测定证明，仅从单个试件本身的变形测定值计算的μ往往出现异常的情况，因此本试验法规定参照英国、澳大利亚、荷兰等国家用诺丁汉试验机测定劲度模量时的μ值用于计算，这样变形只需测定垂直或水平变形中的一个。但也可以由实测的垂直变形及水平变形计算，不过此时计算的μ值必须在0.2-0.5范围内，超出此范围说明变形测定很可能有误差，此时大多是水平变形不准，则可以仅采用垂直变形计算劲度模量。

劈裂试验采用的压条对试验结果及计算模式均有影响、AASHTO T283规定对φ102mm试件压条宽度用12.7mm，对φ152.4mm试件用19.05mm的压条，压条边际是磨圆的。也可不用压条，因为只要求测定强度（半径未作规定）。但美国等不少国家大都通用12.7mm的压条，日本学者也有采用25.4mm压条的，都是圆孤形的。但第18届道路会议论文集推荐不用压条，如果采用压条则为试件宽度的1/5。日本道路协会试验法也未用压条，这显然与试验法仅为测定强度而不测定模量有关。为此本试验法与国外大多数试验法统一规定，采用12.7mm宽的圆孤形压条，对φ150mm的试件按比例采用19.0mm压条，使压条的圆心角相同；为防止边缘的局部嵌入，应该加工磨圆，

试验结果的计算公式采用国内外通用的按弹性理论推导得出的公式。在求取作设计参数用的劲度模量时，应按照弹性理论小变形假设采用荷载较小时的测定数据，根据国内“八五”科技攻关专题的研究成果，采用0.1~0.4倍破坏荷载范围内的直线段的斜率或平均值（进行原点修正后是相同的）计算得到的弹性劲度模量与按ASTM D4123方法试验得到的瞬时回弹模量有较好的相关关系。

关于试验允许误差，国外许多规程未作规定，第18届道路会议报告提到其变异系数为5%-10%(重复性）及10%~20%(再现性）。由于我国尚缺乏这方面的经验和资料，本试验法暂不作规定，仅规定取所有试验的平均值为测定结果。