沥青劈裂试验仪

2023年8月初，欧美大地邀请了意大利CONTROLS公司的技术工程师Jesse Bedra来华进行了为期一周的内部培训。此次培训旨在进一步提高欧美大地国内技术服务团队对于UTM等沥青混合料多功能道路材料试验机的操作水平和培训水平，更好的服务国内客户。自欧美大地2018年成为意大利CONTROLS公司的中国合作伙伴以来，双方一直致力于提高为中国用户服务的水平，此次实地培训也是时隔3年，双方组织的一次重要技术培训活动。此次培训首先由Jesse在会议室内进行了动态试验机控制技术的理论培训，为大家深入讲解PID控制的理论和注意事项。随后的几天，在山东高速集团有限公司，山东建筑大学和山东省交通科学研究院3个用户的实验室内，使用各种类型的动态试验机（液压的UTM-30和UTM-130，电动的AsphaltQube），及传统的UTS软件和新版的UTS Neutron软件实际开展了多个试验方法的实际操作培训。在此次培训的试验方法中，不但选择了国内用户目前普遍熟悉的单轴压缩动态模量试验（JTG E20-T0738）和四点小梁弯曲疲劳寿命试验（JTG E20-T0739），还关注了其他应用不普遍，但今后可能借鉴的美国、欧洲的方法体系及欧美标准，并了解了低温性能试验新方法的研究进展。这三个方面的培训内容，即针对目前国内客户普遍关心的试验方法，又涵盖了沥青路面材料未来的研究发展方向，对于欧美大地更好的协助客户，推动创新研发起着重要作用。 方向1：欧盟方法欧盟在确定沥青路面材料设计参数时，除法国主要使用梯形梁2点弯曲试验方法外，其他主要使用间接拉伸的试验方法，2018年更新的EN 12697-26刚度模量试验方法中增加了方法F间接拉伸动态模量试验方法（德国AL-SP-Asphalt-09）。在评价疲劳性能时，则可以使用EN-12697-24疲劳试验方法中的方法E。与我国交通行业标准选择的单轴压缩动态模量和四点小梁疲劳试验方法相比，间接拉伸试验方法的主要优点在于试件获取更加方便，甚至能够直接使用现场取芯的试件和马歇尔试件进行试验。相比之下，单轴压缩动态模量和四点小梁弯曲疲劳的试件获取要麻烦一些，这也是目前制约方法推广普及的原因之一。因此，提高间接拉伸试验的操作和培训水平，有助于我们满足国内众多欧洲留学归来的专家学者的研究需要，也可以在部分情况下试件获取困难时使用现场芯样或马歇尔试件来对路面性能给予评价。间接拉伸试验（左-动态模量/右-疲劳寿命）方向2：美国方向继我们邀请Richard Kim教授在国内就基于AMPT的沥青混合料性能评价体系开展理论教学推广后，我们再次请Jesse就试验的实际操作进行了深入培训。而且，基于目前国内AMPT用户数量较少，而UTM类型的动态试验机较多的现状，我们此次培训AASHTO T400 S-VECD（原TP105，目前已成为正式试验标准）和AASHTO TP134 SSR试验是基于AsphaltQube和UTM试验机进行的，实测结果表明：即使用户没有AMPT，也可以成功开展相关试验研究。（AMPT作为开发整套体系的试验设备基础，操作上要更加方便）PASSFlexTM试验方法培训（左-SVECD/右-SSR）基于目前国内试验方法体系仍重视四点小梁疲劳试验，以及要兼顾低温性能评价的现状，资金预算有限的用户，可以考虑购买AsphaltQube系列电动多功能动态试验机。AsphaltQube系列通过将AMPT的三轴室改变为环境箱，增加了荷载量程（最大±30KN动态），扩大了温控范围（最大-40℃~+80℃），并可以进行四点小梁弯曲疲劳试验，以及低温性能试验。同时还具有环保，集成度高，移动性强，操作便利等优势，是用于替代UTM-30的动态试验机产品。电动型AsphaltQube动态试验机方向3：低温性能评价新方法目前我国行业标准中评价沥青混合料低温性能的试验方法是JTG E20 T0715沥青混合料弯曲试验方法，一般称作“三点小梁弯曲试验”。但该试验方法因为数据离散性大，业内同行普遍对这种试验方法感到不满意。因此，近年来国内外同行提出了多种试验方法希望替代三点小梁弯曲试验。这些主要的方法有：（1） AASHTO T394（原TP105） SCB，低温半圆弯曲试验；（2） AASHTO TP10-93 TSRST，约束试件温度应力试验；（3） ASTM D8303 UTSST，单轴温度应力应变试验；（4） ASTM D7313 DCT，碟型试件偏心拉伸试验；（5） EN 12697-46低温性能试验方法。 在这些方法中，我们主要选择了方法1和2作为了此次培训的主要内容。原因在于：（1） 低温SCB试验方法与DCT试验方法大同小异，都是基于断裂能理论来评价沥青混合料的低温性能。相比低温SCB，DCT试验方法目前没有进入AASHTO试验规范体系，试件制备过于复杂（需要特制的切缝机和钻芯机），全球应用也不够多。（2） TSRST试验方法在美国和欧盟都是行业标准的一部分，国内对此方法比较熟悉，有很多单位开展过相关研究。UTSST试验方法是在TSRST试验的基础上增加了测量沥青混合料在低温条件下无约束的收缩应变，因此，试验操作是类似的，理解了TSRST，也就理解了UTSST。低温性能试验方法培训（左-TSRST冻断/右-低温SCB）此次在山东高速集团有限公司，山东建筑大学和山东省交通科学研究院的3个实验室进行培训，使得制造商、技术服务工程师与用户，有了更多现场交流的机会。在欧美大地的技术服务团队加强了对动态试验机的理解、对以上试验方法的理解、提高了试验的操作水平、提高数据质量，为今后帮助用户充分挖掘设备潜能，顺利开展试验研究打下了坚实的基础的同时，还解答了全国用户遇到的各种问题。也与现场用户进行了沟通，加深了用户对于动态试验机的认知，对于将动态试验机更好的应用于沥青混合料未来发展与研究中，起到了积极作用。 结语：在此，感谢山东高速集团有限公司，山东建筑大学和山东省交通科学研究院3个用户在场地，设备，试件等基础条件方面的大力支持。如想进一步了解情况，请登录欧美大地仪器官网咨询。

石油沥青简介石油沥青是原油加工过程中的一种产品，在常温下是黑色或黑褐色的粘稠的液体、半固体或固体，主要含有可溶于氯仿的烃类及非烃类衍生物，其性质和组成随原油来源及生产方法的不同而变化。从元素组成上，石油沥青是由多种碳氢化合物及非金属（氧、硫、氮）衍生物组成的混合物，其元素组成主要是碳（80~87%）、氢（10~15%）；其余是非烃元素，如氧、硫、氮等（＜3%）；此外，还含有一些微量的金属元素。 从组份分析，石油沥青的主要组分是油分、树脂和地沥青质，还含2~3%的沥青碳和似碳物，还含有蜡。沥青中的油分和树脂能浸润沥青质。沥青的结构以地沥青质为核心，吸附部分树脂和油分，构成胶团。虽然目前对于沥青质的分子结构尚无定论，但是一般认为可以把沥青质分子看成是由若干个单元片所构成，每个单元片中含有一个芳环－环烷环系，分之中单元片之间由以碳原子为主的链连接。此类单元片的结构大体可以用下图1所示的结构模式来表示。应强调的是，这仅仅是一个虚拟的模式，并不是单元片实际的分子结构。 沥青状组分单元片结构模式示意图石油沥青评价体系目前，在世界范围内具有代表性的道路沥青的评价体系有三种，即针入度分级体系、粘度分级体系和PG分级体系。 针入度分级体系是由针入度、软化点、延度、闪点、溶解度、蜡含量、抗老化等指标构成，是一个相对比较完整的体系；粘度体系主要考虑了沥青的高温性能，主要是由粘度、针入度、老化、延度和闪点组成；PG分级体系是美国联邦公路局研究的成果，是以气候分区确定沥青的使用范围。目前针入度评价体系是我国技术规范中采用的评价体系。由于我国石油应用的行业比较广泛，制定相应标准的部门包括国家标准化管理委员会、生产加工领域的石油化工部门、应用领域的交通部，采用的评价标准也因行业不同、用途不同而有差异。就以70号道路石油沥青技术标准为例，针对三种技术标准进行了比较分析，汇总如下表所示。三种技术标准对比表70号道路石油沥青技术标准项 目 国家标准 (GB/T15180-2010) 中石化1 标准 (Q/SHR 003 - 2000) 交通部标准 * (JTG F40-2004) 针入度（25℃，100g, 5s），1/10mm 60~80 60~80 60~80 针入度指数 PI//-1.5~1.0延度（10℃，5cm/min）,cm 不小于 // 15 延度（15℃，5cm/min）,cm 不小于 100 150100 软化点（环球法），℃ 44~57 46~54 ≮46溶解度（三氯乙烯），% 不小于 99.0 99.5 99.5 闪点，（开口）℃ 不小于 230 230 260 密度（25℃），g/cm3 实测1.00~1.05 实测蜡含量，%（m/m） 不大于 3.0 2.0 2.2 60℃动力粘度，Pa 不小于//160薄膜烘箱试验（163℃，5h） 质量变化，% 不大于 0.8 0.5 0.8 针入度比，% 不小于 55 6861 延度（10℃，5cm/min）,cm 不小于 //6 延度（15℃，5cm/min）,cm 不小于 30 100/*：交通部JTG F40-2004中给出的是70号A等级石油沥青的技术要求。从上表分析中可以看出，国家标准综合考虑了全国性的实际情况，对沥青指标的要求总体上相对宽松，如延度指标的试验条件为15℃，而交通部标准中还规定了10℃的延度；软化点、蜡含量、针入度比及溶解度等指标较石化标准和交通部标准也相对较低。对比分析中Q/SHR 003-2000 与JTG F40-2004可以发现，Q/SHR 003-2000标准在部分指标上对要高于交通部标准，如15℃延度、蜡含量及质量损失等指标。交通部标准根据道路应用实际情况加强了低温性能的指标要求，新增了10℃延度及60℃动力粘度检测指标，以及针入度指数。关键技术指标1、针入度沥青的针入度与沥青路面的使用性能具有密切的关系，是我国选择沥青标号的最主要依据。针入度表示沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切破坏的能力，反映在一定条件下沥青的相对黏度的指标，是指在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青试样的深度，以 0.1mm计，如图所示。针入度测试示意图2、高温稳定性指标高温稳定性是指沥青混合料在高温、慢速荷载作用下抵抗变形的能力，最典型的高温变形就是车辙。车辙的产生是路面破坏的起点，在车辙下凹处如果不能够很好的排除，就容易导致水损害。车辙处积水还是行车的安全隐患，行车舒适性变差。所以车辙等高温稳定性破坏的后果严重，必须加以防止。在抵抗高温变形中，沥青起到重要的作用，SHRP研究表明沥青的性能提供了40%的抗车辙能力，所以准确评价沥青的高温稳定性指标非常的关键。目前，用于表征沥青高温稳定性的指标主要有软化点、粘度。沥青软化点是人为选定的沥青由固态到液态度转变温度的范围中的一个条件粘度，同时也是沥青达到规定条件粘度时的温度。一般来说，沥青软化点越高，沥青的温度稳定性越好。因此，软化点即是反映沥青材料温度稳定性的一项指标，又是沥青粘度的一种量度，我国乃至许多国家均把沥青软化点作为一项重要的性能指标。软化点作为我国道路沥青最常用的三大指标之一，为一般技术人员所熟悉，数值表达也很直观，直接与表示路面发软变形的程度相关联，较高的软化点可以抵抗高温永久变形。粘度是对流体流变特性的一种量度，反映流体发生流动时其内部分子间摩擦阻力的大小。粘度大的沥青在荷载作用下产生较小的剪切变形，弹性恢复性能好，残留的永久性塑性变形小，其抵抗车辙的性能好。60℃粘度指标常作为反映沥青在盛夏季节耐热性的指标。粘度的测试方法比较多，有动力粘度、运动粘度、旋转粘度、标准粘度、恩式粘度等。目前我们采用比较多的是旋转粘度，采用的是布洛克菲尔德黏度计进行测试。旋转粘度是由淹没在沥青试样内转子的阻力力矩和转动的速率计算所得，旋转粘度本质上是剪应力与剪变率的比值，单位Pa• s。旋转粘度测定的是沥青的表观粘度。3、低温性能指标沥青的低温性能也是一个非常重要的指标，因为低温性能直接与路面的功能相关。目前道路沥青的技术规范中，评价低温的指标是延度。脆点在一定程度上也可以表征沥青的低温性能。SHRP研究计划中提出两种评价指标，分别是BBR和DDT。路用沥青的延度是通过在规定的速度和温度下，拉伸标准试件的两端直到断裂的长度，用以表征沥青的延伸性。所谓延性是指受到外力拉伸作用时，所能承受的塑性变形能力，用于衡量沥青的内聚力。沥青的延度与沥青路面的低温抗裂性密切相关。一般而言，沥青延度越大，说明沥青柔性越好，在低温下开裂的风险就越小。沥青延度示意图脆点的实际意义是沥青弹性破坏的界限，作为一种低温抗开裂的指标。通过图4这个沥青形态分布可以看出，软化点到脆点的温度范围是沥青的弹塑性范围，也就是同时兼顾高温和低温性能的范围，所以性能好的沥青软化点要高，脆点要低。粘弹性形态分布图4、温度敏感性指标 沥青的感温性也是一个非常重要的指标，目前用来评价沥青感温性的指标主要有针入度指数PI值，针入度粘度指数PVN和复数模量指数GTS。目前纳入技术规范中的只有针入度指数。针入度指数是由下列公式 计算来的，依据就是针入度的对数与温度之间存在线性关系，A就是直线的斜率。针入度粘度指数是麦克劳德提出的，用25℃的针入度和60℃的粘度计算出来的，见公式3 。对于PI和PVN两个指标哪个更能表征沥青的感温性，不同学者有不同的看法，北美和加拿大的学者们比较认可针入度粘度指数，而我国学者指出针入度粘度指数在表征改性沥青的感温性能上存在弊端，与针入度指数PI值相冲突。 在美国SHRP研究计划中，提出了复数模量指数，就是复数模量的双对数与温度的对数之间存在线性关系，线性关系的斜率就作为复数模量指数，详见公式4。 由于复数模量的测试温度范围是28~76℃，可以表征沥青中温和高温区的感温性。下表给出了三个感温性指标的优缺点，其实将针入度指数和复数模量指数相结合可以有效的评价沥青的感温性，但是由于复数模量的测试采用的仪器弯曲梁流变仪，价格较贵，普及比较困难。三种温度敏感性指标的优缺点PIPVNGTS参数针入度针入度，粘度复数模量温度15℃，25℃，30℃25℃～60℃（或135℃）28℃～76℃试验仪器针入度仪针入度仪和粘度仪动态剪切流变仪试验时间长较短较长优点试验设备普及，容易操作。试验设备较普及，评价温度区间较宽。温度区域很宽，数据采集点的温度差很小，能够反映沥青流变性能随温度的变化趋势。缺点评价温度区域较窄，无法反映整个使用范围内的性能变化，针入度属于条件性指标，计算结果受试验方法精度的影响很大。数据采集点的温度差较大，无法准确反映沥青随温度变化的趋势。试验设备不普及，其准确性和适用性还需要进一步验证，对操作者要求高。5、抗老化指标由于沥青组成的不稳定性，因此抗老化指标也是表征沥青性能的重要指标。目前评价沥青老化性能的方法主要有两种，第一种是自然老化方法，第二种时室内模拟老化的方法。在自然老化方法中，主要有大气老化实验法和路用性能跟踪实验法。大气老化法就是将沥青放在一定的容器中，放在室外固定的位置经受风吹日晒，一定时间后对沥青进行测试；路用沥青跟踪试验法就是将沥青铺建在道路上后，一定时间后从路面中取样，将沥青从石料表明分离出来后进行评价和测试。室内模拟沥青老化的方法主要有两种，一种是短期老化，有薄膜烘箱法（TFOT）和旋转薄膜烘箱法（RTFOT），模拟的是沥青和石料拌合过程中的老化程度，还有一种是长期老化，采用的是压力老化法（PAV），模拟的是在道路上使用10年后的沥青的老化程度。日本和加拿大的沥青联合试验研究对TFOT和RTFOT做出了评价认为TFOT试验的精度虽高，但重现性较低，且对于不同的沥青未必给予同等程度的老化效果。而RTFOT试验则不仅精度高，且重现性也好，尤其是对于不同的沥青能给予同等程度的老化影响。但是众多研究表明，两种试验的结果大体上是相当的，因此许多与沥青有关的标准中注明两种试验方法可以相互替代。目前压力老化容器试验(PAV)已经成为国内外公认的标准长期老化方法，并已经被许多国家推广采用。但压力老化容器试验(PAV)有一定的局限性，它主要考虑到了动态车载、氧、热对沥青性能的影响，并未涉及紫外光与氧的联合作用及水分对沥青性能及组分的影响。6、蜡含量蜡含量是评价沥青性能的一个重要指标，如果沥青中含有较高的腊，高温时，会使沥青变软，导致出现车辙；低温时，容易使沥青变脆，使得沥青路面出现开裂；同时蜡可以降低沥青和石料之间的粘附性，使得沥青和石料发生剥离，此外，沥青中含有蜡的话会使沥青路面的抗滑性能降低，容易出现安全事故。目前蜡含量的测试方法比较多，有裂解法、吸附法、硫化法、色谱法和差示扫描量热法等，目前我国采用的是裂解法。裂解法测试沥青的蜡含量是一个非常复杂的过程，而且影响因素很多、主要过程是先在高温条件下蒸馏，将蜡蒸馏出来，在用无水乙醚和乙醇的混合液溶解后，在低温条件下让腊析出，在通过洗涤将析出蜡纯化，再用石油醚溶解将蜡从漏斗中洗脱下来，再通过蒸发和真空干燥等恒重得到腊的含量。（作者：中华人民共和国泰州海关 才洪美）

1.试件破型室，主要有水泥胶砂抗折抗压试验机、全自动压力试验机等主要试验设备，均采用微机测控系统，自动采集处理打印试验数据，提高工作效率和试验准确性，可以完成水泥混凝土强度、水泥胶砂抗折强度的试验。2.水泥室，主要有水泥净浆搅拌机、胶砂搅拌机、自动标准养护水箱、水泥胶砂流动度测定仪、胶砂试件成型振动台、标准养护箱、电动抗折试验机、负压筛析仪等十余台主要试验设备，可以完成水泥凝结时间、安定性、强度、细度等各项性能指标的测定。3.集料室，主要有砂当量测定仪、棱角性测定仪、电子静水天平、加速磨光机、洛杉矶磨耗机、顶击式两用振筛机、电热鼓风干燥箱等主要设备，可以完成集料的筛分、表观相对密度、含泥量、棱角性、砂当量的试验。在各种配合比试验中，比如水泥混凝土配合比，沥青混合料配合比等都需要用到集料，所以利用率较高。4.土工室，土工试验的基础配备我们已经比较完善齐全，像主要有高温炉、电动液压脱模器、电动击实仪、顶击式两用振筛机、数显路强仪、液塑限联合测定仪、电热鼓风干燥箱等主要设备。土的各项物性、塑性指标比如：z佳含水量、z大干密度、密度、含水率、颗粒分析、界限含水量、承载比CBR、烧失量都可以进行检测。在公路工程施工过程中必须要进行土的各项试验检测，实验室的仪器设备、人员配备以及检测能力都可以满足日常公路工程试验检测的要求。5.化学分析室，主要有酸度计、滴定设备、干燥器、电子分析天平等主要设备，可以完成混凝土用水的PH值、氯化物含量、石灰钙镁含量、灰剂量的试验。按照标准实验室要求，药品管理严格规范，双人双锁。天平室配有两个万分之一和一个千分之一的精密天平，为保证其精que性，单独隔间，恒温管理。6.沥青室，主要低温恒温水浴、沥青脆点仪、沥青旋转薄膜烘箱、沥青闪点试验仪、全自动沥青软化点试验仪、针入度试验仪、延度仪、真空干燥器等主要设备，可以完成道路石油沥青的各项性能指标，如针入度、延度、软化点、密度、闪点、溶解度、耐老化性、粘附性等的试验。沥青试验危险性高，散发有毒气体，所以在试验时均需佩戴防毒面具。因为考虑到沥青检验室可能产生的废气、烟雾等收集、排放、处理，可以将各个主要设备加盖工作间，进行隔离操作，防止气味蔓延。7.沥青混合料室，主要有沥青混合料理论z大相对密度试验仪、液压车辙试样成型机、自动车辙试验仪、电热鼓风干燥箱、自动混合料拌和机、马歇尔稳定度试验仪、数显马歇尔击实仪、燃烧炉、恒温水浴、电动液压脱模器等十余套主要仪器设备，可以完成沥青混合料配合比设计、密度、马歇尔稳定度、沥青含量、矿料级配、z大理论密度、高温稳定性等试验。 8.力学室，主要有300 T、200 T 、150 T 、100 T 、80 T 、50 T、20 T 、10T、5T、2 T、1 T、0.5 T各种量程和精度的全自动微机控制w能材料试验机、拉力试验机、钢筋弯曲机等主要仪器设备，可以完成屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、弯曲性能、表面质量、重量偏差、屈强比等试验。 9.交通工程室，配有先进仪器桩身完整性测试仪，可以应用低应变反射波法检测桩身完整性；钢筋探测仪可检测钢筋保护层厚度和钢筋直径，这两套设备属于进口精密仪器。另有国内先进的桩基静载荷测试分析仪、多通道声波透射法自动测桩仪、非金属超声波检测仪等设备可完成桩基检测。在路基路面现场检测中，配有路面平整度仪、路面弯沉仪、摆式摩擦系数测定仪等主要设备，可完成公路几何尺寸、路面厚度、压实度、构造深度、渗水系数、摩擦系数的试验。此实验室主要是完成现场检测，每台仪器设备外出工作都要有出库记录，严格按照试验规范进行操作。10.水泥混凝土室，此实验室主要是进行水泥混凝土配合比设计、砂浆配合比设计，以及进行水泥混凝土和砂浆的各项性能检测，比如稠度、凝结时间、表观密度、含气量、抗渗性能、立方体抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度等，仪器设备比较齐全，主要有数显砂浆稠度仪、混凝土自动调压渗透仪、振动台、水泥混凝土搅拌机、砂浆搅拌机、耐磨试验机、数显混凝土贯入阻力仪等。