T314-02 直接拉伸(DT)测定沥青胶结料断裂性质标准测试方法

T314-02直接拉伸（DT）测定沥青胶结料断裂性质标准测试方法1适用范围1.1本方法叙述了用直接拉伸试验来测定沥青胶结料的破坏应变和破坏应力的方法。

该方法可用于未老化或用T240（RTFOT）和R28（PAV）老化的材料。

用于试验的仪器的温度范围在+6～-36℃。

1.2本试验方法的使用对象限于具有小于250μm颗粒的沥青胶结料。

1.3本方法对已超过脆性-延性范围的试件即破坏应变大于10%的试件不适用。

1.4本标准可能包含危险材料、操作和设备。

本标准并不能强调关于使用时的所有安全问题。

在使用本标准之前，使用者有责任采用合适的安全和健康实践，并确定其使用的规则限制。

2参考文献2.1AASHTO标准M320沥青胶结料性能等级规范PP42确定沥青胶结料低温性能等级R28用压力老化容器（PAV）加速老化沥青胶结料T40沥青材料取样方法T240加热和空气对沥青旋转薄膜的影响2.2ASTM标准E1ASTM温度计E4试验机的荷载校验E77温度计的检查和校验E83延伸计的分类和校验2.3德国标准43760标定热电偶标准2.4MIL和ISO标准MIL STD-5545ISO10012-13术语3.1定义沥青胶结料（asphalt binder）——从石油残留物中生产出来的沥青基胶结料，可以是具有或不具有添加颗粒尺寸小于250μm有机材料。

3.2本标准特定的术语3.2.1脆性(brittle)——在直接拉伸试验中脆性破坏形式，指应力一应变曲线是以基本线性方式发展直至破坏点；试件横截面积在没有可察觉的减小的情况下，突然发生断裂破坏。

3.2.2脆性-延性(brittle-ductile)——在直接拉伸试验中脆性-延性破坏形式，指拉伸试验中应力一应变曲线是曲线性，而试件是突然断裂破坏。

断裂前试件横截面积发生有限的减小。

3.2.3延性(ductile)——在直接拉伸试验中延性破坏形式，指试件没有断裂，而是以大的应变的流值形式破坏。

3.2.4拉应变(tensile strain)——由拉力荷载导致的轴向应变，以拉力荷载引起的有效计量长度的变化除以没有加载前原始有效计量长度来计算。

3.2.5拉应力(tensile stressw)——由拉力荷载导致的轴向应力，以拉力荷载除以原始试件横截面积来计算。

3.2.6破坏(failure)——当试件以一个恒定拉伸速率拉伸，拉力荷载达到最大值的点。

3.2.7破坏应力(failure stress)——本标准规定的试验方法中，其拉力荷载达到最大值时试件的拉应力。

3.2.8破坏应变(failure strian)——相应于破坏应力时的拉应变。

3.2.9计量部位(gage section)——试件中央，即试件横截面不随长度变化的部位，本试件计量部位为18mm长，图1。

图1Superpave直接拉伸试验试件几何尺寸有效计量长度(effective gage length)——用于本试验的试件，有效计量长度L e 为33.8mm，这个有效试件长度代表了试件产生主要应变的部位。

4方法概要4.1本试验方法叙述了沥青胶结料试件以恒定的拉伸速率拉伸，测量破坏应力和破坏应变的方法。

试件通过将热沥青胶结料浇注入合适的模具中形成。

在试验中，两个的G10酚醛塑料块通常用于黏接沥青胶结料，并将试验机的拉力荷载传递给沥青胶结料。

4.2本试验方法是根据沥青胶结料呈脆性破坏或者脆—延性破坏的温度研制的，脆性或者脆一延性破坏会导致试件的断裂，而延性破坏试件只是简单拉长而没有断裂，本试验方法不适用于延性流值破坏下的温度。

4.3用一个位移传感器测量试件在以1mm/min恒定拉伸速率下的拉伸长度。

试验中记录荷载的发展过程，最后报告了试件在达到最大荷载时的破坏应变和破坏应力。

5意义和应用5.1在路面力学开裂模型中用破坏应力计算临界开裂温度。

计算临界开裂温度的方法在AASHTO PP42中叙述。

临界开裂温度在M320中用于规定沥青胶结料低温等级。

5.2试验也能够测量在临界开裂温度时沥青胶结料的强度。

沥青胶结料具有有限的抵抗开裂应力的能力。

在沥青胶结料规范中破坏应力用于确定临界开裂温度。

5.3在评价沥青胶结料对M320的符合性时，计量部位的伸长速率通常为1.0mm/min，试验温度根据沥青胶结料等级按M320表1选择。

其他的拉伸速率和测试温度也可以用于测试沥青胶结料。

6仪器6.1直接拉伸试验系统—包括（1）闭环反馈位移控制的拉伸试验机；（2）试件夹具系统；（3）在试件和条件试件中能提供可靠的、精确的均匀温度控制的液体浴或空气环境箱；（4）实时荷载测量和记录设备；（5）实时伸长测量记录设备；（6）实时温度检测和记录设备；（7）实时数据采集和显示设备。

系统应具有电机或液压伺服加载单元，能作用和测量拉、压力至少500N，制动行程20mm，包括荷重传感器和加荷栓的系统刚度至少3MN/m。

设备应有一个测量和控制夹具分离的传感器和提供一个分辨率为1μm的应变控制反馈信号。

系统应具有通过固定在加荷栓间的位移传感器或测量试件伸长的非接触式伸长机计闭环控制能力，并精确到指令的伸长速率的1%。

6.1.1具有温度控制的拉力加载仪器要求——能控制位移至少能产生500N荷载，有加荷框架，加荷架应安放在桌上。

加载应在试件拉伸平面直接拉伸。

如果使用液体冷却系统夹具系统（加荷拴和板）应完全浸在冷却液中。

夹具系统应在冷却液表面以下至少25mm。

通过直接拉伸试件板来施加荷载，荷载框架的加载点（加荷拴之间）的距离应能放下试件总长度至少100mm，图1。

如果使用空气环境箱，试验架应有两根立柱并具有足够的净空容纳隔热温度控制箱。

6.1.2试件夹具系统——夹具系统必须产生一个自调对准单轴试验荷载，并接受6.2.1.1叙述的端板，设计应能使试件容易安装。

系统应包括两个夹具。

每个夹具应包括一个特殊形状的栓，牢固地安装在试验板的加载板上。

图2显示典型的夹具和加荷拴组件，试件中一个夹具应固定保持静止，另一个夹头则应按要求伸长速率移动。

图2Superpave直接拉伸试验的加荷拴和夹具组装6.1.2.1试件端板——端板由G10酚醛塑料材料制成，其尺寸如图3、图4和图5所示。

黏结在试件两端将拉力荷载传递给沥青胶结料。

端板应由标准G10酚醛塑料板压制成。

每个端板有一个精密的机器开的孔并由一个304不锈钢环衬套。

衬套孔直径应为（10±0.05）mm，通过沥青胶结料试件和端板的黏结固定试件。

每个端板应安装到特殊形状的拴上组成夹具系统的一部分。

试件安装在夹具上通过端板定位在试验机上。

有必要使端板符合沥青胶结料的热膨胀系数，因为端板需要减少界面的收缩应力，否则会引起黏结破坏。

图3Superpave直接拉伸试验的端板插孔（图4显示插入端板孔的金属环尺寸）图4Superpave直接拉伸试验的插入端板孔的金属环（图3显示端板插孔）图5Superpave直接拉伸试验的金属环插入端板插孔6.1.3温度控制和试验箱——温度控制室应具有贮存12个试件的足够空间。

冷却箱温度控制范围，在没有沥青胶结料试件时，箱内所有部位的温度稳定在+6～-36℃范围内至少±0.1℃。

将室温试件放入冷却箱中，允许引起箱内温度与试验中目标试验温度和试件等温状态波动±0.2℃。

然而在试验中夹具之间的温度梯度不得超过0.1℃。

温度测量应由标定过放在试验区附近的铂电阻温度传感器（PRTD）来完成，PRTD应溯源到美国国家标准研究所（NIST），在+6～－36℃范围内用8个温度标定过的。

如果使用空气环境箱，那么可使用机械制冷或液氮制冷。

应有除湿系统以消除在箱内部、试件上或任何试验夹具上的霜冻。

环境箱应能在一个架上贮存至少12个试件，试件贮存架和试验箱底板和侧板隔热，因此，从环境箱侧板或底板传来的热不会影响贮存试件的温度。

如果使用空气环境箱，从标准化目的应有一个前门用于维修，并有一个手孔使操作员的手能伸进去把试件放在试件贮存架上、条件试件和试验中将试验件放置在夹具上。

手孔应设计为在操作过程中试验员的手伸进与拿出过程中，试验箱的温度变化±0.2℃。

观察窗应能起到观测试验安装和试验监测的作用。

试件伸长用激光观测，使用激光时要求试验箱两侧有光学玻璃窗，以让激光通过而不扭曲激光束。

6.1.4如果使用液体作为冷却介质，那么42%乙酸钾粉末和58%的脱离子水（重量比）混合物控制温度比较合适。

酒精会使沥青胶结料脆化（如在应力存在的情况下影响破坏性质），因此不应作为沥青胶结料试件破坏试验和温度控制的介质。

注1——购买的乙酸钾一般成分为50%乙酸钾和50%的脱离子中水组成的除冰剂液体混合物。

如果购买50：50商用除冰剂，可加脱离子水或蒸馏水直至达到相对密度为1.2375±0.0025，相对密度可用适当的比重计测量。

6.1.5荷载测量和记录仪器——荷载由荷重传感器测量，最小荷载500N，灵敏度为0.1N。

荷重传感器应按ASTM E4每年标定。

荷载和长度由数据采集监测，应该分别获得破坏荷载和长度百分之一的分度。

一旦试验开始，数据采集系统应能及时检测荷载引起试件长度的变化。

通过及时监测荷重传感器讯号与时间来做到此点。

荷载讯号相当于（2±0.3）N（门槛荷载）用于标记此时位移传感器的归零位置。

数据采集系统捕获峰值荷载的这一点，累计的从零读数到相应于峰值荷载这一点长度变化用于计算破坏应变。

一旦试验结束，仪器应能显示出破坏时的应变。

典型的峰值荷载变化范围在10～250N，这将取决于试验温度、性能等级、老化和胶结料来源。

应力和应变显示精确到0.1。

6.1.6伸长测量和记录仪——用位移传感器测量夹具之间试件的伸长。

位移传感器位移分辨力1.0µm应具有测量和控制夹具分离并提供伸长速率控制反馈信号的能力。

6.1.6.1如果数据采集单元包括IBM兼容计算机，它应具有3个A/D通道，一个用于荷载，一个用于伸长，另一个用于温度。

数据应贮存于ASCII格式。

6.1.6.2应力-应变曲线显示——数据采集和显示系统应具有显示应力-应变曲线的能力，应力以MPa计，应变以百分率计。

这个可以用数据采集系统计算机屏幕或X-Y记录仪完成。

如果记录仪是伏特单位，在这种情况下试验文件中应含有对于X-Y轴MPa/伏特和百分应变/伏特标定系数。

6.2试模——试模应由铝制成，试模尺寸如图6所示，隔离剂和涂有特氟隆隔离纸如7.2和7.3所示，应能防止制模时沥青胶结料黏结在铝模侧板和底板上。

隔离纸也用于防止沥青胶结料黏结在试模底板上。

图6Superpave直接拉伸试验的试模6.3试件贮存板——在空气制冷环境箱中，树脂玻璃PlexiglaoTM，Telflon®或其他塑料板用来转移和贮存试件。