(一)路基土击实试验介绍:
路基土击实试验是实验室模拟现场压实过程,用以确定土体的最佳含水率(OMC)和最大干密度(MDD)的标准试验。通过在不同含水率下进行击实,绘制含水率‑干密度曲线,从而为路基施工提供压实控制参数。
(二)土基回弹模量虚拟试验:
回弹模量(Rebound Modulus,简称 M_R)是用来表征土基在瞬时荷载作用下可恢复变形能力的弹性参数,常作为路基设计、路面结构分析以及土体弹性模型的输入。实验通过在现场或实验室对土样施加逐级加载‑卸载,测量每一级荷载下的回弹变形量,再依据弹性半空间理论计算得到回弹模量。
该虚拟仿真实验真实地还原了路基回弹模量检测场景,降低大量学生亲临现场的危险性,并对实验过程进行了详细模拟,便于学生更深入地理解和掌握路基回弹模量实验原理和方法。该实验采用线上线下结合的教学方法,旨在让学生充分理解和掌握实验原理、实验方法等,并通过虚拟仿真实验有效地调动学生的学习积极性,提升学生的能动性和创新性。
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(三)沥青针入度、延度、软化点三大指标试验
1.针入度试验(Penetration Test)
原理:在规定的温度、载荷和时间下,标准针垂直贯入沥青试样,针入深度直接反映沥青的软硬程度。
标准:GB/T 4509‑84(针入度测定法)规定了100 g、5 s、25 ℃ 的基本条件;JTG E20‑2011 T0604‑2011对道路沥青作了统一规定。
仪器要点:针、连杆与砝码合重100 ± 0.1 g,温度控制在25 ± 0.1 ℃,读数精度0.1 mm。
结果解释
针入度 ≤ 20(0.1 mm) → 极硬沥青,易产生车辙。
20 ~ 30→ 中等硬度,常用于普通公路。
> 30→ 较软沥青,适合高温或重载路面。
2.延度试验(Ductility Test)
原理:在低温或常温下,以恒定拉伸速率拉伸沥青试件至断裂,记录伸长距离。
标准:GB/T 4508‑2010(沥青延度测定法)以及JTG E20‑2011 T0605‑2011对试件尺寸、温度、拉伸速率作了明确规定。
仪器要点:延度仪需具备温度控制(±0.5 ℃)和速度调节(5 cm/min或1 cm/min)。
结果解释
延度< 30 cm→ 脆性沥青,低温易裂。
30 ~ 50 cm→ 中等塑性,适用于一般气候。
> 50 cm(或> 100 cm) → 高塑性沥青,适合寒冷或高裂缝风险路段。
3.软化点试验(Softening Point Test)
原理:采用“环球法”或“米勒杯‑球法”,在受热过程中记录沥青软化至钢球下落的温度。
标准:GB/T 4507‑1999(软化点测定法)和ASTM D36/D36M‑14(环球仪法)是最常用的国内外标准。
仪器要点:软化点仪需保证升温速率5 ℃/min±0.5 ℃,温度测量误差 ≤ 0.2 ℃。
结果解释:
软化点< 45 ℃ → 低温沥青,适用于寒冷地区。
45 ~ 65 ℃ → 常规沥青。
> 65 ℃ → 高温沥青或改性沥青,适合高温车流密集路段。
(四)沥青混合料配合比设计试验
沥青混合料的配合比试验是确保路面性能满足设计要求的关键环节。按照《公路沥青路面施工技术规范》《JTG E20 沥青及沥青混合料试验规程》等行业标准,配合比设计一般分为 目标配合比设计 → 生产配合比设计 → 生产配合比验证 三个阶段[1]。下面按常用的 马歇尔法 与Superpave体积法 两大体系,系统阐述试验流程、关键指标及常用仪器。
1.前期准备
步骤主要内容关键文件/依据① 确定设计类型高模量沥青混合料、密级配沥青混合料、SMA、半柔性复合面层等《城镇道路高模量沥青混合料设计与施工技术规范》[2]② 材料取样与基本试验粗细集料、矿粉、沥青(或改性沥青)分别进行筛分、密度、吸水率、软化点、针入度等试验《公路工程集料试验规程》JTG E42、《沥青试验规程》JTG E20③ 确定理论最大相对密度采用最大理论密度仪或理论计算法得到混合料的最大相对密度(Gmm)《公路沥青路面施工技术规范》[3]
2.目标配合比设计(实验室试验)
(1)设计级配的确定
根据道路等级、交通量、气候等要求,选取 工程设计级配范围(如0.075 mm、2.36 mm、4.75 mm等筛孔通过率的中值)[4]。
在该范围内 设计1–3组不同的矿料级配,作为试验对象[5]。
(2)试验配合比的制备
拌和温度:依据沥青种类确定,一般150–165 ℃(改性沥青略高)[6]。
成型温度:沥青混合料击实成型温度140–145 ℃[7]。
试件尺寸:直径101.6 mm,高63.5 mm(马歇尔试件)[8]。
(3)马歇尔试验(常规配合比)
试验指标典型要求(示例)空隙率(VV)3%–6%(SMA ≥ 3%)[9]矿料间隙率(VMA)≥ 11%(SMA ≥ 17%)[10]
(五)水泥混凝土配合比设计试验
水泥混凝土配合比设计实验的基本流程与要点
1、明确设计要求
确定混凝土的目标强度等级、耐久性、抗渗性、工作性(坍落度、坍落扩展度)等指标。
2、材料选取与性质试验
选用符合工程和环境条件的水泥、细骨料、粗骨料、外加剂等。
对每种材料进行常规检测(比表面积、含泥量、含水率、粒径分布等),为配合比计算提供基准数据。
3、初步配合比计算
(1)依据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55‑2011)或相应行业标准,先用经验公式或查表确定水灰比、单位用水量、砂率等,得到各组分的质量或体积比
(2)常用的计算方法包括质量法、体积法或基于水胶比的直接换算。
(3)试拌与工作性调整(提出基准配合比)
(4)按初步配合比进行小批量试拌,测定坍落度、坍落扩展度、空气含量、密度等。
(5)根据试拌结果调节水量、减水剂或砂率,以满足规定的工作性要求,形成基准配合比。
4、强度验证与试验室配合比确定
(1)以基准配合比为基础,制作标准尺寸(150 mm × 150 mm × 150 mm)或立方体试件,进行养护后在7 d、28 d进行抗压强度试验。
(2)若强度未达标,调整水灰比、掺合料用量或外加剂配比,重复试拌直至满足设计强度,确定试验室配合比。
5、现场配合比换算
(1)根据现场骨料的实际含水率、堆积密度等,校正试验室配合比,得到施工现场使用的配合比。
(2)换算时需考虑现场温度、湿度对拌和物工作性的影响。
6、配合比的综合检测
除抗压强度外,还应进行:
(1)坍落度/坍落扩展度(评估流动性)
(2)空气含量(防冻、耐久性)
(3)单位重量(密实度)
早期强度推定(如快硬强度法)以加快配合比确认。
(六)沥青混合料车辙试验
用于评价沥青混合料在高温下的抗永久变形(车辙)能力,是配合比设计、材料质量控制以及路面耐久性评估的关键指标。
动稳定度(DS)或车辙耐受指数(RT‑Index)越大,说明材料抗车辙性能越好,常用于高速公路、城市快速路等高等级路面材料的选用与检验。沥青混料车辙试验是评估高温抗永久变形能力的标准实验,核心在于在规定温度、轮压和循环条件下,通过轮胎往返碾压测定车辙深度并计算动稳定度或车辙耐受指数。遵循《公路工程沥青及沥青混料试验规程》(JTG E20‑2011)或相应的国际标准(ASTM D8360‑22)可确保结果的可比性和可靠性。通过严格的试件制备、设备校准和数据处理,可为道路设计、材料选用和质量控制提供科学依据。
试验步骤(简要)
1、预热:将试件放入恒温箱,升至试验温度并保持30 min。
2、装载:将试件固定在试验台上,校准轮压。
3、启动循环:轮胎在同一轨迹上往返行走,记录每次循环的车辙深度。
4、数据采集:在规定的循环次数或车辙深度达到阈值(如8 mm)时停止。
5、结果计算:读取车辙深度‑循环次数曲线,计算动稳定度或RT‑Index。