道路桥梁沥青路面低温性能测力延度试验检测

1.沥青材料的低温特性

沥青是一种典型的温度敏感性粘弹性材料，其力学性能随温度变化呈现显著差异。当环境温度降至较低水平时，沥青材料内部会发生一系列复杂的物理化学变化：

1.1 粘度剧增与弹性模量上升

随着温度降低，沥青分子的热运动能力减弱，分子间相互作用力增强，导致材料整体粘度显著增大，弹性模量急剧升高。材料逐渐从粘弹性流体向弹性固体转变。

1.2 应力松弛能力衰退

低温限制了沥青分子链段的运动与重排能力，使其在承受外部荷载（特别是快速加载或温度骤降产生的温度应力）时，难以通过内部粘性流动有效消散应力。应力松弛时间延长，应力积累加剧。

1.3 韧-脆转变

这是沥青低温性能的核心特征。在较高温度下，沥青表现出良好的韧性，能够通过较大的塑性变形吸收能量；而在低温临界点以下，材料韧性急剧下降，脆性显著增加。此时，材料在较小变形下即可能发生脆性断裂，抗裂性能严重恶化。

2.沥青路面低温性能测力延度试验检测方法

测力延度试验是对传统延度试验的重要改进，它在测量沥青试件低温拉伸至断裂时最大延伸长度的同时，持续同步记录拉伸过程中施加的荷载（拉力），从而获得荷载-位移（或荷载-时间）曲线。这为深入分析沥青低温下的力学行为提供了丰富信息。

2.1 试验原理

试验核心在于将标准尺寸（通常为“ 8^′′ 字形或矩形截面长条）的沥青试件置于恒定的低温环境中（根据工程所在地气候或规范要求设定），使其充分达到试验温度并在此温度下保持恒温。然后，以规定的恒定速率对试件两端施加拉伸荷载，直至试件完全断裂。在整个拉伸过程中，高精度的力传感器实时测量施加的拉力（F），位移传感器（或通过拉伸速度与时间计算）精确记录试件的延伸长度（L）。通过记录 F 和 L（或时间 t），即可绘制出反映沥青材料低温拉伸特性的荷载-位移（F-L）曲线或荷载-时间（F-t）曲线。

2.2 试验设备与关键参数

（1）延度仪：配备精密温控系统（低温水浴或空气浴），确保试验期间温度稳定均匀；具有可调速的拉伸装置（通常为电机驱动螺杆或液压系统）；配备高灵敏度力传感器（量程和精度需满足沥青测试要求）和高分辨率位移传感器（或精确的位移测量机构）。

（2）试件模具：用于浇筑成型标准尺寸的沥青试件（如总长约 100mm 以上，有效拉伸截面尺寸如 10mmx10mm 或特定“ 8^′′ 字形截面）。

（3）关键控制参数：试验温度(T):依据研究目的或规范要求设定，是影响结果最敏感的参数之一。拉伸速率(V):通常采用较低的恒定速率（如1cm/min,5cm/min 等），以模拟低温下相对缓慢的应力累积过程。速率过快会高估脆性，过慢则可能引入蠕变影响。

（4）试件尺寸与形状：标准化的尺寸保证结果可比性。“ 8^′′ 字形试件有助于断裂发生在有效截面区域。

2.3 标准化试验流程

（1）试样制备：将熔融的沥青试样小心注入预涂隔离剂的模具中，避免产生气泡。在室温下冷却一定时间后，移入规定低温环境继续冷却。

（2）恒温处理：将冷却后的试样连同模具（或脱模后的试样）置于已精确控温至目标试验温度的延度仪水浴/空气浴中。保证试样在规定温度下恒温保持足够长的时间，确保试样内部温度均匀且达到设定值。

（3）装样与对中：将恒温后的试样小心安装在延度仪的夹具上，确保试样的纵轴与拉伸方向严格对齐，且有效拉伸部分完全浸没在恒温介质中。

（4）参数设置与清零：设置好预设的拉伸速率、目标拉伸距离（通常大于预期断裂长度）。对力传感器和位移测量系统进行清零操作。

（5）开始试验与数据采集：启动拉伸装置，开始以恒定速率拉伸试样。数据采集系统同步、连续记录拉力(F)和位移(L)（或时间t）。

（6）试验终止：持续拉伸直至试样完全断裂（表现为拉力骤降至零或接近零）。

（7）数据处理：试验结束后，系统自动或手动保存F-L 或F-t 曲线数据。计算关键指标，如峰值拉力、断裂时的延伸长度（延度值）、断裂能、曲线形态特征等。

3.试验结果与分析方法

3.1 典型曲线形态及其物理意义

低温沥青的测力延度曲线通常呈现以下几种典型形态，反映了不同的失效模式：

（1）高韧性型：曲线具有明显的屈服平台（荷载达到峰值后在一段位移范围内保持相对稳定或缓慢下降），随后荷载才逐渐下降至断裂。断裂延伸长度长。这表明材料在低温下仍具有较好的塑性流动能力，能通过较大的塑性变形耗散能量，抵抗应力集中和裂纹扩展的能力强，低温抗裂性能优异。

（2）韧-脆过渡型：曲线存在一个显著的峰值荷载点，峰值后荷载随位移增加而快速下降，但断裂延伸长度中等。表明材料在达到一定应力水平后发生屈服或局部损伤，但后续的裂纹扩展相对较快。抗裂性能中等。

（3）脆性型：曲线表现为荷载随位移几乎线性上升，在达到一个相对尖锐的峰值后急剧下降至断裂，断裂延伸长度很短。这表明材料在低温下表现为典型的脆性断裂，几乎没有塑性变形能力。峰值荷载点即对应裂纹萌生点，裂纹一旦产生便迅速失稳扩展。这种材料的低温抗裂性能最差，极易开裂。

3.2 关键评价指标分析

（1）峰值拉力：反映沥青材料在低温拉伸过程中所能承受的最大拉应力（需结合试件截面换算）或最大抗力。峰值拉力越高，表明材料抵抗裂纹萌生的能力越强。然而，过高的峰值拉力若伴随很低的延度，则可能意味着材料过脆。

（2）断裂延：即试件断裂时的延伸长度（通常以cm 计）。直接反映材料在断裂前所能承受的最大塑性变形能力。较高的断裂延度值意味着材料在开裂前能通过较大变形松弛更多的温度应力，降低应力累积水平，是良好低温抗裂性的重要标志。

（3）断裂能：定义为荷载-位移曲线下从拉伸开始到断裂点所包围的面积（单位： J/m² ）。这是评价低温抗裂性能最具综合性的指标。它同时包含了材料抵抗裂纹萌生和抵抗裂纹扩展的能力。断裂能越高，表明材料在断裂过程中吸收的总能量越多，其低温抗裂性能通常越好。高韧性型曲线的断裂能远高于脆性型曲线。

（4）曲线形态参数：如峰值后的荷载衰减速率（反映裂纹扩展阻力）、是否存在屈服平台及其长度等，这些特征提供了关于材料失效模式和韧脆程度的定性或半定量信息。

结语：

本文围绕道路工程中沥青路面的低温性能，系统地研究了沥青材料的低温特性，详细介绍了测力延度试验检测方法。通过测力延度试验，能够获取反映沥青低温拉伸特性的荷载-位移曲线，识别不同的失效模式，同时利用关键评价指标对沥青的低温抗裂性能进行量化评估。这不仅有助于深入理解沥青材料在低温下的力学行为，还为实际工程中选择合适的沥青材料、优化沥青路面设计提供了科学依据。然而，本研究仍存在一定的局限性，例如试验环境与实际工程环境可能存在差异，未来需要进一步开展现场试验和长期监测，以验证试验结果的可靠性和适用性。此外，还可以探索更多的评价指标和分析方法，以更全面、准确地评估沥青路面的低温性能。

参考文献：

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[2]郑茂，何安正，梁明辉等.基于测力延度试验的改性沥青低温性能评价[J].公路交通科技，2025（1）：31-43.