DB13T 2021-2014 公路工程瀝青混合料熱物理參數(shù)測試規(guī)程

03.220.20R

04DB13

of

Thermal

Physical

Highway

Bitumen

河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局

DB13/T

2021—2014前 言本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T

1.1-2009給出的規(guī)則起草。本規(guī)程由河北省交通運(yùn)輸廳提出。高速公路邢汾管理處、河北省道路結(jié)構(gòu)與材料工程研究中心。斌、張尚龍、張永利、李鵬、韓建收。IDB13/T

2021—2014公路工程瀝青混合料熱物理參數(shù)測試規(guī)程1

范圍本規(guī)程規(guī)定了公路工程瀝青混合料導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、比熱容測試方法及瀝青比熱容測試方法。本規(guī)程適用于各種瀝青混凝土和瀝青碎石混合料。2

規(guī)范性引用文件凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T

10297 非金屬固體材料導(dǎo)熱系數(shù)的測定

JTG

E20 3

術(shù)語與定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1熱流密度單位時間單位面積截面?zhèn)鬏數(shù)臒崃?，又稱熱通量，單位為J/(m2.s)。3.2導(dǎo)熱系數(shù)熱導(dǎo)率，單位為W/(m·K)，用

表示。3.3導(dǎo)溫系數(shù)乘積之比，也稱熱擴(kuò)散率或熱擴(kuò)散系數(shù)，單位為m2/s，用

表示，可由下式計算：

c式中：

——導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；

——密度，kg/m3；c——比熱容，kJ/(kg·K)。1DB13/T

2021—20143.4比熱容表征物質(zhì)的熱慣性，數(shù)值上等于單位質(zhì)量的瀝青混合料或瀝青溫度升高1℃所需吸收的熱量，單位為kJ/(kg·K)，由下式表示：

式中：c——比熱容，kJ/(kg·K)；Q——物體吸收的熱量，；m——物體的質(zhì)量，；

——物體吸熱后溫度的上升值，K。4

瀝青混合料導(dǎo)熱系數(shù)測試方法4.1 原理本規(guī)程采用瞬態(tài)熱線法測試瀝青混合料導(dǎo)熱系數(shù)。熱線法是測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的一種非穩(wěn)態(tài)方法。確定試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。

q4dTid

/dt

…………（1）式中：

——導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；——電阻絲發(fā)熱量，kJ；

——電阻絲的溫升，K；——加熱時間，s；

——電阻絲的升溫對時間對數(shù)的導(dǎo)數(shù)，表示電阻絲溫升隨時間變化的快慢程度。4.2 儀具與材料4.2.1

為

0.005W/（m×K）；電源為

溫度需在環(huán)境箱中實現(xiàn)。4.2.2

5

30mm。4.2.3砝碼

2

2DB13/T

2021—2014圖1 瀝青混合料導(dǎo)熱系數(shù)測試裝置示意圖4.3 方法與步驟4.3.1試樣制備料試件。現(xiàn)場鉆芯取樣應(yīng)按照J(rèn)TG

0710方法進(jìn)行，直徑不小于50mm。將制作好的瀝青混合料圓板試件可切割成兩個100mm×50mm×50mm的長方體，兩個試樣為一組進(jìn)行測試。兩個試樣的切割尺寸可隨瀝青混合料公稱最大粒徑尺寸的增加適當(dāng)增加。試件表面應(yīng)除去浮粒，可用無水乙醇進(jìn)行擦拭清洗，室溫存放，保持表面清潔、干燥。4.3.2 測試步驟4.3.2.1 試驗時，試件應(yīng)處在一個恒定的溫度環(huán)境下，試驗室溫度變化控制在±2℃以內(nèi)。4.3.2.2 取其中一塊試樣平置于試驗臺，將熱線感應(yīng)器探頭放在試樣切割面中心，然后將另一塊試樣的切割面完全覆蓋在探頭上，其上放置砝碼，使試樣與熱線感應(yīng)器之間接合緊密。4.3.2.3 打開電源，開啟導(dǎo)熱系數(shù)測定儀及計算機(jī)，啟動測試軟件，設(shè)置每組測試時間為

4.3.2.4 在

1.3V～4.0V

測軟件中的溫升曲線趨于平緩時，保持該加載電壓不變。4.3.2.5 點(diǎn)擊開始測試，試驗過程中計算機(jī)實時給出熱線感應(yīng)器探頭溫度隨時間的變化曲線。一組試樣至少連續(xù)測試

5

次，測試結(jié)束后，保存文件。4.4 結(jié)果計算試驗測試軟件從熱線感應(yīng)器探頭溫度隨時間變化曲線中回歸得到斜率

熱線感應(yīng)器探頭電阻絲發(fā)熱量，由式（1

，精確至0.001W/(m·K)。4.5試驗報告3DB13/T

2021—20144.5.1

k

測定值的平均值作為試驗結(jié)果。當(dāng)測試次數(shù)

n

為

次時，k

效試驗。4.5.2 報告中需注明試驗溫度、試驗用時、集料類型、瀝青類型、瀝青混合料類型、試樣來源、成型或加工方法、試樣尺寸、空隙率、密度、瀝青用量、瀝青飽和度及礦料間隙率等信息。5

瀝青混合料導(dǎo)溫系數(shù)測試方法5.1 原理本規(guī)程采用瞬態(tài)熱流法測試瀝青混合料的導(dǎo)溫系數(shù)。測量原理：給平面熱源通以一定形式(階躍或脈沖式)的加熱電流

，使其對材料進(jìn)行加熱，同時用熱電阻測量距熱源為x位置處材料的溫度變化

，根據(jù)熱源-試樣測量系統(tǒng)的傳熱數(shù)學(xué)模型及其非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程的解析解，按式（2）進(jìn)行導(dǎo)溫系數(shù)計算。測試裝置示意圖見圖2。)22 0ierfc)22 0

2

t2

T

(,t

)TT1

(0,t1

)T0

1

t1t2

…………（2）式中：ierfc

(

2

t2

)

——高斯補(bǔ)誤差函數(shù)的一次積分，可從表

1

；

——瀝青混合料試樣2的厚度，mm；

——瀝青混合料試樣2的導(dǎo)溫系數(shù)，10m/s；t2

——導(dǎo)溫系數(shù)測試的傳溫終了時刻，s；T2

(,

t2

)——導(dǎo)溫系數(shù)測試終了時刻距熱源為

位置處試樣的溫度；

——試驗開始前試樣1和試樣2表面的初始溫度；T1(0,t1)——導(dǎo)溫系數(shù)測試開始時刻距熱源位置為0t1

——導(dǎo)溫系數(shù)測試的傳溫初始時刻，s。注：在試驗過程中，需要測量試樣兩個截面的溫升隨時間變化的關(guān)系，先帶入式（2）求得誤差函數(shù)變量值，再通過補(bǔ)誤差函數(shù)表示出因變量，計算導(dǎo)溫系數(shù)值。4DB13/T

2021—2014圖2 瀝青混合料導(dǎo)溫系數(shù)測試裝置示意圖5.2 儀具與材料5.2.1

電阻兩枚，直徑

恒流電源一個，絕熱裝置一套。測試裝置示意圖見圖

2，其中，RS、Rb5.2.2 游標(biāo)卡尺：精度

5.2.3 秒表：精度

5.3 方法與步驟5.3.1試樣制備采用室內(nèi)成型的瀝青混合料車轍板試件，從車轍板切取尺寸為150mm×150mm×50mm的試樣2塊（見試樣2的高度可根據(jù)瀝青混合料公稱最大粒徑適當(dāng)調(diào)整。試樣表面應(yīng)保持平整、清潔，試樣各相鄰面均應(yīng)呈準(zhǔn)確的直角，盡量避免存在疤痕、裂縫等缺陷，以免測試結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。5.3.2測試步驟5.3.2.1分別測量試樣

2

，精確到

于±2mm。5.3.2.2 將平面加熱片放置在試樣

1

2

2。兩個熱電阻分別放在加熱片與試樣

2

之間和試樣

2

3

緊密，避免形成縫隙，并使絕熱裝置密封。打開各儀器，檢查性能，確保工作正常。5uierfc(u)uierfc(u)uierfc(u)0.000.56420.700.12011.400.01270.100.46980.800.09121.500.00860.200.38660.900.06821.600.00580.300.31421.000.05031.700.00380.400.25211.100.03651.800.00250.500.19961.200.02601.900.00160.600.15591.300.01832.000.0010DB13/T

2021—20145.3.2.3 試驗開始時，對兩個熱電阻各讀數(shù)一次，其分別測試的是試樣

1

和試樣

2

的表面溫度。當(dāng)兩

穩(wěn)后反算得到導(dǎo)溫系數(shù)值后反算得到導(dǎo)溫系數(shù)值 ，精確到0.001×10

m

/s。5.3.2.4 設(shè)定數(shù)據(jù)采集器，每隔

1

分鐘對熱電阻溫度進(jìn)行一次記錄。加熱

5.4結(jié)果計算由計算機(jī)記錄的試樣1和試樣2表面溫度隨時間變化的曲線T1(t)、

T2(t)中，取加熱開始后12min～14min之間任意時刻記為導(dǎo)溫初始時刻

，導(dǎo)溫終了時刻

比延后1min～2min，分別讀取各時刻對應(yīng)溫度值T1

(0,t1)

、T2

(,

t2)ierfc

值，通過表1查取

的值，然

表1 高斯補(bǔ)誤差函數(shù)表5.5 試驗報告當(dāng)一組測值中的某個測定值與平均值之差大于標(biāo)準(zhǔn)差的5.5 試驗報告n進(jìn)行3次試驗。試樣尺寸、空隙率、密度、瀝青用量、瀝青飽和度及礦料間隙率等信息。6

瀝青混合料比熱容測試方法6.1 原理本規(guī)程采用絕熱量熱法測試瀝青混合料比熱容。將質(zhì)量為m的試樣裝入量熱器，并使其處在絕熱環(huán)測量通入量熱體系的電能Q和由此引起的溫升

，求出試樣的比熱容c。6.2儀具與材料6.2.1配置絕熱量熱法測試裝置如圖

3

于

0.1mV

和

0.1℃）。6DB13/T

2021—2014圖3 瀝青混合料絕熱量熱法比熱容測試裝置示意圖6.2.2 天平

1

臺：精度

6.2.3 秒表：精度

6.3 方法與步驟6.3.1 試樣制備本試驗按JTG

E20成型瀝青混合料圓柱體試件，或在工程現(xiàn)場鉆芯取樣，將其切割成與量熱器內(nèi)徑和高度尺寸相匹配的圓柱體試件，誤差不超過±2mm，并保持清潔干燥。試件直徑和高度可根據(jù)瀝青混合料公稱最大粒徑適當(dāng)調(diào)整。沿試樣中軸線全高鉆孔，孔徑以剛好插入鉑電阻溫度計為宜。6.3.2 測試步驟6.3.2.1 稱取量熱器的質(zhì)量，精確至

溫度計貼合緊密，稱取量熱器和試樣的總質(zhì)量，精確至

0.01g。計算試樣質(zhì)量

m。7

DB13/T

6.3.2.2 按圖

3

裝好量熱器，插入鉑電阻溫度計連接線路，并將示差熱電堆、絕熱屏等裝好。應(yīng)確保

6.3.2.3 初期恒溫

。當(dāng)量熱器的溫度已穩(wěn)定或者變化很小時，每分鐘測量并記錄量熱器的溫度一次，連續(xù)記錄

5

個讀數(shù)。6.3.2.4 主期升溫

。在初期結(jié)束的同時，給加熱器通電60℃）時，主期結(jié)束，末期開始。6.3.2.5 末期恒溫

。當(dāng)量熱器的溫度已穩(wěn)定或者變化很小時，每分鐘測量并記錄量熱器的溫度一次，連續(xù)記錄

5

個讀數(shù)。6.3.2.6 量熱器比熱

6.3.2.2～6.3.2.5

計算量熱器溫升計算量熱器溫升

，量熱器吸收的熱能

，量熱器的比熱。

式中：

——空載下量熱器溫升，K；——空載下量熱器末溫，K；——空載下量熱器初溫，K。

…………（4）式中：——空載下通入量熱器的熱能，；

——空載下通入加熱器電流的平均值，A；——空載下加熱器兩端電壓的平均值，V；

——通電加熱時間，s。

…………（5）

式中：——量熱器的比熱容，kJ/(kg·K)；6.4 結(jié)果計算8DB13/T

2021—2014

算見式（8）。

…………（6）式中：

——量熱器和試樣的溫升，K；——量熱器末溫，K；

——量熱器初溫，K；

…………（7）式中：e

——裝入試樣后通入量熱器的熱能，kJ；

……（8）

——通入量熱器和試件的熱能，kJ；法、試樣尺寸、空隙率、密度、瀝青用量、瀝青飽和度及礦料間隙率等信息。

——加熱器兩端電壓的平均值，V；——通電加熱時間，s。式中：——試樣的比熱容，kJ/(kg×K)；e

——量熱器和試樣的溫升，K；——量熱器的比熱容，kJ/(kg×K)；m——試樣質(zhì)量，kg。6.5試驗報告當(dāng)一組測值中的某個測定值與平均值之差大于標(biāo)準(zhǔn)差的k倍時，該測定值應(yīng)予舍棄，并以其余測定

n1.46、1.67、1.82，至少進(jìn)行三次試驗。A9DB13/T

2021—2014附錄 A（資料性附錄）瀝青比熱容測試方法A.1原理熱容。A.2儀具與材料A.2.1 功率補(bǔ)償型差式掃描量熱儀。技術(shù)參數(shù)要求：測量范圍0mW～300mW，解析度0.01mW，靈敏度0.AC

220V/50Hz。測試裝置示意圖見圖A.1。A.2.2 A.2.3 天平：精度0.1mg。A.2.4 秒表：精度0.1s。A.2.5鑷子。圖A.1 瀝青比熱測試裝置示意圖A.3 方法與步驟10DB13/T

2021—2014A.3.1 試樣制備青刮下，并使其呈圓團(tuán)狀，稱取其質(zhì)量m1，精確至0.1mg，要求試樣質(zhì)量不宜超過5mg。將樣品放于試完畢。A.3.2 測試步驟A.3.2.1稱取參比物質(zhì)量m2，精確至0.1mg。A.3.2.2 根據(jù)試驗?zāi)康倪x取相應(yīng)溫度范圍，瀝青比熱容測溫范圍為-30℃～180℃。將掃描程序分為三掃描速率為10℃/min；末期恒溫保持2min。A.3.2.3 啟動量熱儀，待加熱穩(wěn)定后即可開始掃描。掃描前需先設(shè)置爐溫使其接近室溫，以免爐溫與外界溫差過大。A.3.2.4 將爐溫設(shè)置好后，把新壓制好的兩個空皿分別放入試樣爐和參比爐中，按初期恒溫、中間升溫、末期恒溫的溫度掃描程序進(jìn)行基線掃描。A.3.2.5 在爐溫達(dá)到設(shè)定值時，將試樣爐中的空皿取出，將待測樣品皿放入爐中，將另一個試樣爐中的空皿取出，將參比物樣品皿放入爐中，按與基線掃描相同的程序進(jìn)行掃描。A.3.2.6 每個掃描過程中，計算機(jī)以文件形式給出熱流率隨溫度變化曲線，保存文件，打印曲線圖。A.4結(jié)果計算

、y1及

y2兩者質(zhì)量，通過式（A.1）計算試樣的比熱容值：圖A.2 瀝青比熱容測試熱流率曲線圖1