直接拉伸实验依据GBT标准检测沥青混合料低温抗裂性能

低温抗裂性能是沥青混合料在寒冷地区路面应用的核心指标，直接决定路面能否抵御冬季温度骤降带来的收缩应力。直接拉伸实验作为GBT标准规定的低温抗裂检测方法，因能直接模拟混合料的拉伸断裂过程、量化关键抗裂参数，成为工程中验证材料性能的重要手段。本文结合GBT 23801-2009等标准要求，详细梳理实验的依据、操作细节及结果分析要点，为技术人员提供实用的检测参考。

直接拉伸实验的GBT标准依据

我国沥青混合料低温抗裂性能的直接拉伸实验，主要遵循GBT 23801-2009《沥青混合料低温抗裂性能试验方法 直接拉伸法》。该标准明确适用范围：覆盖热拌沥青混合料（AC、SMA、OGFC等）及再生沥青混合料，旨在通过测定低温下的拉伸强度、断裂应变等指标，评价材料抵抗拉伸断裂的能力。

标准中，实验目的与路面实际工况紧密关联：冬季路面因温度下降产生收缩应力，若混合料拉伸强度不足或变形能力差，会引发裂缝。直接拉伸实验通过模拟这一“拉伸”状态，直接反映材料的抗裂潜力，与低温弯曲试验（GBT 2651-2008）形成互补——后者侧重弯曲状态，前者更贴近路面收缩时的受力形式。

需注意的是，标准对实验条件的限定严格，如温度波动、拉伸速率等，均需按要求执行，否则结果将失去可比性。

直接拉伸实验的原理与核心指标

实验原理基于沥青混合料的低温力学特性：当温度降至沥青玻璃化转变温度附近时，沥青从黏弹性转为脆性，混合料变形能力骤降。实验通过在恒定低温（如-10℃、-15℃，依地区最低气温选择）下，以恒定速率拉伸试样，记录荷载-位移曲线至断裂，从而获取关键指标。

核心指标有三：一是拉伸强度（σ_t），即试样能承受的最大拉应力（MPa），反映“强度储备”；二是断裂应变（ε_t），即断裂时的相对变形量（%），反映“塑性变形能力”——应变越大，越能承受收缩变形；三是劲度模量（S_t），即拉伸强度与断裂应变的比值（MPa），反映“刚性”——模量过大说明材料太脆，易裂；过小则可能导致高温车辙。

例如，混合料A的σ_t=2.5MPa、ε_t=0.8%，混合料B的σ_t=2.0MPa、ε_t=1.2%，尽管A强度更高，但B的变形能力更强，综合抗裂性能更优。

试样制备的关键要求

试样质量直接影响结果准确性，标准对制备环节要求严格。首先是成型方式：需用旋转压实仪成型Φ100mm×h63.5mm的圆柱试件（模拟实际路面压实），再切割为Φ100mm×h50mm的试样——切割时两端面平行度误差需≤0.1mm，否则会导致应力集中，试样提前断裂。

其次是养生：成型后需在25℃±2℃环境中养生24小时，让混合料性能稳定；随后放入实验温度的恒温箱中保温≥4小时，确保试样内部温度均匀——若实验温度为-10℃，需保证试样中心温度达到-10℃，避免温度梯度影响结果。

最后是外观检查：试样表面不能有裂缝、离析等缺陷，否则需废弃。若试样存在离析（粗骨料集中），离析部位强度偏低，实验时会在此处断裂，结果无效。

实验设备与参数设定

实验设备包括三部分：一是直接拉伸试验机，需具备位移控制功能（荷载量程≥10kN）；二是温度控制箱，能维持实验温度恒定（波动≤±0.5℃）；三是传感器，荷载传感器精度≥0.5级，位移传感器精度≥0.01mm，用于记录数据。

参数设定是关键：拉伸速率需严格按标准设定为1mm/min——这一速率模拟路面缓慢收缩过程（如夜间降温），若速率过快，试样来不及变形，断裂应变会偏小；过慢则效率低下。

夹具选择需注意：需用“柔性夹具”（如垫橡胶垫或带螺纹的夹具），避免夹持处应力集中。若用刚性夹具，试样易在夹持处断裂，结果无效。

实验操作的步骤细节

第一步是试样准备：取出恒温后的试样，用游标卡尺测直径和高度（各测3点取平均），计算横截面积；检查两端面平行度，误差超0.1mm需重新切割。

第二步是安装试样：将试样放入温度控制箱的夹具内，调整夹具使试样中心与夹具中心对齐——若不对齐，试样会受偏心力，断裂位置偏移。随后安装位移传感器，确保传感器与试样轴线平行。

第三步是启动实验：确认温度达标后，以1mm/min速率拉伸试样。实验中不得打开恒温箱门，避免温度波动；观察断裂位置，若在试样中间1/3区域（距两端各16.7mm内），结果有效；若在夹持处或边缘，需重新实验。

第四步是结束实验：试样断裂后，保存荷载-位移曲线；取出试样观察断裂面，若断裂面平整，说明混合料均匀；若有粗骨料突出，可能是离析导致。

实验结果的计算与分析要点

结果计算需按标准公式执行：拉伸强度σ_t=P_max/A（P_max为最大荷载，A为横截面积）；断裂应变ε_t=(ΔL/L₀)×100%（ΔL为断裂位移，L₀为试样初始高度）；劲度模量S_t=σ_t/ε_t（ε_t用小数形式）。

分析时需综合三个指标：例如某AC-13混合料的σ_t=2.2MPa、ε_t=0.9%、S_t=2444MPa，若地区最低气温-15℃，根据经验，S_t在2000-3000MPa、ε_t＞0.8%时，抗裂性能较好。若另一混合料σ_t=2.5MPa但ε_t=0.6%、S_t=4167MPa，尽管强度高，但太脆，易开裂。

此外，荷载-位移曲线形状也能反映性能：上升段平缓说明变形能力好，上升段陡说明刚性大；下降段平缓说明断裂后仍有承载能力，下降段陡则抗裂性差。

实验中的常见问题及解决方法

常见问题一：试样在夹持处断裂。原因是夹具太硬或中心不对齐。解决方法：换柔性夹具（如带橡胶垫），安装时用水平仪调中心。

常见问题二：结果离散性大（同一批试样偏差超10%）。原因是成型不均匀、温度波动或拉伸速率不稳。解决方法：严格控制成型工艺（如旋转压实50次、温度150-160℃），校准恒温箱温度，检查试验机速率。

常见问题三：曲线无明显峰值。原因是拉伸速率过快或沥青标号太高（低温下偏软）。解决方法：调速率至1mm/min，或选更低标号沥青（如-15℃地区用90号）。

常见问题四：位移传感器数据不准。原因是安装松动或校准过期。解决方法：固定传感器，每半年送计量机构校准。