瀝青流變特性研究

瀝青的流變特性STUDYONTHERHEOLOGICAL

PERFORMANCE

OF

ASPHALT

AND

MORTAR山東省交通科學(xué)研究所2014-12樊亮1、常規(guī)指標(biāo)中的變異性2、瀝青流變學(xué)研究的一般現(xiàn)狀3、常規(guī)指標(biāo)體現(xiàn)出來的流變特性4、流變指標(biāo)與混合料性能的關(guān)聯(lián)性5、一些發(fā)展瀝青混凝土路面的受力原理混合料的強度和穩(wěn)定性有別于一般固體的概念，這與其中瀝青及膠泥性能相關(guān)，從而造成與荷載、溫度、荷載頻率之間的復(fù)雜關(guān)系。瀝青在這些條件因素下的行為機制值得關(guān)注。對于這些機制，常規(guī)指標(biāo)力不從心對于這些機制，常規(guī)指標(biāo)力不從心常規(guī)試驗誤差大！針入度試驗條件：溫度、砝碼+針重、錐入時間。（MAC：4℃、200g、60s）注意事項：桿的自由下落（日常維護）；

樣品澆注表面的氣泡處理：吹氣、火燎

扎針位置：距離邊緣距離大于10mm。

計算PI時，相關(guān)系數(shù)要大于0.997.

這項試驗的條件性極強，必須嚴(yán)格規(guī)范！范進(jìn)行目前針入度分級的主要標(biāo)準(zhǔn)可以衍生眾多指標(biāo)：針入度指數(shù)當(dāng)量軟化點當(dāng)量脆點塑形范圍操作步驟要規(guī)范和嚴(yán)謹(jǐn)！2、感溫性瀝青的感溫性（即溫度敏感性）是指在給定溫度變化下，瀝青的針入度或粘度的變化。它是決定瀝青使用時的工作性質(zhì)以及瀝青面層使用性能的重要指標(biāo)。通常采用瀝青粘度隨溫度而變化的特點（粘-溫關(guān)系）來評價瀝青的感溫性。針入度指數(shù)PI針入度粘度指數(shù)PVN粘溫指數(shù)VTS感溫性指標(biāo)計算依據(jù)溫度范圍針入度指數(shù)Pipen-TRB25C針入度及軟化點25-軟化點針入度指數(shù)Pipen-Fr25C針入度及弗拉斯脆點25-脆點針入度指數(shù)PIpen15、25、30C針入度15-30、5-25針入度指數(shù)PIVIS軟化點及0.2Pa.s等粘溫度軟化點-施工溫度針入度粘度指數(shù)PVN25C針入度及60C粘度25-60針入度粘度指數(shù)PVN25C針入度及135C粘度25-135粘溫指數(shù)VTS60C、135C粘度60-135瀝青等級指數(shù)CI25C針入度、軟化點、60C、135C粘度25-135針入度指數(shù)PI通?？梢韵茸?~4個不同溫度（如5℃、15℃、25℃、30℃或15℃、25℃、30℃、35℃）時的針入度試驗，并將試驗結(jié)果點在半對數(shù)坐標(biāo)紙上，它應(yīng)該很接近一根直線。然后用回歸分析法計算得直線的斜率A?，F(xiàn)在有些國家已在瀝青標(biāo)準(zhǔn)中納入了PI指標(biāo)。例如，荷蘭對針入度80~100的瀝青其PI應(yīng)有-1.2~1.0之間；西班牙和瑞士等國都規(guī)定PI應(yīng)在-1.0~+1.0范圍內(nèi)；前蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)TOCT22245—90規(guī)定普通石油瀝青的PI應(yīng)在-1.5~1.0范圍內(nèi)，改性瀝青的PI應(yīng)在-1.0~+1.0范圍內(nèi)。中國規(guī)定PI應(yīng)在-1.0~+1.0范圍內(nèi)。軟化點：傳統(tǒng)經(jīng)典高溫指標(biāo)注意事項：升溫速度5℃/min。一般情況下，過高則軟化點高，反之低。儀器檢查：檢查鋼球在定位環(huán)內(nèi)能否無障礙下落；避免生銹的鋼球使用；定期檢查鋼球質(zhì)量（3.5±0.05g）是否損失。對于某些改性瀝青，要注意澆樣溫度的選擇。和規(guī)范的把握延性是瀝青在外力作用下發(fā)生拉伸變形而不破壞的能力，用延度表示。瀝青延性是由于瀝青呈環(huán)和鏈狀化學(xué)結(jié)構(gòu)和膠體結(jié)構(gòu)，分子間位置可以進(jìn)行較大調(diào)整，試件能作較大的拉伸而不斷裂。

主要影響因素為內(nèi)因：化學(xué)組分、化學(xué)結(jié)構(gòu)(多環(huán)結(jié)構(gòu)膠體結(jié)構(gòu))(溶凝膠結(jié)構(gòu))；外因：試驗溫度，拉伸速度。延度的大小直接影響低溫變形能力。

延度：表征瀝青的延展能力、變形能力。注意事項：刮樣狀態(tài)：不要引起中間模塊附近的樣品斷裂（特別是老化殘留物）。原規(guī)程中“澆筑完試件后在室溫冷卻30-40min，然后置于規(guī)定試驗溫度的±0.1℃的恒溫水槽中，保持30min后取出，再刮平”，修改為在室溫中冷卻不少于1.5h，再刮平。（沒有必要將試件放入水中保溫，因為從水槽中取出來有水，再用熱刮刀刮平，會發(fā)生瀝青亂濺，容易燙傷人）動力粘度：表征瀝青流變特性，是理清粘度分級標(biāo)準(zhǔn)。溫度：60℃真空度：300±0.5mmHg100#、200#、400#、400R#

AI協(xié)會毛細(xì)管

注意事項：嚴(yán)格按照毛細(xì)管的澆樣標(biāo)線。粘度與車轍試驗相關(guān)性表觀粘度（旋轉(zhuǎn)粘度計）：溫度：135℃或其它溫度轉(zhuǎn)子：21#、27、29#轉(zhuǎn)速：20rpm或其他注意事項：扭矩：10-98%之間，若不在，則需要更換轉(zhuǎn)子或改變轉(zhuǎn)速設(shè)置。粘溫曲線的繪制：不適合改性瀝青，但可以進(jìn)行施工溫度的選擇參考。特種改性瀝青（橡膠等）0.17Pa.s0.28Pa.s離析問題規(guī)范問題樣品桶的問題目前國內(nèi)外，都在尋求一種與路用性能相關(guān)的瀝青評價指標(biāo)和體系！瀝青品種相對容易開發(fā)，困難的是其施工特性的表征。如何用？如何用的更好？只有了解了一個產(chǎn)品的施工特性，才能明白一種產(chǎn)品的優(yōu)勢。這是產(chǎn)品研發(fā)要注意的問題。瀝青品種相對容易開發(fā)，困難的是其施工特性的表征。如何用？如何用的更好？只有了解了一個產(chǎn)品的施工特性，才能明白一種產(chǎn)品的優(yōu)勢。這是產(chǎn)品研發(fā)要注意的問題。流變學(xué)測試是研究材料性能和結(jié)構(gòu)和一個很好的工具，許多材料的實際應(yīng)用都與某些流變形能相關(guān)。例如材料的可加工性與其粘度、剪切變稀、彈性和柔量有關(guān)；涂料的涂敷性能與其年度、剪切變稀、屈服應(yīng)力、結(jié)構(gòu)回復(fù)等性能有關(guān)。在開發(fā)新材料和對材料性能進(jìn)行評估的時候，針對這些最敏感的性能進(jìn)行研究，往往達(dá)到事半功倍的的效果。旋轉(zhuǎn)流變儀可以進(jìn)行分子量/分布測量、長支鏈含量測量、不相容體系界面張力、聚合物共混體系分散相例子形態(tài)確定、部分相容聚合物相分離過程、界面擴散等方面的研究工作，在加工條件、醫(yī)藥、化妝品、印刷、粘結(jié)劑上大量應(yīng)用[8]。1234一些簡單的現(xiàn)象反映礦粉與SBS、（單質(zhì)）結(jié)晶不同膠泥常溫可呈現(xiàn)低溫瀝青的某些性質(zhì)（疑似銀紋）BadSBSasphaltNeatasphaltinlowtemperatureSEAMAsphaltmortarSasobitinaspahlt我們的歷史無目的關(guān)聯(lián)！條件試驗的擴大化返樸歸真：力學(xué)、力學(xué)、力學(xué)----模量！?。∨Ｄ毯头涿弁瑯拥哪Ａ?，能是一樣的嗎？Deleta?。‖F(xiàn)在仍然過多強調(diào)的是模量~瀝青的表征與評價在評價瀝青材料的技術(shù)性能方面，國內(nèi)外許多工作者做出了大量研究成果，已經(jīng)形成了一套能夠反映瀝青技術(shù)性能的試驗體系和評價指標(biāo)，比如高溫穩(wěn)定性能指標(biāo)、低溫抗裂性能指標(biāo)、耐老化性能指標(biāo)、施工及安全指標(biāo)等。經(jīng)驗方法與材料應(yīng)用（受力）狀態(tài)的差異現(xiàn)采用的瀝青性質(zhì)測試方法，多依賴經(jīng)驗性、條件性測試過程，無法模擬瀝青材料在道路結(jié)構(gòu)中的環(huán)境狀態(tài)（受力、溫度、頻率等），與混合料性能的關(guān)聯(lián)性欠佳，不能正確評價瀝青膠結(jié)料的路用行為貢獻(xiàn)；這些方法也存在對一些改性瀝青適用性的問題，如針入度、軟化點等試驗方法容易對某些改性瀝青產(chǎn)生試驗假象，繼而影響材料性質(zhì)的誤判，缺乏具體應(yīng)用中的指導(dǎo)性。瀝青的表征與評價瀝青流變學(xué)研究有進(jìn)展但流變學(xué)測試條件需改進(jìn)國外在瀝青流變學(xué)測試技術(shù)上的研究開展較早，美國于上世紀(jì)90年代就開展了一系列瀝青流變學(xué)的研究工作，推出的Superpave路用膠結(jié)料性能評價方法和標(biāo)準(zhǔn)，在道路工程中瀝青膠結(jié)料的選擇和評價上提供了較為科學(xué)的借鑒；一些評價指標(biāo)如車轍因子、疲勞因子，以及多應(yīng)力重復(fù)蠕變用以評價瀝青永久性變形的方法，使瀝青材料的評價更貼近工程實際，更具有科學(xué)性和說明性。我國很多研究機構(gòu)也開始這方面的研究，并得到一些積極的研究成果。但縱觀其中，我們發(fā)現(xiàn)瀝青的流變學(xué)測試條件的模擬尚有待優(yōu)化，與混合料性能的相關(guān)性研究方面還有待深化。瀝青的表征與評價關(guān)于AASHTOTP71多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(MSCR)試驗方法商榷。有研究表明，在瀝青屈服應(yīng)力較小情況況下，3200Pa的應(yīng)力水平可使瀝青發(fā)生非線性破壞，材料不再保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而使試驗結(jié)果失去意義。道路服務(wù)期間的交通荷載的速度影響瀝青性能等級的選擇。有研究表明，荷載頻率增加或減少一個數(shù)量級，相應(yīng)的高溫臨界溫度會改變20℃，這種影響非常顯著；當(dāng)車速從50mph降至5mph時，瀝青高溫等級應(yīng)該改變3℃。不同溫度下，瀝青材料對應(yīng)變的依賴性如何。這在路面結(jié)構(gòu)行為解釋中有著明顯的意義?？傮w而言，從路用性能的解釋、模擬評價和表征目的出發(fā)，需要一系列新型測試模擬方法介入，流變測試技術(shù)為其一。常規(guī)指標(biāo)透露出的流變信息針入度—稠度不變溫度、荷重、貫入時間、溫度敏感性等T稠不適合改性瀝青，僅反映混合體系中基質(zhì)的低溫性能。針入度條件變化是流變特性的反映。常規(guī)指標(biāo)透露出的流變信息軟化點：是某個等效模量值對應(yīng)溫度值。一個流變過程中的點值。SampleSizeMeanStandardDeviationStatisticProb<WCorrespondingG*,Pa3913033.746152104.650230.963340.23012Correspondingphaseangle,o3982.240263.268410.878910.000578769常規(guī)指標(biāo)透露出的流變信息延度：變形能力、自愈能力的表征。延度在玻璃化轉(zhuǎn)化之前，粘彈態(tài)下測試為宜。某些混合體系或改性體系5℃-10℃延度試驗是不具有物理意義的。延度是模量特別是損耗模量、損耗因子的直接反映。延度反映出：基質(zhì)瀝青與膠泥體系是兩個明顯不同的體系（延度變化曲線）。常規(guī)指標(biāo)透露出的流變信息常規(guī)性能指標(biāo)多為流變特征中的某一個“點”值，易作標(biāo)準(zhǔn)化。常規(guī)指標(biāo)無“行為評估”功能，僅作固定條件下的“質(zhì)量評估”。流變學(xué)測試評價在“過程評價”“行為評估”方面上更具優(yōu)勢。與“模量”相關(guān)的指標(biāo)是表象，“損耗行為”是本質(zhì)。均勻性不同。流變指標(biāo)，你能做什么？流變指標(biāo)，你能做什么？玻璃化溫度與BBR的相關(guān)性，但更能反映材料的行為變化這些技術(shù)手段對瀝青有什么作用？！?。≌扯?！---需要！！但是不是關(guān)鍵的！！壓實溫度（℉）=300ω-0.012施工溫度與瀝青PG等級復(fù)合體系流變特性一些流變測試方法儀器檢測項目目的DSR試驗可以實現(xiàn)的內(nèi)容PG分級性能分級屈服行為、觸變性高溫性能評價、對性能分級影響模量、相位角等粘彈力學(xué)及結(jié)構(gòu)行為評價粘度、ZSV/LSV/HSV高溫性能評價、壓實影響蠕變與多重蠕變高溫性能評價壓縮-流出效應(yīng)高溫性能評價及涂覆效果評價相穩(wěn)定性、界面參數(shù)改性瀝青、膠泥內(nèi)部界面粘合與相穩(wěn)定性時間掃描與應(yīng)變疲勞疲勞次數(shù)及疲勞性能評價（交通量）溫度掃描及玻璃化寬溫度下瀝青狀態(tài)轉(zhuǎn)化及低溫性能評價頻率掃描、主曲線與松弛時間譜結(jié)構(gòu)松弛、頻率依賴性（速度）、性能分級影響B(tài)BR蠕變勁度與蠕變速率低溫性能評價美國TA公司AR2000EX流變儀美國CANNON公司BBR流變儀高溫性能彈性組成隨著粉膠比的增大而提高，這更多是礦粉帶來的模量增效。由此推論，高溫條件低頻狀態(tài)下，無機礦粉基本不改變基質(zhì)瀝青粘性、彈性組成比例，僅提高眾模量值；而對改性瀝青則改變粘、彈性比例，提高模量值，改變了膠泥體系的內(nèi)耗狀態(tài)。這一點可從瀝青膠泥的流變主曲線上獲得更詳細(xì)的信息高溫性能不同品牌的瀝青由于本身性質(zhì)的差異，在同樣礦粉摻配的膠泥的模量有所差別。SBS-I則比SBS-II具有更高的同粉膠比模量，對礦粉的敏感性也較強；同樣，低標(biāo)號基質(zhì)瀝青要比高標(biāo)號瀝青膠泥具有更高的模量和強度。由于不同產(chǎn)地礦粉的級配組成、親油系數(shù)和表面特性有所不同，形同粉膠比下也會形成不同性質(zhì)的膠泥系統(tǒng)。蠕變過程不可恢復(fù)柔量的比較溫度敏感性溫度范圍可隨意控制屈服性能應(yīng)力掃描方式可以獲得兩個重要的材料參數(shù)，粘彈性區(qū)間即臨界屈服應(yīng)力。前者即在不損壞材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況下半固體流體行為區(qū)間；后者則表達(dá)了剪切狀態(tài)下材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度。屈服應(yīng)力可以定義為材料不呈現(xiàn)流體行為時候所受到的最大應(yīng)力，即引起材料流動的最小剪切應(yīng)力。如果一個材料在現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定應(yīng)力水平下（100Pa）已經(jīng)發(fā)生非線性流動，則不宜使用性能分級進(jìn)行瀝青的等級評定。另外，屈服應(yīng)力作為一種評價材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的指標(biāo)，應(yīng)該也是瀝青抗變形（不可恢復(fù)塑性變形）能力的一種表征由于礦粉的過多參與，膠泥體系硬度很大，放在動態(tài)流變儀進(jìn)行測試時，很可能表現(xiàn)為屈服應(yīng)力太小，只有在很小的應(yīng)力水平下存在線性粘彈區(qū)間，這應(yīng)該是材料脫離粘彈性體或由試驗儀器條件限制造成的。瀝青及膠泥的屈服低溫性能玻璃化溫度與BBR的相關(guān)性，但更能反映材料的行為變化疲勞性能--DER疲勞性能--DERSBS頻率掃描與松弛特性頻率掃描與松弛特性界面粘結(jié)膠泥內(nèi)界面黏附的評價瀝青膠泥體系的內(nèi)界面與界面粘結(jié)瀝青的粘度變化、粘結(jié)力與破裂時模量瀝青膠泥體系的內(nèi)界面與界面粘結(jié)瀝青的粘度變化、粘結(jié)力與破裂時模量當(dāng)膠泥的復(fù)合模量接近30mPa（RB-CQ膠泥略為大些，為38mPa.）的時候，膠泥體系容易發(fā)生界面破裂行為或玻璃化轉(zhuǎn)變。此時膠泥體系的損耗模量和復(fù)數(shù)粘度相對穩(wěn)定，G''相對于儲能模量G'大出一個數(shù)量級，復(fù)數(shù)粘度|n*|中的動態(tài)剪切粘度n'相對穩(wěn)定，異相成分粘度n"有較大差別。而此溫度下的瀝青仍然保持各自不同的性質(zhì)，說明膠泥的界面粘結(jié)力與整體固結(jié)性與外加礦粉有著密切的關(guān)系。

|G*|G'G''tanδ|n*|n'n"

PaPaPa

Pa.sPa.sPa.s50-CQ2.68E+073.02E+062.66E+078.8265.36E+063.35E+073.79E+0650-YT2.80E+071.72E+062.80E+0716.285.61E+063.52E+072.16E+0670-CQ2.71E+074.60E+062.67E+075.7965.41E+063.35E+075.78E+0670-YT2.35E+073.97E+062.32E+075.8444.70E+062.91E+074.98E+0690-CQ2.66E+071.35E+062.66E+0719.695.33E+063.34E+071.70E+0690-YT3.00E+07313703.00E+07955.35.99E+063.77E+073.94E+0430-I-CQ3.80E+072.50E+063.79E+0715.177.59E+064.76E+073.14E+0630-I-YT3.28E+071.07E+063.27E+0730.636.55E+064.11E+071.34E+0630-III-CQ3.04E+072.01E+063.03E+0715.076.07E+063.81E+072.52E+0630-III-YT2.73E+073.55E+052.73E+0776.95.45E+063.43E+074.46E+05表4.2瀝青膠泥在界面破裂時性質(zhì)指標(biāo)瀝青膠泥體系的內(nèi)界面與界面粘結(jié)瀝青的粘度變化、粘結(jié)力與破裂時模量當(dāng)膠泥的復(fù)合模量接近30mPa（RB-CQ膠泥略為大些，為38mPa.）的時候，膠泥體系容易發(fā)生界面破裂行為或玻璃化轉(zhuǎn)變。此時膠泥體系的損耗模量和復(fù)數(shù)粘度相對穩(wěn)定，G''相對于儲能模量G'大出一個數(shù)量級，復(fù)數(shù)粘度|n*|中的動態(tài)剪切粘度n'相對穩(wěn)定，異相成分粘度n"有較大差別。而此溫度下的瀝青仍然保持各自不同的性質(zhì)，說明膠泥的界面粘結(jié)力與整體固結(jié)性與外加礦粉有著密切的關(guān)系。表4.2瀝青在膠泥界面破裂時性質(zhì)指標(biāo)

|G*|G'G''tanδ|n*|n'n"

PaPaPa

Pa.sPa.sPa.s50-CQ8.67E+063.77E+067.80E+062.0711.73E+069.81E+064.74E+0650-YT7.05E+063.17E+066.30E+061.9891.41E+067.91E+063.98E+0670-CQ9.73E+063.79E+068.96E+062.3641.95E+061.13E+074.77E+0670-YT6.23E+062.43E+065.74E+062.3561.25E+067.21E+063.06E+0690-CQ6.1