1、瀝青材料的粘度,主要內(nèi)容,1、粘度指標(biāo) 2、粘度指標(biāo)的工程意義 2、粘度的測(cè)定及影響因素 4、粘度與其他指標(biāo)的關(guān)系 5、總結(jié),瀝青的粘滯性 瀝青的粘滯性是指瀝青材料在外力作用下抵抗剪切變形的能力。在瀝青技術(shù)性質(zhì)中，瀝青粘滯性是與瀝青路面力學(xué)行為聯(lián)系最密切的一種性質(zhì)。 瀝青的粘度 瀝青的粘滯性通常用粘度來(lái)表示，粘度是現(xiàn)代瀝青等級(jí)劃分的主要依據(jù)。,粘度指標(biāo),1.牛頓流型瀝青的粘度 根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律：, 動(dòng)力粘度系數(shù)（簡(jiǎn)稱粘度）,粘度指標(biāo),運(yùn)動(dòng)粘度 在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)定瀝青粘度時(shí)，考慮到密度的影響，動(dòng)力動(dòng)力粘度可以用運(yùn)動(dòng)粘度來(lái)表示，即瀝青在某一溫度下的動(dòng)力粘度（T)與同溫度下的瀝青密度之比。,粘度指標(biāo)

2、,2.非牛頓流型瀝青的粘度,粘度指標(biāo),* 表觀粘度 （PaS） c 復(fù)合流動(dòng)系數(shù)，評(píng)價(jià) 瀝青流變性質(zhì)的指標(biāo)。,3、瀝青粘度的影響因素 粘度與溫度的關(guān)系 式中：T為絕對(duì)溫度，A、B為瀝青的材料常數(shù) 粘度與壓力的關(guān)系 式中： 為常壓下瀝青的粘度，為壓力影響系數(shù)，P為壓力。 當(dāng)壓力變化小于105Pas,不考慮壓力的影響。,粘度指標(biāo),瀝青粘度與剪切應(yīng)變速率的關(guān)系 式中： 、 分別為極低和極高剪切速率時(shí)的粘度漸近值； K為具有時(shí)間量綱的常數(shù)； m為無(wú)量綱的常數(shù)。,粘度指標(biāo),粘度指標(biāo)的工程意義,瀝青等級(jí)劃分的主要依據(jù) 19世紀(jì)60年代，以粘度分級(jí)代替針入度分級(jí)的原因有兩個(gè)：一是粘度試驗(yàn)比針入度試驗(yàn)更加科學(xué)

3、、理性，減少了針入度分級(jí)的經(jīng)驗(yàn)性影響；二是60的試驗(yàn)溫度接近于炎熱夏季路面的最高溫度，不同的粘度分級(jí)適應(yīng)于不同的氣候條件和施工需要。 粘度分級(jí)體系主要有以下兩種： （1）新鮮瀝青60粘度分級(jí)（AC級(jí)） （2）薄膜烘箱后瀝青的60粘度分級(jí)（AR級(jí)）,瀝青混合料生產(chǎn)和施工的主要控制指標(biāo) （1） 拌和時(shí)的粘度：（0.170.02）Pas 壓實(shí)時(shí)的粘度：（0.280.03）Pas （2）可以通過(guò)粘溫曲線來(lái)確定拌和以及壓實(shí)溫度。 （3）SHRP規(guī)范中要求改性瀝青的135粘度不能大于3 Pas。 評(píng)價(jià)瀝青及瀝青混合料高溫性能的重要指標(biāo) 60粘度與動(dòng)穩(wěn)定度、抗剪安全系數(shù)、當(dāng)量軟化點(diǎn)、抗車轍因子、臨界車轍溫度

4、等高溫性能指標(biāo)有很好的相關(guān)性。,粘度指標(biāo)的工程意義,由于瀝青的使用溫度在很大范圍內(nèi)發(fā)化，當(dāng)瀝青加熱熔融至200時(shí)，瀝青的粘度小至10-1Pas數(shù)量級(jí)，同水差不多；而冬天處于嚴(yán)寒狀態(tài)下的瀝青近于固體，粘度高達(dá)1011Pas，因此瀝青的粘度變化范圍是非常大的，不可能僅僅用一種方法測(cè)定瀝青不同溫度的粘度。根據(jù)不同溫度、不同目的將采用不同的方法測(cè)定瀝青的粘度。,粘度的測(cè)試,粘度的測(cè)試,絕對(duì)粘度的測(cè)定方法 毛細(xì)管法，135運(yùn)動(dòng)粘度 真空減壓毛細(xì)管法，60動(dòng)力粘度 Brookfield粘度計(jì)法 動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）法 恩格拉粘度計(jì)法，煤瀝青、乳化瀝青 條件粘度的測(cè)定方法 標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)法 針入度法 軟化點(diǎn)

5、法,毛細(xì)管法（坎芬式粘度計(jì)） （1）試驗(yàn)原理 分別計(jì)算流經(jīng)C、J測(cè)定球的運(yùn)動(dòng)粘度： 當(dāng) 及 之差不超過(guò)平均值的3%時(shí)，試樣的運(yùn)動(dòng)粘度按下式計(jì)算；若 及 之差超過(guò)平均值的3%時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)重新進(jìn)行,毛細(xì)管法,毛細(xì)管法,（2）試驗(yàn)步驟,（3）影響因素 不同試驗(yàn)溫度與檢定溫度的玻璃熱膨脹。由于玻璃的熱脹冷縮，粘度計(jì)尺寸會(huì)略有變化，并導(dǎo)致粘度常數(shù)的變化。 不同試驗(yàn)溫度與裝液溫度。試驗(yàn)溫度下試液體積將改變，因此必須在試驗(yàn)溫度下裝液。 裝液量不準(zhǔn)確。由于操作不熟練引起的裝液體積的變化。 粘度計(jì)不垂直。在安裝時(shí)，未能使毛細(xì)管垂直，將引起有效高度的改變，從而影響粘度測(cè)定。 表面張力，空氣浮力，毛細(xì)管內(nèi)殘留量等。,

6、毛細(xì)管法,真空減壓毛細(xì)管法（SYD-0620瀝青動(dòng)力粘度計(jì)） （1）試驗(yàn)原理 瀝青試樣在測(cè)定溫度下的動(dòng)力黏 度（Pas）； K選擇的第一對(duì)超過(guò)60s的一對(duì)標(biāo)線 間的黏度計(jì)常數(shù)（Pas）； t通過(guò)第一對(duì)超過(guò)60s標(biāo)線的時(shí)間間 隔（s）。,真空減壓毛細(xì)管法,真空減壓毛細(xì)管法,（2）試驗(yàn)步驟,（3）影響因素 毛細(xì)管粘度計(jì)的選擇。包括毛細(xì)管粘度計(jì)型式、孔徑的選擇。 瀝青取樣量的影響。同一種瀝青, 用同一只毛細(xì)管粘度計(jì), 在嚴(yán)格控制真空度和溫度的情況下,試樣取樣量不同, 其粘度值不同。隨著瀝青試樣增多, 剪切速率下降, 流動(dòng)粘度值增大。 試驗(yàn)溫度的影響。瀝青粘度隨溫度的變化直接反映了瀝青的路用性能。溫度

7、升高粘度減小, 溫度下降粘度增大。 真空度的影響。真空度降低, 瀝青剪切速率下降, 流經(jīng)毛細(xì)管的時(shí)間增大, 粘度值增大。,真空減壓毛細(xì)管法,Brookfield粘度計(jì)法 可用于測(cè)定道路瀝青 在45以上溫度范圍內(nèi)表觀粘度。 （1）試驗(yàn)原理 對(duì)于牛頓流體其計(jì)算公式為： 對(duì)于非牛頓流體，上式中的 可表述為：,Brookfield粘度計(jì)法,（2）試驗(yàn)步驟,Brookfield粘度計(jì)試驗(yàn)流程圖,Brookfield粘度計(jì)法,（3）影響因素 恒溫時(shí)間對(duì)粘度的影響。為得到一個(gè)穩(wěn)定的粘度結(jié)果，應(yīng)盡量延長(zhǎng)瀝青試樣達(dá)到平衡溫度所需的恒溫時(shí)間，最好能控制在30 min左右。 轉(zhuǎn)速和扭矩對(duì)粘度的影響。對(duì)于牛頓流體，轉(zhuǎn)

8、速對(duì)粘度測(cè)試結(jié)果影響不大。對(duì)瀝青而言，當(dāng)溫度高于120時(shí)，轉(zhuǎn)速和扭矩的影響可以忽略。 試驗(yàn)溫度對(duì)粘度的影響。試驗(yàn)過(guò)程中，控制溫度范圍1的波動(dòng)，會(huì)使瀝青的動(dòng)力粘度值發(fā)生較大的變化。瀝青試樣不同，其變化的程度也是不同。 瀝青試樣添加量對(duì)粘度的影響。粘度值隨瀝青試樣添加量的增加而增大，建議在粘度試驗(yàn)稱取瀝青試樣數(shù)量時(shí)，在所選轉(zhuǎn)子要求數(shù)量附近可允許有微小偏差，但數(shù)量差值不可過(guò)大，盡量不要超過(guò)0.2mL。,Brookfield粘度計(jì)法,動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）法 （1）試驗(yàn)原理 = G*（cos+isin)= G+iG 彈性部分(儲(chǔ)存模數(shù))： G=(0/0)*cos = G*cos； 粘性部分(損失模數(shù)

9、)： G=(0/0)sin = G*sin。,動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）法,（2）試驗(yàn)步驟,動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）法,（3）影響因素 線粘彈性限制。試驗(yàn)時(shí)采用較低的剪變率是保證瀝青處于線粘彈性范圍的必要條件之一；振幅頻率增大，復(fù)數(shù)模量也相應(yīng)降低。 平行金屬板的選擇。不同溫度以及不同的瀝青，其粘彈性都會(huì)有所不同，因此不能僅依靠試驗(yàn)溫度來(lái)試驗(yàn)溫度來(lái)確定金屬平板和瀝青厚度。 瀝青膜厚度控制。試驗(yàn)中應(yīng)滿足線粘彈性范圍的要求，其中控制瀝青膜間距是有效的措施之一。另外可能在兩平行板旋轉(zhuǎn)過(guò)程中有瀝青被擠出，所以控制瀝青膜厚度至關(guān)重要。 剪變速率的影響。剪變速率增加,瀝青的非粘彈性增強(qiáng),為此試驗(yàn)中選擇合適的剪

10、變速率以保證瀝青的線粘彈性是非常必要的。,動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）法,恩格拉粘度計(jì)法（煤瀝青、乳化瀝青） 原理： 試驗(yàn)步驟：詳見公路工程瀝青 及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTG E20-2011）T0622的相關(guān)規(guī)定。 影響因素：乳化瀝青的存放時(shí)間、攪拌時(shí)間、控溫精度等。,恩格拉粘度計(jì)法,標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)法 標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)適用于測(cè)定液體石油瀝青、煤瀝青、乳化瀝青等流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的粘度。 試驗(yàn)方法：公路工程瀝青 及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTG E20-2011）T0621,條件粘度的測(cè)試方法,針入度法,條件粘度的測(cè)試方法,粘度與其它指標(biāo)/性質(zhì)的關(guān)系,粘度與瀝青組分的關(guān)系 瀝青各指標(biāo)與瀝青粘度的相關(guān)性 （ G*/sin

11、 、針入度、PI、T800、 TR&B 、135粘度、PR） 粘度與瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的相關(guān)性 粘度與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系 粘度與車轍變形速率的關(guān)系 粘度與抗剪安全系數(shù)GSF的關(guān)系 動(dòng)力粘度與臨界車轍溫度的相關(guān) 粘度與粘附性之間的關(guān)系,粘度與瀝青組分的關(guān)系,表中飽和分、芳香分、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)分別以S，Ar，R和At表示，瀝青的平均分子量以M表示。,以傳統(tǒng)四組分分析方法得出的結(jié)果,從表中可以看出，瀝青在120， 150， 180高溫條件的粘度與飽和分或芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)3個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)單回歸的相關(guān)系數(shù)都大于0.9。瀝青質(zhì)和膠質(zhì)等重質(zhì)成分使高溫粘度升高，飽和分或芳香分等輕質(zhì)成分使高溫粘度降低。,2.SHRP

12、研究計(jì)劃中的IEC分離法將瀝青分為酸性組分、堿性組分、兩性組分及中性組分，研究了瀝青中各個(gè)組分對(duì)粘度的影響。,粘度與瀝青組分的關(guān)系,瀝青各組分對(duì)母體瀝青粘度的影響,瀝青各指標(biāo)與瀝青粘度的關(guān)聯(lián)性,1.原樣瀝青各指標(biāo)與瀝青60粘度關(guān)聯(lián)度分析,從表中可以看出： （1）瀝青的60動(dòng)力粘度與135粘度的關(guān)聯(lián)性最好，達(dá)到1.0，也就是說(shuō)二者可以相互替代。 （2）對(duì)于原樣瀝青和經(jīng)短期老化后的殘留瀝青，瀝青各指標(biāo)與60粘度的關(guān)聯(lián)度排序基本一致，都是,瀝青各指標(biāo)與瀝青粘度的關(guān)聯(lián)性,2.改性瀝青各指標(biāo)與瀝青135粘度關(guān)聯(lián)度分析,從表中可以看出， （1）改性瀝青原樣的64抗車轍因子G*/sin與135粘度的 關(guān)聯(lián)度

13、只有0.563，很小，這說(shuō)明 抗車轍因子不能用來(lái)評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能。而經(jīng)短期老化后的改性瀝青抗車轍因子G*/sin與135粘度的關(guān)聯(lián)度較好，達(dá)到0.863，因此可以用短期老化后的抗車轍因子預(yù)測(cè)改性瀝青的高溫性能。 （2）原樣改性瀝青和短期老化后的改性瀝青的當(dāng)量軟化點(diǎn)、針入度與135的關(guān)聯(lián)度都在0.8以上，可以較好地反映瀝青的高溫性能。,1、粘度與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系,粘度與瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的相關(guān)性,動(dòng)穩(wěn)定度與粘度的關(guān)系,2、粘度與車轍試驗(yàn)變形速率的關(guān)系,粘度與瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的相關(guān)性,3、粘度與抗剪安全系數(shù)GSF的關(guān)系,粘度與瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的相關(guān)性,4、60動(dòng)力粘度與臨界車轍溫度的相關(guān)

14、性,粘度與臨界車轍溫度的關(guān)系,粘度與瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的相關(guān)性,粘度與粘附性之間的關(guān)系,粘度與粘附性之間的關(guān)系,從圖上可以看出，瀝青粘度的增加對(duì)提高瀝青與集料之間的粘附性是有益的，一方面粘度大意為著瀝青分子量大，瀝青質(zhì)、膠質(zhì)的含量高，從而瀝青酸、瀝青酸酐的含量高，可以與堿性的集料產(chǎn)生更強(qiáng)的化學(xué)吸附；另一方面，粘度大的瀝青與集料形成的瀝青膜強(qiáng)度相對(duì)較大。因此瀝青與集料的粘附性就相對(duì)較好，從而瀝青混合料抵抗水損壞以及交通荷載破壞的能力就越強(qiáng)。,總結(jié),1.瀝青粘度是表征瀝青性質(zhì)的重要指標(biāo)。 2.瀝青粘度與瀝青的組分有密切的關(guān)系。 3.瀝青粘度瀝青及瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有很好的相關(guān)性，可以用瀝青的

15、粘度表征或預(yù)估瀝青混合料的抗車轍性能。 4.目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于瀝青粘度與瀝青及瀝青混合料的高溫性能的相關(guān)性研究的比較多，但對(duì)于粘度與低溫、抗疲勞性能、水穩(wěn)定性能之間的相關(guān)性研究的比較少。,參考文獻(xiàn),1 周衛(wèi)峰, 張秀麗, 原健安, 等. 基于瀝青與集料界面粘附性的抗剝落劑的開發(fā)J. 長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2005(02). 2 宋福義. 國(guó)內(nèi)外典型道路瀝青抗車轍性能的對(duì)比研究J. 石油煉制與化工, 2007(04). 3 吳偉峰, 周燦鋒, 陳守明, 等. 乳化瀝青恩格拉粘度的影響因素研究J. 石油瀝青, 2010(05). 4 周衛(wèi)峰, 原健安, 戴經(jīng)梁. 影響粘附性的瀝青性質(zhì)分析J.

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