沥青流变特性研究

STUDYONTHERHEOLOGICALPERFORMANCEOFASPHALTANDMORTAR山东省交通科学研究所2014-12樊亮报告内容CONTENT1、常规指标中的变异性2、沥青流变学研究的一般现状3、常规指标体现出来的流变特性4、流变指标与混合料性能的关联性5、一些发展国内外研究现状一沥青混凝土路面的受力原理混合料的强度和稳定性有别于一般固体的概念，这与其中沥青及胶泥性能相关，从而造成与荷载、温度、荷载频率之间的复杂关系。沥青在这些条件因素下的行为机制值得关注。国内外研究现状一对于这些机制，常规指标力不从心国内外研究现状一对于这些机制，常规指标力不从心fan针入度试验条件：温度、砝码+针重、锥入时间。（MAC：4℃、200g、60s）注意事项：杆的自由下落（日常维护）；样品浇注表面的气泡处理：吹气、火燎扎针位置：距离边缘距离大于10mm。计算PI时，相关系数要大于0.997.这项试验的条件性极强，必须严格规范！范进行fan目前针入度分级的主要标准可以衍生众多指标：•针入度指数•当量软化点•当量脆点•塑形范围操作步骤要规范和严谨！4050607080901001101200306090Counts针入度(0.1mm)fan沥青的感温性（即温度敏感性）是指在给定温度变化下，沥青的针入度或粘度的变化。它是决定沥青使用时的工作性质以及沥青面层使用性能的重要指标。通常采用沥青粘度随温度而变化的特点（粘-温关系）来评价沥青的感温性。针入度指数PI针入度粘度指数PVN粘温指数VTSfan感温性指标计算依据温度范围针入度指数Pipen-TRB25C针入度及软化点25-软化点针入度指数Pipen-Fr25C针入度及弗拉斯脆点25-脆点针入度指数PIpen15、25、30C针入度15-30、5-25针入度指数PIVIS软化点及0.2Pa.s等粘温度软化点-施工温度针入度粘度指数PVN25C针入度及60C粘度25-60针入度粘度指数PVN25C针入度及135C粘度25-135粘温指数VTS60C、135C粘度60-135沥青等级指数CI25C针入度、软化点、60C、135C粘度25-135fan针入度指数PI通常可以先做3~4个不同温度（如5℃、15℃、25℃、30℃或15℃、25℃、30℃、35℃）时的针入度试验，并将试验结果点在半对数坐标纸上，它应该很接近一根直线。然后用回归分析法计算得直线的斜率A。1050130APInTTnPTPTAiiiiii/)(/)lg)((lg22fan现在有些国家已在沥青标准中纳入了PI指标。例如，荷兰对针入度80~100的沥青其PI应有-1.2~1.0之间；西班牙和瑞士等国都规定PI应在-1.0~+1.0范围内；前苏联国家标准TOCT22245—90规定普通石油沥青的PI应在-1.5~1.0范围内，改性沥青的PI应在-1.0~+1.0范围内。中国规定PI应在-1.0~+1.0范围内。fan软化点：传统经典高温指标注意事项：•升温速度5℃/min。一般情况下，过高则软化点高，反之低。•仪器检查：检查钢球在定位环内能否无障碍下落；避免生锈的钢球使用；定期检查钢球质量（3.5±0.05g）是否损失。•对于某些改性沥青，要注意浇样温度的选择。和规范的把握fan4041424344454647484950515253545502040Counts软化点(℃)16016517017518018519019520020521060708090100110120Softeningpoint(℃)Temperature(℃)Sample-1Sample-2Sample-3Sample-4fan延性是沥青在外力作用下发生拉伸变形而不破坏的能力，用延度表示。沥青延性是由于沥青呈环和链状化学结构和胶体结构，分子间位置可以进行较大调整，试件能作较大的拉伸而不断裂。主要影响因素为内因：化学组分、化学结构(多环结构胶体结构)(溶凝胶结构)；外因：试验温度，拉伸速度。延度的大小直接影响低温变形能力。fan延度：表征沥青的延展能力、变形能力。注意事项：•刮样状态：不要引起中间模块附近的样品断裂（特别是老化残留物）。0501001500306090Counts10℃延度(cm)原规程中“浇筑完试件后在室温冷却30-40min，然后置于规定试验温度的±0.1℃的恒温水槽中，保持30min后取出，再刮平”，修改为在室温中冷却不少于1.5h，再刮平。（没有必要将试件放入水中保温，因为从水槽中取出来有水，再用热刮刀刮平，会发生沥青乱溅，容易烫伤人）fan动力粘度：表征沥青流变特性，是理清粘度分级标准。温度：60℃真空度：300±0.5mmHg100#、200#、400#、400R#AI协会毛细管注意事项：•严格按照毛细管的浇样标线。粘度与车辙试验相关性fan表观粘度（旋转粘度计）：•温度：135℃或其它温度•转子：21#、27、29#•转速：20rpm或其他注意事项：•扭矩：10-98%之间，若不在，则需要更换转子或改变转速设置。•粘温曲线的绘制：不适合改性沥青，但可以进行施工温度的选择参考。•特种改性沥青（橡胶等）0.17Pa.s0.28Pa.sfan离析问题规范问题样品桶的问题fan目前国内外，都在寻求一种与路用性能相关的沥青评价指标和体系！沥青使用性能等级ＰＧ58ＰＧ64ＰＧ70ＰＧ76-16-22-28-34-10-16-22-28-10-16-22-28-10-16-22平均七天最高路面设计温度℃＜58＜64＜70＜76最低路面设计温度℃-16-22-28-36-10-16-22-28-10-16-22-28-10-16-22原样沥青闪点(COC,ASTMD92),min℃230粘度ASTM4402max,3Pa.s试验温度，℃135动态剪切，(TP5),G*/sinδ，min，1.0Kpa试验温度@10rad/s℃58647076RTFOT残留沥青(PP1T240)质量损失，max％1.00动态剪切，(TP5)G*/sinδ，min，2.2Kpa试验温度@10rad/s℃58647076PAV残留沥青(PP1)PAV老化温度℃100100100(110)100(110)动态剪切，(TP5)G*sinδ，max，5000kpa试验温度@10rad/s℃252219163128252234312825373431蠕变劲度，(TP1)S，max，300MPam值，min，0.30试验温度@60s℃-6-12-18-240-6-12-180-6-12-180-6-12直接拉伸，(TP3)破坏应变，min，1.0％试验温度@1.0mm/min℃-6-12-18-240-6-12-180-6-12-180-6-12沥青品种相对容易开发，困难的是其施工特性的表征。如何用？如何用的更好？只有了解了一个产品的施工特性，才能明白一种产品的优势。这是产品研发要注意的问题。fan沥青品种相对容易开发，困难的是其施工特性的表征。如何用？如何用的更好？只有了解了一个产品的施工特性，才能明白一种产品的优势。这是产品研发要注意的问题。国内外研究现状一流变学测试是研究材料性能和结构和一个很好的工具，许多材料的实际应用都与某些流变形能相关。例如材料的可加工性与其粘度、剪切变稀、弹性和柔量有关；涂料的涂敷性能与其年度、剪切变稀、屈服应力、结构回复等性能有关。在开发新材料和对材料性能进行评估的时候，针对这些最敏感的性能进行研究，往往达到事半功倍的的效果。旋转流变仪可以进行分子量/分布测量、长支链含量测量、不相容体系界面张力、聚合物共混体系分散相例子形态确定、部分相容聚合物相分离过程、界面扩散等方面的研究工作，在加工条件、医药、化妆品、印刷、粘结剂上大量应用[8]。主要应用过程/产品性质相关及可测量的流变学性质聚合物、热塑性塑料加工性能和产品性能出口胀大结构（分子量、分子量分布）枝化、填料、熔体流动的影响回收材料的检测与使用粘度、剪切变稀、弹性和柔量法向应力弹性、粘度曲线、零剪切粘度零剪切粘度的变化、弹性和柔量与原始材料粘弹性的比较聚合物、热固性塑料最小粘度凝胶点（时间/温度）固话曲线/固化动力学交联密度粘度曲线的最小之储能模量与损耗模量的交点模量随着温度或时间的曲线平台模量是否在可接受的范围内聚合物、弹性体交联密度填料的影响复合的影响轮胎的牵引/轮胎磨损平台模量或复数粘度曲线粘弹性质的比较材料的应变依赖性弹性模量、损耗能量、损耗角正切粘结剂粘结和剥离特征弹性/损耗模量的频率或温度依赖性涂料应用的难易程度沉降粉刷、喷涂粘度、剪切变稀、屈服应力弹性、结构恢复糊状物、凝胶、分散体系（悬浮液、乳液）稳定性/储存期分相凝胶产品稠度/结构浇注性能和压力下的配剂线性粘弹区域、对蠕变的阻力结构随着时间的变化结构的建立、弹性粘度和粘弹性质粘度、剪切变稀陶瓷、泥浆稳定性、储存性浇注、输送浇注、铸造性能线性粘弹区域、对蠕变的阻力一定温度下的粘度粘度、屈服应力、结构变化（改性）沥青及其混合体系高温稳定性能疲劳性能低温性能改性沥青储存稳定性沥青混合体系的界面研究施工温度选择模量、相位角及其衍生指标等、屈服应力、频率敏感性及结构恢复时间、蠕变及多应力重复蠕变模量、相位角及其衍生指标、对时间的敏感性玻璃化温度、结构及相态观测Cole-cole图变化、相态分离行为相态分离行为、粘结力系数等相位角、法向力、粘度等1234国内外研究现状一一些简单的现象反映矿粉与SBS、（单质）结晶不同胶泥常温可呈现低温沥青的某些性质（疑似银纹）BadSBSasphaltNeatasphaltinlowtemperatureSEAMAsphaltmortarSasobitinaspahlt国内外研究现状一我们的历史无目的关联！国内外研究现状一条件试验的扩大化国内外研究现状一返朴归真：力学、力学、力学----模量！！！牛奶和蜂蜜同样的模量，能是一样的吗？Deleta！！国内外研究现状一现在仍然过多强调的是模量~国内外研究现状一沥青的表征与评价在评价沥青材料的技术性能方面，国内外许多工作者做出了大量研究成果，已经形成了一套能够反映沥青技术性能的试验体系和评价指标，比如高温稳定性能指标、低温抗裂性能指标、耐老化性能指标、施工及安全指标等。经验方法与材料应用（受力）状态的差异现采用的沥青性质测试方法，多依赖经验性、条件性测试过程，无法模拟沥青材料在道路结构中的环境状态（受力、温度、频率等），与混合料性能的关联性欠佳，不能正确评价沥青胶结料的路用行为贡献；这些方法也存在对一些改性沥青适用性的问题，如针入度、软化点等试验方法容易对某些改性沥青产生试验假象，继而影响材料性质的误判，缺乏具体应用中的指导性。国内外研究现状一沥青的表征与评价沥青流变学研究有进展但流变学测试条件需改进国外在沥青流变学测试技术上的研究开展较早，美国于上世纪90年代就开展了一系列沥青流变学的研究工作，推出的Superpave路用胶结料性能评价方法和标准，在道路工程中沥青胶结料的选择和评价上提供了较为科学的借鉴；一些评价指标如车辙因子、疲劳因子，以及多应力重复蠕变用以评价沥青永久性变形的方法，使沥青材料的评价更贴近工程实际，更具有科学性和说明性。我国很多研究机构也开始这方面的研究，并得到一些积极的研究成果。但纵观其中，我们发现沥青的流变学测试条件的模拟尚有待优化，与混合料性能的相关性研究方面还有待深化。国内外研究现状一沥青的表征与评价关于AASHTOTP71多应力蠕变恢复试验(MSCR)试验方法商榷。有研究表明，在沥青屈服应力较小情况况下，3200Pa的应力水平可使沥青发生非线性破坏，材料不再保持稳定的结构，而使试验结果失去意义。道路服务期间的交通荷载的速度