專利名稱：一種測定高粘度改性瀝青零剪切粘度的簡化方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于道路工程領(lǐng)域，涉及一種測定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡化方法 及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
浙青材料在工作條件下表現(xiàn)為偽塑性流體特性，在剪切速率極小或極大的情況， 粘度趨于常數(shù)值剪切速率較低的范圍稱為第一牛頓區(qū)，粘度趨于極大值，即零剪切粘度； 剪切速率較高的范圍稱為第二牛頓區(qū)，粘度趨于極小值，即無窮剪切速率粘度。如圖1所示。目前，零剪切粘度的獲取方法為利用剪切速率掃描試驗，獲得浙青粘度-剪切速 率流動曲線；利用Carreau模型等流變學(xué)模型對粘度-剪切速率流動曲線進行擬合，獲得零 剪切粘度值。然而，現(xiàn)有方法需利用專用數(shù)據(jù)分析軟件“Rheology Advantage”，大部分品牌和 型號的流變儀未配備此軟件，影響了零剪切粘度在工程中的應(yīng)用和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡化的測定高粘度改性浙青零剪切粘度的方法，該測 定方法具有試驗操作簡單，試驗結(jié)果精確可信，評價指標(biāo)力學(xué)意義明確等特點。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題—種測定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡化方法，其特征在于，包括以下步驟A、采用剪切速率掃描試驗，對所述高粘度改性浙青在60°C條件下的粘度和剪切速 率進行測試；B、以剪切速率為ΙΟ、—1時所對應(yīng)的實測粘度作為60°C零剪切粘度。圖2是簡化
試驗法獲取零剪切粘度示意圖。較佳的，所述高粘度改性浙青的60°C零剪切粘度范圍為IO4Pa · s IO6Pa · S。
較佳的，所述剪切速率掃描試驗，采用動態(tài)剪切流變儀進行，試驗夾具為圓形雙平 板夾具，所述夾具的直徑為25mm，所述雙平板夾具間浙青的厚度為1000 μ m。較佳的，所述剪切速率掃描試驗，采用穩(wěn)定流動加載模式，試驗溫度為60°C，剪切 速率掃描范圍為1. OX ιοΛτ1 1. Os—1，在所述剪切速率的每個數(shù)量級范圍內(nèi)測量粘度點個 數(shù)為10個，圖3是穩(wěn)定流動加載模式示意圖。在路面結(jié)構(gòu)中，浙青受到行車荷載作用，在一定的剪切速率下變形，應(yīng)根據(jù)高粘度 改性浙青的粘性行為特征以及浙青在路面結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)，測定高粘度改性浙青路用粘 性行為的特征值，以有效的評價高粘度改性浙青的路用粘性行為。據(jù)此，本發(fā)明應(yīng)用所述零剪切粘度簡化測定方法解決高粘度改性浙青路用粘性行 為評價的實際問題，提供了一種高粘度改性浙青的路用粘性行為特征值測定方法，其特征 在于，包括以下步驟
Α、采用剪切速率掃描試驗，對所述高粘度改性浙青在60°C條件下的粘度和剪切速 率進行測試；B、以剪切速率為ΙΟ、—1時所對應(yīng)的實測粘度作為所述高粘度改性浙青在路面結(jié) 構(gòu)中粘性行為的特征值。較佳的，所述高粘度改性浙青的60°C零剪切粘度范圍為IO4Pa · s IO6Pa · S。較佳的，所述剪切速率掃描試驗，采用動態(tài)剪切流變儀進行，試驗夾具為圓形雙平 板夾具，所述夾具的直徑為25mm，所述雙平板夾具間浙青的厚度為1000 μ m。較佳的，所述剪切速率掃描試驗，采用穩(wěn)定流動加載模式，試驗溫度為60°C，剪切 速率掃描范圍為1. OX ιοΛτ1 1. Os—1，在所述剪切速率的每個數(shù)量級范圍內(nèi)測量粘度點個 數(shù)為10個。本發(fā)明中所述剪切速率為ICT2s-1時所對應(yīng)的實測粘度可以較為真實地反映高粘 度改性浙青在路面結(jié)構(gòu)中的粘度性能。為驗證這種方法的可靠性，本發(fā)明選用12種國內(nèi)外 典型浙青結(jié)合料進行粘度-剪切速率流動曲線測試，確定了這些浙青在60°c條件下第一牛 頓共同區(qū)域范圍內(nèi)所對應(yīng)的剪切速率范圍為LOXlO-3S-1 1.25s—1，并首次通過力學(xué)計算 確定了浙青在排水路面結(jié)構(gòu)中所受的剪切速率范圍為IJSXKT3iT1NiehA這兩個剪 切速率范圍在數(shù)量級上完全一致，又由于在第一牛頓區(qū)域浙青粘度趨于最大值，即60°c零 剪切粘度；因此，認(rèn)為60°c零剪切粘度可以較為真實地反映浙青材料在路面結(jié)構(gòu)中的粘性 特征。同時，結(jié)合本發(fā)明所提供的測定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡化方法，以剪切速率 為ΙΟ、—1時所對應(yīng)的實測粘度作為60°c零剪切粘度；因此，剪切速率為ΙΟ、—1時所對應(yīng)的 實測粘度可以真實的反映出高粘度改性浙青在路面結(jié)構(gòu)中的粘度性能。本發(fā)明提供的測定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡化方法，與利用Carreau模型 擬合粘度-剪切速率流動曲線，以獲取零剪切粘度的方法相比，具有以下優(yōu)點1.試驗方法剪切速率范圍更小，節(jié)省了試驗時間；2.數(shù)據(jù)處理更為簡便，不需使用專用數(shù)據(jù)分析軟件，有利于零剪切粘度的應(yīng)用與 推廣；3.確定了零剪切粘度對應(yīng)的特征剪切速率為ΙΟ、—1，使高粘度改性浙青在相同剪 切速率條件下進行粘度比較，評價指標(biāo)更為科學(xué)、可信；4.將本發(fā)明的簡化測試方法用于評價高粘度改性浙青在路面結(jié)構(gòu)中的粘度性能， 方法簡單，結(jié)果精確可信，評價指標(biāo)力學(xué)意義明確。


圖1是浙青粘度-剪切速率流動特征；圖中，A部分陰影區(qū)為第一牛頓區(qū)，B部分 陰影區(qū)為第二牛頓區(qū)，虛線1所對應(yīng)的粘度為零剪切粘度，虛線2所對應(yīng)的粘度為無窮剪切 速率粘度。圖2是簡化試驗法獲取零剪切粘度示意圖；圖中，曲線1為粘度-剪切速率流動曲 線，陰影部分2為浙青在路面結(jié)構(gòu)中所受剪切速率范圍，直線3所對應(yīng)的剪切速率為特征剪 切速率，直線4所對應(yīng)的粘度為零剪切粘度。圖3是本發(fā)明試驗方法穩(wěn)定流 動加載模式示意圖。圖4是實測粘度特征值與擬合粘度值的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系。
圖5是本發(fā)明進行排水性浙青路面結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力計算的示意圖。圖6是本發(fā)明進行排水性浙青路面剪切速率計算的“四元、五參數(shù)”模型。
具體實施例方式實施例1
為了明確高粘度改性浙青60°C零剪切粘度的簡化試驗方法，現(xiàn)結(jié)合一個典型的試 驗加以說明。(1)成型試件將浙青加熱至流淌狀態(tài)，澆注至少3個圓形平行試件，直徑約25mm， 高度Imm 2mm，浙青試件放置于室溫冷卻，冷卻時間不低于30分鐘。(2)安放試件選用直徑25mm圓形平板夾具，將浙青試件安放于夾具之間，調(diào)節(jié)上 下夾具間距為1050 μ m，修整試樣后將夾具間距調(diào)整為1000 μ m。(3)保溫將修整好浙青試件與夾具浸入60°C水浴中保溫，保溫試件不低于10分鐘。(4)進行剪切速率掃描試驗采用穩(wěn)定流動加載模式，剪切速率掃描范圍為 1. OX IO-V1 1. Os—1，每個數(shù)量級測量粘度點個數(shù)10個，采集試驗過程中的剪切速率與粘度。(5)零剪切粘度確定取特征剪切速率ΙΟ、—1對應(yīng)的測量粘度作為60°C零剪切粘度。實施例2利用現(xiàn)有的零剪切粘度的獲取方法，對本發(fā)明的測定高粘度改性浙青零剪切粘度 的簡化方法的可靠性進行驗證，具體過程為(1)進行剪切速率掃描試驗，獲得高粘度改性浙青的粘度-剪切速率流動曲線；(2)利用Carreau模型對粘度-剪切速率實測曲線進行擬合，獲得零剪切粘度擬合 值η。，Carreau模型見式(1)；(3)分析剪切速率1. OX ICT3iT1 1. Os—1范圍內(nèi)實測粘度的特征，將實測粘度值與 擬合粘度值進行對比，確定零剪切粘度對應(yīng)的特征剪切速率，及簡化試驗方法。 式中η -實測粘度，Pa · s ；n ο-零剪切粘度，Pa · s ；n 無窮剪切速率粘度，Pa · s ；K-剪切速率系數(shù)，S;n-Carreau模型速率指數(shù)，無量綱。本發(fā)明選用12種國內(nèi)外典型浙青結(jié)合料，采用上述方法進行粘度_剪切速率流動 曲線測試，零剪切粘度擬合值nQ，以及剪切速率KTYUCTY1、ICT1iT1U. Os—1對應(yīng)的實測 粘度"κγ3、％。-” "1(ri、7V見表 1。表1擬合粘度與實測粘度測試結(jié)果 根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，求得實測粘度對數(shù)值與擬合粘度η C1對數(shù)值之比，并進行統(tǒng)計學(xué) 分析。圖4為12種浙青各剪切速率條件下的實測粘度與擬合粘度的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系。圖中，所 述均值為12種浙青的實測粘度對數(shù)值與擬合粘度Ilci對數(shù)值之比的平均值。如圖4中數(shù)據(jù)所示，隨著剪切速率的逐漸增大，實測粘度與擬合粘度比值的均值 逐漸減小，實測粘度與擬合粘度比值的標(biāo)準(zhǔn)差先減小后增大。當(dāng)剪切速率為ICT2iT1時，實測 粘度與擬合粘度比值的均值為99.9%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.5%，說明此時實測值與擬合值最為接 近，數(shù)據(jù)波動幅度也最小。加之ΙΟ、—1在路面結(jié)構(gòu)所受的剪切速率范圍內(nèi)，故以ΙΟ、—1作 為第一牛頓區(qū)的特征剪切速率，以相應(yīng)的實測粘度作為零剪切粘度是合理的。實施例3利用BISAR軟件計算浙青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部剪應(yīng)力，結(jié)合“四元、五參數(shù)”模型計算路 面結(jié)構(gòu)內(nèi)部剪切速率。計算過程為①采用BISAR軟件計算排水路面上面層不同深度和位置的剪應(yīng)力大小，計算結(jié)果 為3. 58 X IO2Pa 2. 28 X IO5Pa,路面結(jié)構(gòu)及荷載參數(shù)見圖5。
②采用“四元、五參數(shù)”模型計算排水路面上面層剪切速率，得到剪切速率范圍為
1.38 X ICT3S-1 4. 64s-1?！八脑?、五參數(shù)”蠕變模型見圖6，計算公式見式(2)、式(3)，計算參數(shù)與結(jié)果見表
2。表2中加載時間由行車速度60km/h換算求得，模型參數(shù)由室內(nèi)試驗獲取；所述室內(nèi)試 驗結(jié)果參照文獻徐世法，朱照宏.按粘彈性理論預(yù)估浙青路面車轍[J].同濟大學(xué)學(xué)報， 1990，18(3) :299-304。
式中τ Q-模型所受剪應(yīng)力；y -模型的剪應(yīng)變響應(yīng)；γ ‘-模型的剪切速率響應(yīng)；E1, Il1-串聯(lián)部分麥克斯韋模型彈性模量、黏性系數(shù)，Il1 = A · ^t ；E2, n2-并聯(lián)部分開爾文模型彈性模量、黏性系數(shù)；A、B-麥克斯韋模型的粘壺性能參數(shù)；t_加載時間。表2排水性浙青路面上面層剪切速率計算表 從表2中可以看出，浙青材料在排水性浙青路面中所受剪切速率范圍為 1. 38 X ICT3S-1 4. 64s-1。實施例4本發(fā)明將第一牛頓區(qū)定量化，定義第一牛頓區(qū)為在對數(shù)坐標(biāo)系下，粘度lg( Iltl) 0. SOIg(η0)對應(yīng)剪切速率范圍。根據(jù)表ι中所得60°c零剪切粘度擬合值Iici，可得第一牛 頓區(qū)域的范圍如表3所示表3零剪切粘度及第一牛頓區(qū)擬合結(jié)果 由表3可以看出，不同粘度性質(zhì)浙青的第一牛頓區(qū)域差別不大，第一牛頓共同區(qū)域范圍所對應(yīng)的剪切速率范圍1. OX ICT3iT1 1. 25s-10這與高粘度改性浙青在排水性浙青 路面中所受剪切速率范圍α^δΧΙΟ、、』^—1)在數(shù)量級上完全一致。因此，認(rèn)為60°C 零剪切粘度可以較為真實地反映浙青材料在路面結(jié)構(gòu)中的粘性特征。而在實施例2中，已 驗證以剪切速率為KT2iT1時所對應(yīng)的實測粘度可作為60°C零剪切粘度。因此，剪切速率為 ICL2^1時所對應(yīng)的實測粘度可以較為真實的反映出高粘度改性浙青在路面結(jié)構(gòu)中的粘度 性能。
權(quán)利要求
一種測定高粘度改性瀝青零剪切粘度的簡化方法，其特征在于，包括以下步驟A、采用剪切速率掃描試驗，對所述高粘度改性瀝青在60℃條件下的粘度和剪切速率進行測試；B、以剪切速率為10-2s-1時所對應(yīng)的實測粘度作為60℃零剪切粘度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡化方法，其特征在于， 所述高粘度改性浙青的60°C零剪切粘度范圍為IO4Pa · s IO6Pa · S。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡化方法，其特征在于， 所述剪切速率掃描試驗，采用動態(tài)剪切流變儀進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡化方法，其特征在 于，所述剪切速率掃描試驗，采用穩(wěn)定流動加載模式，剪切速率掃描范圍為ι.οχιοΛτ1 1. Os-1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的測定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡化 方法在評價高粘度改性浙青在路面結(jié)構(gòu)中的粘度性能中的應(yīng)用。
6.一種高粘度改性浙青的路用粘度特性行為特征值的測定方法，其特征在于，包括以 下步驟Α、采用剪切速率掃描試驗，對所述高粘度改性浙青在60°C條件下的粘度和剪切速率進 行測試；B、以剪切速率為10-2S-1時所對應(yīng)的實測粘度作為所述高粘度改性浙青在路面結(jié)構(gòu) 中粘性行為的特征值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高粘度改性浙青路用粘性行為特征值測定方法，其特征在 于，所述高粘度改性浙青的60°C零剪切粘度范圍為IO4Pa · s IO6Pa · S。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高粘度改性浙青路用粘性行為特征值測定方法，其特征在 于，所述剪切速率掃描試驗，采用動態(tài)剪切流變儀進行。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高粘度改性浙青路用粘性行為特征值測定方法，其特征在 于，所述剪切速率掃描試驗，采用穩(wěn)定流動加載模式，剪切速率掃描范圍為ι.οχιοΛτ1 1. Os-1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測定高粘度改性瀝青零剪切粘度的簡化方法及其應(yīng)用，包括以下步驟A、采用剪切速率掃描試驗，對所述高粘度改性瀝青在60℃條件下的粘度和剪切速率進行測試；B、以剪切速率為10-2s-1時所對應(yīng)的實測粘度作為60℃零剪切粘度。所述剪切速率為10-2s-1時所對應(yīng)的實測粘度可以作為高粘度改性瀝青路用粘性行為的特征值，真實地反映出高粘度改性瀝青在路面結(jié)構(gòu)中的粘性特征。本發(fā)明的試驗方法節(jié)省試驗時間；數(shù)據(jù)處理簡便，不需使用專用數(shù)據(jù)分析軟件，有利于零剪切粘度的應(yīng)用與推廣；確定了零剪切粘度對應(yīng)的特征剪切速率為10-2s-1，使高粘度改性瀝青在相同剪切速率條件下進行粘度比較，評價指標(biāo)更為科學(xué)、可信。
文檔編號G01N11/00GK101839836SQ20101012563
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者孫艷娜, 李立寒, 耿韓 申請人:同濟大學(xué)