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SBS改性沥青粘度测试新方法

导读:针对现有的粘度测试方法很难适用于 SBS 改性沥青,也很难做到高效准确的对温拌剂的 降粘性能做出评价,因此,本研究提出基于动态剪切流变仪(DSR)并采用固定剪切速率的沥 青旋转


返回列表 来源:未知 发布日期:2019-10-28 17:07【
针对现有的粘度测试方法很难适用于 SBS 改性沥青,也很难做到高效准确的对温拌剂的 降粘性能做出评价,因此,本研究提出基于动态剪切流变仪(DSR)并采用固定剪切速率的沥 青旋转平板表观粘度测试方法(Rotational Plate Viscosity Test,RPV)。上海昌吉对比了该方法与 传统 BV 方法在 70#基质沥青,SBS 改性沥青和温拌-SBS 改性沥青粘度测试中的结果;详细 阐述 RPV 方法的原理、特点和操作方法。希望能为 SBS 改性沥青的施工温度确定和温拌剂对 于 SBS 改性沥青的降粘评价提供一种行之有效的解决方案。

SBS 改性沥青的粘温特性

沥青是一种典型的粘弹性材料,在高温和长期荷载下,会表现出明显的粘流特性,但在低 温和短期荷载下,会表现出更多的弹性性能。沥青混合料在生产和施工过程中,其加热温度一 般都高于其使用沥青的软化点,体现出粘性流动的特征。对于普通基质沥青而言,在高于其 自身软化点 30℃(不同标号的沥青略有不同)以上时可以视作牛顿流体,即粘度值仅受温度 影响,这意味着在相同温度下,无论测试剪切速率的大小,粘度测试值基本恒定。

SBS 改性沥青与基质沥青不同,从其软化点至 180℃左右,都会表现出很强的非牛顿流体 特性,其粘度值受到温度和测试剪切速率的共同影响。这也意味着在同一个温度点,使用不同 测试剪切速率将得到不同的粘度值。进一步的,非牛顿流体还可以分为很多种类,例如:假塑 性、塑性和膨胀性等等。而 SBS 改性沥青属于假塑性流体,即在相同温度下,测试剪切速率 增加,被测流体的粘度减小(通常称为剪切变稀特性)。因此,通过 BV 方法测试 SBS 改性沥青得到的粘度又被称为表观粘度(当剪切速率为 0 时,才为该流体的绝 对粘度,但不能直接通过测试得到,在本文中,所有测试的粘度均为表观粘度,后简称粘度), 这并不是沥青真实的粘度,而是在某一剪切速率下表现出的粘度。 正如引言中指出的,使用 BV 方法确定 SBS 改性沥青的粘温曲线时,很难实现在较大的 温度范围内都使用同一剪切速率,导致了 BV 方法预测的施工温度偏大(这一点将在 3.3 中通 过实例进行详解)。

因此,解决 SBS 改性沥青粘度测试问题的关键是能够实现在测试温度区 间内对剪切速率进行控制。

分析出现差异的原因是由于 BV 方法的剪切速率在整个升温过程中始终处于变化状态造 成的。在 135℃附近,沥青粘稠,此时沥青的粘度对于测试采用的剪切率极为敏感,BV 采用 较小的剪切率(BV 采用的剪切率一般为 2.5 s-1 或 5 s-1,远小于 RPV 采用的 25 s-1)导致测试 得到粘度值偏高。而 175℃附近,BV 方法采用的剪切率在 9.3-18.6 s-1 范围,其测试结果与 RPV 方法接近但还是略大。因此,BV 方法下两点粘度拟合的直线粘温曲线整体斜率是大于固定剪 切率的 RPV 扫描的到粘温曲线的。而在 175℃以上的粘度测试中,BV 方法的剪切速率变化 很剧烈(从 18.6 s-1 变化至 46.5 s-1),因此,其曲线仍然保持很高的粘度下降斜率,且明显大 于 RPV 方法的斜率。

综合上述各个温度段的粘度信息:对于同一种 SBS 改性沥青,在相同的半对数坐标系中, RPV 方法测试的到粘温曲线斜率的整体斜率低于 BV 方法两点数据拟合的粘温曲线;在 175℃ 之上,随温度上升,RPV 方法下沥青的粘度测试值有下降放缓的趋势,但 BV 方法仍是线性 关系。因此,在计算等粘温度时,RPV 方法确定的施工温度总小于 BV 方法;对于温拌剂的 降温评价,RPV 方法给出的结果也更显著。这也解释了大量文献中指出的采用 AASTO T312 和 T 0625 规范的测试方法得到的 SBS 改性沥青的施工温度范围相较公路沥青路面施工技术 规范给出的建议范围偏高的原因。


两种方法的测试效能对比

正如前文试验中所描述的:BV 方法在测试中要及时的更换转速和转子搭配以保证测试的 量程与精度;每次更换转子后,还需要更换新的沥青试样以保证转子在试管中的正确姿态;单 次测试消耗的沥青量约为 9-11g,因此,BV 方法恒温时间较长,约为 40min,转子开始旋转 后达到读数时亦需要耗费约 20min。确定粘温曲线(2 个温度点)耗时超过 2h。目前,我国大 量道路工程材料试验室内配备的均为 NDJ-1 型布氏旋转粘度计,该仪器的有效粘度测试范围 约 0.02Pa.s-200 Pa・s。因此,对于 SBS 改性沥青的粘度测试而言,在考虑其在 90℃以下会 出现爬杆效应后进行可操作温度计算可知:BV 方法的实际有效的测试温度范围为 90-220℃。 此外,BV 方法由于不能对变温测试过程中的剪切速率控制,导致其判断出的 SBS 改性沥 青混合料拌和压实温度均偏高,导致沥青老化和能耗浪费。上海昌吉用这种方法来衡量温拌剂对于 SBS 沥青的粘度改变,会弱化温拌剂的降粘降温效果,使温拌剂不能充分发挥降低施工温度,节能 减排,减小沥青的老化程度的优势。

结论

(1)本研究提出的平板旋转粘度测试方法(Rotational Plate Viscosity Test,RPV)采用固定 剪切速率,解决了布氏旋转粘度测试方法(Brookfield Viscosity Test,BV)进行 SBS 改性沥青 的粘温曲线测试过程中,不能使用同一剪切速率而导致预测施工温度(拌和温度和压实温度) 偏高的问题。
(2)分别使用 RPV 和 BV 方法确定三种温拌-SBS 改性沥青混合料拌合与压实温度,并利用 其指导其他条件相同的马歇尔试件制作。虽然所有试件的空隙率均满足规范要求,但 BV 方 法确定的各沥青施工温度降低幅度均比 RPV 方法的小 50%,这意味着其通过 BV 方法确定的 施工温度低估了温拌剂的降粘能力,不能真正发挥出温拌剂的节能减排的优势,也容易造成 沥青的老化。