1、瀝青材料的粘度瀝青材料的粘度主要內容主要內容 1、粘度指標 2、粘度指標的工程意義 2、粘度的測定及影響因素 4、粘度與其他指標的關系 5、總結 瀝青的粘滯性瀝青的粘滯性 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。在瀝青技術性質中，瀝青粘滯性是與瀝青路面力學行為聯系最密切的一種性質。 瀝青的粘度瀝青的粘度 瀝青的粘滯性通常用粘度來表示，粘度是現代瀝青等級劃分的主要依據。粘度指標粘度指標1.牛頓流型瀝青的粘度根據牛頓內摩擦定律：VFAHd v =Ad y F PaA （）dv sdy 1 （） Pa S （） 動力粘度系數（簡稱粘度）粘度指標粘度指標運動粘度 在運動狀態下測定瀝青粘

2、度時，考慮到密度的影響，動力動力粘度可以用運動粘度來表示，即瀝青在某一溫度下的動力粘度（T)與同溫度下的瀝青密度之比。）（smvT/10/24-粘度指標粘度指標2.非牛頓流型瀝青的粘度粘度指標粘度指標*c * 表觀粘度 （PaS） c 復合流動系數，評價 瀝青流變性質的指標。3、瀝青粘度的影響因素 粘度與溫度的關系式中：T為絕對溫度，A、B為瀝青的材料常數 粘度與壓力的關系式中： 為常壓下瀝青的粘度，為壓力影響系數，P為壓力。當壓力變化小于105Pas,不考慮壓力的影響。TBAe/Ppep粘度指標粘度指標瀝青粘度與剪切應變速率的關系式中： 、 分別為極低和極高剪切速率時的粘度漸近值； K為具有

3、時間量綱的常數； m為無量綱的常數。mK)-0（0粘度指標粘度指標粘度指標的工程意義瀝青等級劃分的主要依據 19世紀60年代，以粘度分級代替針入度分級的原因有兩個：一是粘度試驗比針入度試驗更加科學、理性，減少了針入度分級的經驗性影響；二是60的試驗溫度接近于炎熱夏季路面的最高溫度，不同的粘度分級適應于不同的氣候條件和施工需要。 粘度分級體系主要有以下兩種： （1）新鮮瀝青60粘度分級（AC級） （2）薄膜烘箱后瀝青的60粘度分級（AR級）瀝青混合料生產和施工的主要控制指標 （1） 拌和時的粘度：（0.170.02）Pas 壓實時的粘度：（0.280.03）Pas （2）可以通過粘溫曲線來確定拌

4、和以及壓實溫度。 （3）SHRP規范中要求改性瀝青的135粘度不能大于3 Pas。評價瀝青及瀝青混合料高溫性能的重要指標 60粘度與動穩定度、抗剪安全系數、當量軟化點、抗車轍因子、臨界車轍溫度等高溫性能指標有很好的相關性。粘度指標的工程意義 由于瀝青的使用溫度在很大范圍內發化，當瀝青加熱熔融至200時，瀝青的粘度小至10-1Pas數量級，同水差不多；而冬天處于嚴寒狀態下的瀝青近于固體，粘度高達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定瀝青不同溫度的粘度。根據不同溫度、不同目的將采用不同的方法測定瀝青的粘度。粘度的測試粘度的測試 絕對粘度的測定方法絕對粘度的測定方

5、法毛細管法，135運動粘度真空減壓毛細管法，60動力粘度Brookfield粘度計法動態剪切流變儀（DSR）法恩格拉粘度計法，煤瀝青、乳化瀝青 條件粘度的測定方法條件粘度的測定方法標準粘度計法針入度法軟化點法毛細管法（坎芬式粘度計）（1）試驗原理分別計算流經C、J測定球的運動粘度： 當 及 之差不超過平均值的3%時，試樣的運動粘度按下式計算；若 及 之差超過平均值的3%時，試驗應重新進行毛細管法毛細管法（2）試驗步驟（3）影響因素 不同試驗溫度與檢定溫度的玻璃熱膨脹。不同試驗溫度與檢定溫度的玻璃熱膨脹。由于玻璃的熱脹冷縮，粘度計尺寸會略有變化，并導致粘度常數的變化。 不同試驗溫度與裝液溫度。不

6、同試驗溫度與裝液溫度。試驗溫度下試液體積將改變，因此必須在試驗溫度下裝液。 裝液量不準確。裝液量不準確。由于操作不熟練引起的裝液體積的變化。 粘度計不垂直。粘度計不垂直。在安裝時，未能使毛細管垂直，將引起有效高度的改變，從而影響粘度測定。 表面張力，空氣浮力，毛細管內殘留表面張力，空氣浮力，毛細管內殘留量等量等。毛細管法 真空減壓毛細管法真空減壓毛細管法（SYD-0620瀝青動力粘度計）（1）試驗原理 瀝青試樣在測定溫度下的動力黏 度（Pas）； K選擇的第一對超過60s的一對標線 間的黏度計常數（Pas）； t通過第一對超過60s標線的時間間 隔（s）。真空減壓毛細管法真空減壓毛細管法（2）

7、試驗步驟（3）影響因素 毛細管粘度計的選擇。毛細管粘度計的選擇。包括毛細管粘度計型式、孔徑的選擇。 瀝青取樣量的影響。瀝青取樣量的影響。同一種瀝青, 用同一只毛細管粘度計, 在嚴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, 流動粘度值增大。 試驗溫度的影響。試驗溫度的影響。瀝青粘度隨溫度的變化直接反映了瀝青的路用性能。溫度升高粘度減小, 溫度下降粘度增大。 真空度的影響。真空度的影響。真空度降低, 瀝青剪切速率下降, 流經毛細管的時間增大, 粘度值增大。 真空減壓毛細管法 Brookfield粘度計法 可用于測定道路瀝青 在45以上溫度范圍內表

8、觀粘度。（1）試驗原理對于牛頓流體其計算公式為： 對于非牛頓流體，上式中的 可表述為：Brookfield粘度計法（2）試驗步驟Brookfield粘度計試驗流程圖Brookfield粘度計法（3）影響因素恒溫時間對粘度的影響。恒溫時間對粘度的影響。為得到一個穩定的粘度結果，應盡量延長瀝青試樣達到平衡溫度所需的恒溫時間，最好能控制在30 min左右。轉速和扭矩對粘度的影響。轉速和扭矩對粘度的影響。對于牛頓流體，轉速對粘度測試結果影響不大。對瀝青而言，當溫度高于120時，轉速和扭矩的影響可以忽略。試驗溫度對粘度的影響。試驗溫度對粘度的影響。試驗過程中，控制溫度范圍1的波動，會使瀝青的動力粘度值發

9、生較大的變化。瀝青試樣不同，其變化的程度也是不同。瀝青試樣添加量對粘度的影響。瀝青試樣添加量對粘度的影響。粘度值隨瀝青試樣添加量的增加而增大，建議在粘度試驗稱取瀝青試樣數量時，在所選轉子要求數量附近可允許有微小偏差，但數量差值不可過大，盡量不要超過0.2mL。Brookfield粘度計法 動態剪切流變儀（DSR）法（1）試驗原理 = G*（cos+isin)= G+iG 彈性部分(儲存模數)： G=(0/0)*cos = G*cos； 粘性部分(損失模數)： G=(0/0)sin = G*sin。動態剪切流變儀（DSR）法（2）試驗步驟動態剪切流變儀（DSR）法（3）影響因素 線粘彈性限制。線

10、粘彈性限制。試驗時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，復數模量也相應降低。 平行金屬板的選擇。平行金屬板的選擇。不同溫度以及不同的瀝青，其粘彈性都會有所不同，因此不能僅依靠試驗溫度來試驗溫度來確定金屬平板和瀝青厚度。 瀝青膜厚度控制。瀝青膜厚度控制。試驗中應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過程中有瀝青被擠出，所以控制瀝青膜厚度至關重要。 剪變速率的影響。剪變速率的影響。剪變速率增加,瀝青的非粘彈性增強,為此試驗中選擇合適的剪變速率以保證瀝青的線粘彈性是非常必要的。動態剪切流變儀（DSR）法 恩格拉粘度計法恩格

11、拉粘度計法（煤瀝青、乳化瀝青） 原理：原理： 試驗步驟試驗步驟：詳見公路工程瀝青 及瀝青混合料試驗規程（JTG E20-2011）T0622的相關規定。 影響因素：影響因素：乳化瀝青的存放時間、攪拌時間、控溫精度等。恩格拉粘度計法WTvttE 標準粘度計法 標準粘度計適用于測定液體石油瀝青、煤瀝青、乳化瀝青等流動狀態時的粘度。 試驗方法：公路工程瀝青 及瀝青混合料試驗規程（JTG E20-2011）T0621條件粘度的測試方法針入度法條件粘度的測試方法粘度與其它指標/性質的關系 粘度與瀝青組分的關系 瀝青各指標與瀝青粘度的相關性（ G*/sin 、針入度、PI、T800、 TR&B 、

12、135粘度、PR） 粘度與瀝青混合料高溫穩定性的相關性粘度與動穩定度的關系粘度與車轍變形速率的關系粘度與抗剪安全系數GSF的關系動力粘度與臨界車轍溫度的相關 粘度與粘附性之間的關系粘度與瀝青組分的關系 表中飽和分、芳香分、膠質及瀝青質分別以S，Ar，R和At表示，瀝青的平均分子量以M表示。以傳統四組分分析方法得出的結果 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、瀝青質3個參數簡單回歸的相關系數都大于0.9。瀝青質和膠質等重質成分使高溫粘度升高，飽和分或芳香分等輕質成分使高溫粘度降低。2.SHRP研究計劃中的IEC分離法將瀝青分為酸性組分、堿性組分、兩

13、性組分及中性組分，研究了瀝青中各個組分對粘度的影響。粘度與瀝青組分的關系 瀝青各組分對母體瀝青粘度的影響瀝青各指標與瀝青粘度的關聯性1.原樣瀝青各指標與瀝青60粘度關聯度分析從表中可以看出：（1）瀝青的60動力粘度與135粘度的關聯性最好，達到1.0，也就是說二者可以相互替代。（2）對于原樣瀝青和經短期老化后的殘留瀝青，瀝青各指標與60粘度的關聯度排序基本一致，都是1088721rrrrrr瀝青各指標與瀝青粘度的關聯性2.改性瀝青各指標與瀝青135粘度關聯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 關聯度只有0.563，很小，這說明 抗車轍因子不能用來評

14、價瀝青的高溫性能。而經短期老化后的改性瀝青抗車轍因子G*/sin與135粘度的關聯度較好，達到0.863，因此可以用短期老化后的抗車轍因子預測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量軟化點、針入度與135的關聯度都在0.8以上，可以較好地反映瀝青的高溫性能。1、粘度與動穩定度的關系粘度與瀝青混合料高溫穩定性的相關性 動穩定度與粘度的關系2、粘度與車轍試驗變形速率的關系粘度與瀝青混合料高溫穩定性的相關性3、粘度與抗剪安全系數GSF的關系粘度與瀝青混合料高溫穩定性的相關性4、60動力粘度與臨界車轍溫度的相關性粘度與臨界車轍溫度的關系粘度與瀝青混合料高溫穩定性的相關性粘度與

15、粘附性之間的關系 粘度與粘附性之間的關系 從圖上可以看出，瀝青粘度的增加對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、膠質的含量高，從而瀝青酸、瀝青酸酐的含量高，可以與堿性的集料產生更強的化學吸附；另一方面，粘度大的瀝青與集料形成的瀝青膜強度相對較大。因此瀝青與集料的粘附性就相對較好，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。總結1.瀝青粘度是表征瀝青性質的重要指標。2.瀝青粘度與瀝青的組分有密切的關系。3.瀝青粘度瀝青及瀝青混合料的高溫穩定性有很好的相關性，可以用瀝青的粘度表征或預估瀝青混合料的抗車轍性能。4.目前國內外對于瀝青粘度與瀝青及瀝青混合

16、料的高溫性能的相關性研究的比較多，但對于粘度與低溫、抗疲勞性能、水穩定性能之間的相關性研究的比較少。參考文獻1 周衛峰, 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J. 長安大學學報(自然科學版), 2005(02). 2 宋福義. 國內外典型道路瀝青抗車轍性能的對比研究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 周衛峰, 原健安, 戴經梁. 影響粘附性的瀝青性質分析J. 石油瀝青, 2003(03). 5 王婷. 高粘度膠粉瀝青碎石封層在重載交通道路上的研

17、究與應用D. 天津大學, 2010: 6蔡婷. 瀝青材料的組分與粘度試驗分析D. 長安大學, 2005: 7單麗巖. 基于粘彈特性的瀝青疲勞流變機理研究D. 哈爾濱工業大學, 2010: 8郭成超, 曾凡奇, 王鵬. 瀝青稠度指標與重載交通車轍試驗相關性分析J. 公路, 2006(10):159-165. 9張啟云, 羅立紅, 倪富健. 高強度瀝青粘結料抗車轍性能試驗及評價指標研究J. 公路, 2007(03):28-32.10 王翠紅, 宋艷茹, 張榮德, 等. 瀝青組分對其粘度的影響J. 石油瀝青, 2003(03).11 王鵬, 曾凡奇, 黃曉明. 瀝青高溫性能指標的灰色關聯度分析J.

18、交通運輸工程學報, 2006(03):32-36.12 王樂政. 瀝青粘度的測量J. 中國公路, 2005(02):108.13 彌海晨, 胡苗, 祁峰, 等. 橡膠瀝青結合料對混合料高溫抗車轍性能的影響J. 中外公路, 2011(01):203-205.14 Li P, Wang X, Li H, et al. Influence Factors and Anti-Rutting Agent of High-Temperature Stability of Asphalt MixtureJ. 2010:1293-1302.15 Wang H, You Z, Mills-Beale J, et

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21、g H, You Z, Mills-Beale J, et al. Laboratory evaluation on high temperature viscosity and low temperature stiffness of asphalt binder with high percent scrap tire rubberJ. Construction and Building Materials, 2012,26(1):583-590.19 Zoorob S E, Castro-Gomes J P, Pereira Oliveira L A. Assessing low she

22、ar viscosity as the new bitumen Softening Point testJ. Construction and Building Materials, 2012,27(1):357-367.20 Li X, Zhang X, Wang S. Study of High Temperature Performance of Asphalt Mastic Based on Dynamic Viscoelastic MechanicsJ. Journal of Highway and Transportation Research and Development (E

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24、 Materials in Civil Engineering, 2006,18(4):545-553.23 Hossain Z, Zaman M, Saha M, et al. Evaluation of Viscosity and Rutting Properties of Nanoclay-Modified Asphalt BindersJ. 2014:3695-3702.24 Rowe G, Pellinen T. Consideration of Elastic and Viscous Components of Rheology Relating to the Permanent

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