SBS改性瀝青粘度測(cè)試新方法
導(dǎo)讀:針對(duì)現(xiàn)有的粘度測(cè)試方法很難適用于 SBS 改性瀝青，也很難做到高效準(zhǔn)確的對(duì)溫拌劑的 降粘性能做出評(píng)價(jià)，因此，本研究提出基于動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）并采用固定剪切速率的瀝 青旋轉(zhuǎn)
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發(fā)布日期：2019-10-28 17:07【大 中 小】
針對(duì)現(xiàn)有的粘度測(cè)試方法很難適用于 SBS 改性瀝青，也很難做到高效準(zhǔn)確的對(duì)溫拌劑的 降粘性能做出評(píng)價(jià)，因此，本研究提出基于動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）并采用固定剪切速率的瀝 青旋轉(zhuǎn)平板表觀粘度測(cè)試方法（Rotational Plate Viscosity Test，RPV）。上海昌吉對(duì)比了該方法與 傳統(tǒng) BV 方法在 70#基質(zhì)瀝青，SBS 改性瀝青和溫拌-SBS 改性瀝青粘度測(cè)試中的結(jié)果；詳細(xì) 闡述 RPV 方法的原理、特點(diǎn)和操作方法。希望能為 SBS 改性瀝青的施工溫度確定和溫拌劑對(duì) 于 SBS 改性瀝青的降粘評(píng)價(jià)提供一種行之有效的解決方案。
SBS 改性瀝青的粘溫特性
瀝青是一種典型的粘彈性材料，在高溫和長(zhǎng)期荷載下，會(huì)表現(xiàn)出明顯的粘流特性，但在低 溫和短期荷載下，會(huì)表現(xiàn)出更多的彈性性能。瀝青混合料在生產(chǎn)和施工過(guò)程中，其加熱溫度一 般都高于其使用瀝青的軟化點(diǎn)，體現(xiàn)出粘性流動(dòng)的特征。對(duì)于普通基質(zhì)瀝青而言，在高于其 自身軟化點(diǎn) 30℃（不同標(biāo)號(hào)的瀝青略有不同）以上時(shí)可以視作牛頓流體，即粘度值僅受溫度 影響，這意味著在相同溫度下，無(wú)論測(cè)試剪切速率的大小，粘度測(cè)試值基本恒定。
SBS 改性瀝青與基質(zhì)瀝青不同，從其軟化點(diǎn)至 180℃左右，都會(huì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的非牛頓流體 特性，其粘度值受到溫度和測(cè)試剪切速率的共同影響。這也意味著在同一個(gè)溫度點(diǎn)，使用不同 測(cè)試剪切速率將得到不同的粘度值。進(jìn)一步的，非牛頓流體還可以分為很多種類，例如：假塑 性、塑性和膨脹性等等。而 SBS 改性瀝青屬于假塑性流體，即在相同溫度下，測(cè)試剪切速率 增加，被測(cè)流體的粘度減小（通常稱為剪切變稀特性）。因此，通過(guò) BV 方法測(cè)試 SBS 改性瀝青得到的粘度又被稱為表觀粘度（當(dāng)剪切速率為 0 時(shí)，才為該流體的絕 對(duì)粘度，但不能直接通過(guò)測(cè)試得到，在本文中，所有測(cè)試的粘度均為表觀粘度，后簡(jiǎn)稱粘度）， 這并不是瀝青真實(shí)的粘度，而是在某一剪切速率下表現(xiàn)出的粘度。 正如引言中指出的，使用 BV 方法確定 SBS 改性瀝青的粘溫曲線時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)在較大的 溫度范圍內(nèi)都使用同一剪切速率，導(dǎo)致了 BV 方法預(yù)測(cè)的施工溫度偏大（這一點(diǎn)將在 3.3 中通 過(guò)實(shí)例進(jìn)行詳解）。
因此，解決 SBS 改性瀝青粘度測(cè)試問(wèn)題的關(guān)鍵是能夠?qū)崿F(xiàn)在測(cè)試溫度區(qū) 間內(nèi)對(duì)剪切速率進(jìn)行控制。
分析出現(xiàn)差異的原因是由于 BV 方法的剪切速率在整個(gè)升溫過(guò)程中始終處于變化狀態(tài)造 成的。在 135℃附近，瀝青粘稠，此時(shí)瀝青的粘度對(duì)于測(cè)試采用的剪切率極為敏感，BV 采用 較小的剪切率（BV 采用的剪切率一般為 2.5 s-1 或 5 s-1，遠(yuǎn)小于 RPV 采用的 25 s-1）導(dǎo)致測(cè)試 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 范圍，其測(cè)試結(jié)果與 RPV 方法接近但還是略大。因此，BV 方法下兩點(diǎn)粘度擬合的直線粘溫曲線整體斜率是大于固定剪 切率的 RPV 掃描的到粘溫曲線的。而在 175℃以上的粘度測(cè)試中，BV 方法的剪切速率變化 很劇烈（從 18.6 s-1 變化至 46.5 s-1），因此，其曲線仍然保持很高的粘度下降斜率，且明顯大 于 RPV 方法的斜率。
綜合上述各個(gè)溫度段的粘度信息：對(duì)于同一種 SBS 改性瀝青，在相同的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中， RPV 方法測(cè)試的到粘溫曲線斜率的整體斜率低于 BV 方法兩點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合的粘溫曲線；在 175℃ 之上，隨溫度上升，RPV 方法下瀝青的粘度測(cè)試值有下降放緩的趨勢(shì)，但 BV 方法仍是線性 關(guān)系。因此，在計(jì)算等粘溫度時(shí)，RPV 方法確定的施工溫度總小于 BV 方法；對(duì)于溫拌劑的 降溫評(píng)價(jià)，RPV 方法給出的結(jié)果也更顯著。這也解釋了大量文獻(xiàn)中指出的采用 AASTO T312 和 T 0625 規(guī)范的測(cè)試方法得到的 SBS 改性瀝青的施工溫度范圍相較公路瀝青路面施工技術(shù) 規(guī)范給出的建議范圍偏高的原因。
兩種方法的測(cè)試效能對(duì)比
正如前文試驗(yàn)中所描述的：BV 方法在測(cè)試中要及時(shí)的更換轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子搭配以保證測(cè)試的 量程與精度；每次更換轉(zhuǎn)子后，還需要更換新的瀝青試樣以保證轉(zhuǎn)子在試管中的正確姿態(tài)；單 次測(cè)試消耗的瀝青量約為 9-11g，因此，BV 方法恒溫時(shí)間較長(zhǎng)，約為 40min，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn) 后達(dá)到讀數(shù)時(shí)亦需要耗費(fèi)約 20min。確定粘溫曲線（2 個(gè)溫度點(diǎn)）耗時(shí)超過(guò) 2h。目前，我國(guó)大 量道路工程材料試驗(yàn)室內(nèi)配備的均為 NDJ-1 型布氏旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，該儀器的有效粘度測(cè)試范圍 約 0.02Pa.s-200 Pa?s。因此，對(duì)于 SBS 改性瀝青的粘度測(cè)試而言，在考慮其在 90℃以下會(huì) 出現(xiàn)爬桿效應(yīng)后進(jìn)行可操作溫度計(jì)算可知：BV 方法的實(shí)際有效的測(cè)試溫度范圍為 90-220℃。 此外，BV 方法由于不能對(duì)變溫測(cè)試過(guò)程中的剪切速率控制，導(dǎo)致其判斷出的 SBS 改性瀝 青混合料拌和壓實(shí)溫度均偏高，導(dǎo)致瀝青老化和能耗浪費(fèi)。上海昌吉用這種方法來(lái)衡量溫拌劑對(duì)于 SBS 瀝青的粘度改變，會(huì)弱化溫拌劑的降粘降溫效果，使溫拌劑不能充分發(fā)揮降低施工溫度，節(jié)能 減排，減小瀝青的老化程度的優(yōu)勢(shì)。
結(jié)論
(1)本研究提出的平板旋轉(zhuǎn)粘度測(cè)試方法（Rotational Plate Viscosity Test，RPV）采用固定 剪切速率，解決了布氏旋轉(zhuǎn)粘度測(cè)試方法（Brookfield Viscosity Test，BV）進(jìn)行 SBS 改性瀝青 的粘溫曲線測(cè)試過(guò)程中，不能使用同一剪切速率而導(dǎo)致預(yù)測(cè)施工溫度（拌和溫度和壓實(shí)溫度） 偏高的問(wèn)題。
(2)分別使用 RPV 和 BV 方法確定三種溫拌-SBS 改性瀝青混合料拌合與壓實(shí)溫度，并利用 其指導(dǎo)其他條件相同的馬歇爾試件制作。雖然所有試件的空隙率均滿足規(guī)范要求，但 BV 方 法確定的各瀝青施工溫度降低幅度均比 RPV 方法的小 50%，這意味著其通過(guò) BV 方法確定的 施工溫度低估了溫拌劑的降粘能力，不能真正發(fā)揮出溫拌劑的節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)，也容易造成 瀝青的老化。
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