瀝青材料的粘度知識(shí)講解知識(shí)分享

瀝青(lìqīng)材料的粘度第一頁，共43頁。主要(zhǔyào)內(nèi)容1、粘度指標(biāo)(zhǐbiāo)2、粘度指標(biāo)(zhǐbiāo)的工程意義2、粘度的測(cè)定及影響因素4、粘度與其他指標(biāo)(zhǐbiāo)的關(guān)系5、總結(jié)

第二頁，共43頁。第三頁，共43頁。1.牛頓流型瀝青(lìqīng)的粘度根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律：η—?jiǎng)恿?dònglì)粘度系數(shù)（簡(jiǎn)稱粘度）粘度(zhāndù)指標(biāo)第四頁，共43頁。運(yùn)動(dòng)粘度在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)定瀝青粘度時(shí)，考慮(kǎolǜ)到密度的影響，動(dòng)力動(dòng)力粘度可以用運(yùn)動(dòng)粘度來表示，即瀝青在某一溫度下的動(dòng)力粘度（νT)與同溫度下的瀝青密度之比。粘度(zhāndù)指標(biāo)第五頁，共43頁。2.非牛頓(niúdùn)流型瀝青的粘度粘度(zhāndù)指標(biāo)η*——表觀粘度（Pa·S）c——復(fù)合流動(dòng)(liúdòng)系數(shù)，評(píng)價(jià)瀝青流變性質(zhì)的指標(biāo)。第六頁，共43頁。3、瀝青(lìqīng)粘度的影響因素粘度與溫度的關(guān)系式中：T為絕對(duì)溫度，A、B為瀝青(lìqīng)的材料常數(shù)粘度與壓力的關(guān)系式中：為常壓下瀝青(lìqīng)的粘度，Г為壓力影響系數(shù)，P為壓力。當(dāng)壓力變化小于105Pa·s,不考慮壓力的影響。粘度(zhāndù)指標(biāo)第七頁，共43頁。瀝青粘度與剪切應(yīng)變速率的關(guān)系式中：、——分別為極低和極高剪切速率時(shí)的粘度漸近值；K——為具有時(shí)間(shíjiān)量綱的常數(shù)；m——為無量綱的常數(shù)。粘度(zhāndù)指標(biāo)第八頁，共43頁。粘度(zhāndù)指標(biāo)的工程意義瀝青等級(jí)劃分的主要依據(jù)19世紀(jì)60年代，以粘度分級(jí)代替針入度分級(jí)的原因有兩個(gè)：一是粘度試驗(yàn)比針入度試驗(yàn)更加科學(xué)、理性，減少了針入度分級(jí)的經(jīng)驗(yàn)性影響；二是60℃的試驗(yàn)溫度接近于炎熱夏季路面的最高溫度，不同的粘度分級(jí)適應(yīng)于不同的氣候條件和施工需要。粘度分級(jí)體系(tǐxì)主要有以下兩種：（1）新鮮瀝青60℃粘度分級(jí)（AC級(jí)）（2）薄膜烘箱后瀝青的60℃粘度分級(jí)（AR級(jí)）第九頁，共43頁。瀝青混合料生產(chǎn)和施工的主要控制指標(biāo)（1）拌和時(shí)的粘度：（0.17±0.02）Pa·s壓實(shí)時(shí)的粘度：（0.28±0.03）Pa·s（2）可以通過粘溫曲線來確定拌和以及壓實(shí)溫度。（3）SHRP規(guī)范中要求改性瀝青的135℃粘度不能大于3Pa·s。評(píng)價(jià)瀝青及瀝青混合料高溫性能的重要指標(biāo)60℃粘度與動(dòng)穩(wěn)定度、抗剪安全系數(shù)(ānquánxìshù)、當(dāng)量軟化點(diǎn)、抗車轍因子、臨界車轍溫度等高溫性能指標(biāo)有很好的相關(guān)性。粘度指標(biāo)(zhǐbiāo)的工程意義第十頁，共43頁。由于瀝青的使用溫度在很大范圍內(nèi)發(fā)化，當(dāng)瀝青加熱熔融至200℃時(shí)，瀝青的粘度小至10-1Pa·s數(shù)量級(jí)，同水差不多；而冬天處于嚴(yán)寒狀態(tài)下的瀝青近于固體，粘度高達(dá)1011Pa·s，因此瀝青的粘度變化范圍是非常大的，不可能(kěnéng)僅僅用一種方法測(cè)定瀝青不同溫度的粘度。根據(jù)不同溫度、不同目的將采用不同的方法測(cè)定瀝青的粘度。粘度(zhāndù)的測(cè)試第十一頁，共43頁。粘度(zhāndù)的測(cè)試絕對(duì)粘度的測(cè)定方法毛細(xì)管法，135℃運(yùn)動(dòng)粘度真空減壓毛細(xì)管法，60℃動(dòng)力粘度Brookfield粘度計(jì)法動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）法恩格拉粘度計(jì)法，煤瀝青(lìqīng)、乳化瀝青(lìqīng)條件粘度的測(cè)定方法標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)法針入度法軟化點(diǎn)法第十二頁，共43頁。毛細(xì)管法（坎芬式粘度計(jì)）（1）試驗(yàn)原理①分別計(jì)算流經(jīng)C、J測(cè)定球的運(yùn)動(dòng)粘度：

②當(dāng)及之差不超過平均值的3%時(shí)，試樣的運(yùn)動(dòng)粘度按下式計(jì)算；若及之差超過平均值的3%時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)重新(chóngxīn)進(jìn)行毛細(xì)管法第十三頁，共43頁。毛細(xì)管法（2）試驗(yàn)(shìyàn)步驟第十四頁，共43頁。（3）影響因素不同試驗(yàn)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(jì)尺寸會(huì)略有變化，并導(dǎo)致粘度常數(shù)的變化。不同試驗(yàn)溫度與裝液溫度。試驗(yàn)溫度下試液體積將改變，因此必須在試驗(yàn)溫度下裝液。裝液量不準(zhǔn)確。由于操作不熟練引起的裝液體積的變化。粘度計(jì)不垂直。在安裝時(shí)，未能使毛細(xì)管垂直，將引起有效高度的改變，從而(cóngér)影響粘度測(cè)定。表面張力，空氣浮力，毛細(xì)管內(nèi)殘留量等。毛細(xì)管法第十五頁，共43頁。真空減壓(jiǎnyā)毛細(xì)管法（SYD-0620瀝青動(dòng)力粘度計(jì)）（1）試驗(yàn)原理η—瀝青試樣在測(cè)定溫度下的動(dòng)力黏度（Pa·s）；K—選擇的第一對(duì)超過60s的一對(duì)標(biāo)線間的黏度計(jì)常數(shù)（Pa·s）；t—通過第一對(duì)超過60s標(biāo)線的時(shí)間間隔（s）。真空(zhēnkōng)減壓毛細(xì)管法第十六頁，共43頁。真空(zhēnkōng)減壓毛細(xì)管法（2）試驗(yàn)(shìyàn)步驟第十七頁，共43頁。（3）影響因素毛細(xì)管粘度計(jì)的選擇。包括毛細(xì)管粘度計(jì)型式、孔徑的選擇。瀝青取樣量的影響。同一種(yīzhǒnɡ)瀝青,用同一只毛細(xì)管粘度計(jì),在嚴(yán)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(dòng)粘度值增大。試驗(yàn)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。真空度降低,瀝青剪切速率下降,流經(jīng)毛細(xì)管的時(shí)間增大,粘度值增大。

真空(zhēnkōng)減壓毛細(xì)管法第十八頁，共43頁。Brookfield粘度計(jì)法可用于測(cè)定道路(dàolù)瀝青在45℃以上溫度范圍內(nèi)表觀粘度。（1）試驗(yàn)原理對(duì)于牛頓流體其計(jì)算公式為：

②對(duì)于非牛頓流體，上式中的可表述為：Brookfield粘度計(jì)法第十九頁，共43頁。（2）試驗(yàn)(shìyàn)步驟Brookfield粘度計(jì)試驗(yàn)(shìyàn)流程圖Brookfield粘度計(jì)法第二十頁，共43頁。（3）影響因素恒溫時(shí)間對(duì)粘度的影響。為得到一個(gè)穩(wěn)定的粘度結(jié)果(jiēguǒ)，應(yīng)盡量延長(zhǎng)瀝青試樣達(dá)到平衡溫度所需的恒溫時(shí)間，最好能控制在30min左右。轉(zhuǎn)速和扭矩對(duì)粘度的影響。對(duì)于牛頓流體，轉(zhuǎn)速對(duì)粘度測(cè)試結(jié)果(jiēguǒ)影響不大。對(duì)瀝青而言，當(dāng)溫度高于120℃時(shí)，轉(zhuǎn)速和扭矩的影響可以忽略。試驗(yàn)溫度對(duì)粘度的影響。試驗(yàn)過程中，控制溫度范圍±1℃的波動(dòng)，會(huì)使瀝青的動(dòng)力粘度值發(fā)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(duì)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(yàn)稱取瀝青試樣數(shù)量時(shí)，在所選轉(zhuǎn)子要求數(shù)量附近可允許有微小偏差，但數(shù)量差值不可過大，盡量不要超過±0.2mL。Brookfield粘度計(jì)法第二十一頁，共43頁。動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）法（1）試驗(yàn)原理=G*（cosδ+isinδ)=G′+iG″彈性部分(bùfen)(儲(chǔ)存模數(shù))：G′=(τ0/γ0)*cosδ=G*cosδ；粘性部分(bùfen)(損失模數(shù))：G″=(τ0/γ0)sinδ=G*sinδ。動(dòng)態(tài)(dòngtài)剪切流變儀（DSR）法第二十二頁，共43頁。（2）試驗(yàn)(shìyàn)步驟動(dòng)態(tài)(dòngtài)剪切流變儀（DSR）法第二十三頁，共43頁。（3）影響因素線粘彈性限制。試驗(yàn)時(shí)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(fù)數(shù)(fùshù)模量也相應(yīng)降低。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(huì)有所不同，因此不能僅依靠試驗(yàn)溫度來試驗(yàn)溫度來確定金屬平板和瀝青厚度。瀝青膜厚度控制。試驗(yàn)中應(yīng)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(zhuǎn)過程中有瀝青被擠出，所以控制瀝青膜厚度至關(guān)重要。剪變速率的影響。剪變速率增加,瀝青的非粘彈性增強(qiáng),為此試驗(yàn)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(dòng)態(tài)(dòngtài)剪切流變儀（DSR）法第二十四頁，共43頁。恩格拉粘度計(jì)法（煤瀝青、乳化瀝青）原理(yuánlǐ)：試驗(yàn)步驟：詳見《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2011）T0622的相關(guān)規(guī)定。影響因素：乳化瀝青的存放時(shí)間、攪拌時(shí)間、控溫精度等。恩格拉粘度計(jì)法第二十五頁，共43頁。標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)法標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)適用于測(cè)定液體石油瀝青、煤瀝青、乳化瀝青等流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的粘度。試驗(yàn)方法：《公路工程瀝青及瀝青混合(hùnhé)料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2011）T0621條件(tiáojiàn)粘度的測(cè)試方法第二十六頁，共43頁。針入度法條件(tiáojiàn)粘度的測(cè)試方法第二十七頁，共43頁。粘度與其它(qítā)指標(biāo)/性質(zhì)的關(guān)系粘度(zhāndù)與瀝青組分的關(guān)系瀝青各指標(biāo)與瀝青粘度(zhāndù)的相關(guān)性（G*/sinδ、針入度、PI、T800、TR&B、135℃粘度(zhāndù)、PR）粘度(zhāndù)與瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的相關(guān)性粘度(zhāndù)與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系粘度(zhāndù)與車轍變形速率的關(guān)系粘度(zhāndù)與抗剪安全系數(shù)GSF的關(guān)系動(dòng)力粘度(zhāndù)與臨界車轍溫度的相關(guān)粘度(zhāndù)與粘附性之間的關(guān)系第二十八頁，共43頁。粘度與瀝青組分(zǔfèn)的關(guān)系表中飽和分、芳香(fāngxiāng)分、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)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(tǒng)四組分分析方法(fāngfǎ)得出的結(jié)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(zhì)、瀝青質(zhì)3個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)單回歸的相關(guān)系數(shù)都大于0.9。瀝青質(zhì)和膠質(zhì)等重質(zhì)成分使高溫粘度升高，飽和分或芳香分等輕質(zhì)成分使高溫粘度降低。第二十九頁，共43頁。2.SHRP研究計(jì)劃中的IEC分離法將瀝青分為酸性組分、堿性組分、兩性組分及中性組分，研究了瀝青中各個(gè)組分對(duì)粘度(zhāndù)的影響。粘度與瀝青(lìqīng)組分的關(guān)系瀝青各組分對(duì)母體瀝青粘度的影響第三十頁，共43頁。瀝青各指標(biāo)(zhǐbiāo)與瀝青粘度的關(guān)聯(lián)性1.原樣瀝青各指標(biāo)(zhǐbiāo)與瀝青60℃粘度關(guān)聯(lián)度分析從表中可以看出：（1）瀝青的60℃動(dòng)力粘度與135℃粘度的關(guān)聯(lián)性最好，達(dá)到1.0，也就是說二者可以相互替代。（2）對(duì)于原樣瀝青和經(jīng)短期老化后的殘留瀝青，瀝青各指標(biāo)與60℃粘度的關(guān)聯(lián)度排序基本一致，都是第三十一頁，共43頁。瀝青各指標(biāo)(zhǐbiāo)與瀝青粘度的關(guān)聯(lián)性2.改性瀝青(lìqīng)各指標(biāo)與瀝青(lìqīng)135℃粘度關(guān)聯(lián)度分析從表中可以看出，（1）改性瀝青原樣的64℃抗車轍因子(yīnzǐ)G*/sinδ與135℃粘度的關(guān)聯(lián)度只有0.563，很小，這說明抗車轍因子(yīnzǐ)不能用來評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能。而經(jīng)短期老化后的改性瀝青抗車轍因子(yīnzǐ)G*/sinδ與135℃粘度的關(guān)聯(lián)度較好，達(dá)到0.863，因此可以用短期老化后的抗車轍因子(yīnzǐ)預(yù)測(cè)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(dāng)量軟化點(diǎn)、針入度與135℃的關(guān)聯(lián)度都在0.8以上，可以較好地反映瀝青的高溫性能。第三十二頁，共43頁。1、粘度(zhāndù)與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系粘度(zhāndù)與瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的相關(guān)性動(dòng)穩(wěn)定度與粘度(zhāndù)的關(guān)系第三十三頁，共43頁。2、粘度與車轍(chēzhé)試驗(yàn)變形速率的關(guān)系粘度與瀝青(lìqīng)混合料高溫穩(wěn)定性的相關(guān)性第三十四頁，共43頁。3、粘度(zhāndù)與抗剪安全系數(shù)GSF的關(guān)系粘度與瀝青混合(hùnhé)料高溫穩(wěn)定性的相關(guān)性第三十五頁，共43頁。4、60℃動(dòng)力粘度與臨界車轍(chēzhé)溫度的相關(guān)性粘度與臨界車轍溫度(wēndù)的關(guān)系粘度與瀝青混合(hùnhé)料高溫穩(wěn)定性的相關(guān)性第三十六頁，共43頁。粘度(zhāndù)與粘附性之間的關(guān)系粘度(zhāndù)與粘附性之間的關(guān)系從圖上可以看出，瀝青粘度的增加對(duì)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(zhì)、膠質(zhì)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(chǎn)生更強(qiáng)的化學(xué)吸附；另一方面，粘度大的瀝青與集料形成的瀝青膜強(qiáng)度(qiángdù)相對(duì)較大。因此瀝青與集料的粘附性就相對(duì)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(qiáng)。第三十七頁，共43頁?？偨Y(jié)(zǒngjié)1.瀝青粘度是表征瀝青性質(zhì)的重要指標(biāo)。2.瀝青粘度與瀝青的組分有密切的關(guān)系。3.瀝青粘度瀝青及瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有很好的相關(guān)性，可以(kěyǐ)用瀝青的粘度表征或預(yù)估瀝青混合料的抗車轍性能。4.目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于瀝青粘度與瀝青及瀝青混合料的高溫性能的相關(guān)性研究的比較多，但對(duì)于粘度與低溫、抗疲勞性能、水穩(wěn)定性能之間的相關(guān)性研究的比較少。第三十八頁，共43頁。參考文獻(xiàn)[1]周衛(wèi)峰,張秀麗,原健安,等.基于瀝青(lìqīng)與集料界面粘附性的抗剝落劑的開發(fā)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005(02).[2]宋福義.國(guó)內(nèi)外典型道路瀝青(lìqīng)抗車轍性能的對(duì)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(lìqīng)恩格拉粘度的影響因素研究[J].石油瀝青(lìqīng),2010(05).[4]周衛(wèi)峰,原健安,戴經(jīng)梁.影響粘附性的瀝青(lìqīng)性質(zhì)分析[J].石油瀝青(lìqīng),2003(03).[5]王婷.高粘度膠粉瀝青(lìqīng)碎石封層在重載交通道路上的研究與應(yīng)用[D].天津大學(xué),2010:[6] 蔡婷.瀝青(lìqīng)材料的組分與粘度試驗(yàn)分析[D].長(zhǎng)安大學(xué),2005:[7] 單麗巖.基于粘彈特性的瀝青(lìqīng)疲勞—流變機(jī)理研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2010:[8] 郭成超,曾凡奇,王鵬.瀝青(lìqīng)稠度指標(biāo)與重載交通車轍試驗(yàn)相關(guān)性分析[J].公路,2006(10):159-165.[9] 張啟云,羅立紅,倪富健.高強(qiáng)度瀝青(lìqīng)粘結(jié)料抗車轍性能試驗(yàn)及評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J].公路,2007(03):28-32.[10]王翠紅,宋艷茹,張榮德,等.瀝青(lìqīng)組分對(duì)其粘度的影響[J].石油瀝青(lìqīng),2003(03).第三十九頁，共43頁。[11]王鵬,曾凡奇,黃曉明.瀝青高溫性能指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2006(03):32-36.[12]王樂政.瀝青粘度的測(cè)量(cèliáng)[J].中國(guó)公路,2005(02):108.[13]彌海晨,胡苗,祁峰,等.橡膠瀝青結(jié)合料對(duì)混合料高溫抗車轍性能的影響[J].中外公路,2011(01):203-205.[14]LiP,WangX,LiH,etal.InfluenceFactorsandAnti-RuttingAgentofHigh-TemperatureStabilityofAsphaltMixture[J].2010:1293-1302.[15]WangH,YouZ,Mills-BealeJ,etal.Laboratoryevaluationonhightemperatureviscosityandlowtemperaturestiffnessofasphaltbinderwithhighpercentscraptirerubber[J].ConstructionandBuildingMaterials,2012,26(1):583-590.[16]ZoorobSE,Castro-GomesJP,PereiraOliveiraLA.AssessinglowshearviscosityasthenewbitumenSofteningPointtest[J].ConstructionandBuildingMaterials,2012,27(1):357-367.[17]ArslanD,GürüM,Kür?at?ubukM,etal.Improvementofbitumenandbituminousmixturesperformancesbytriethyleneglycolbasedsyntheticpolyboron[J].ConstructionandBuildingMaterials,2011,25(10):3863-3868.參考文獻(xiàn)第四十頁，共43頁。[18]WangH,YouZ,Mills-BealeJ,etal.Laboratoryevaluationonhightemperatureviscosityandlowtemperaturestiffnessofasphaltbinderwithhighpercentscraptirerubber[J].ConstructionandBuildingMaterials,2012,26(1):583-590.[19]ZoorobSE,Castro-GomesJP,PereiraOliveiraLA.AssessinglowshearviscosityasthenewbitumenSofteningPointtest[J].ConstructionandBuildingMaterials,2012,27(1):357-367.[20]LiX,ZhangX,WangS.StudyofHighTemperaturePerformanceofAsphaltMasticBasedonDynamicViscoelasticMechanics[J].JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment(EnglishEdition),2007,2(2):16-20.[21]LougheedT,PapagiannakisA.ViscosityCharacteristicsofRubber-ModifiedAsphalts[J].JournalofMaterialsinCivilEngineering,1996,8(3):153-156.[22]YildirimY,IdekerJ,HazlettD.EvaluationofViscosityValuesforMixingandCompactionTemperatures[J].JournalofMaterialsinCivilEngineering,2006,18(4):545-553.[23]HossainZ,ZamanM,SahaM,etal.EvaluationofViscosityandRuttingPropertiesofNanoclay-ModifiedAsphaltBinders[J].2014:3695-3702.[24]RoweG,PellinenT.ConsiderationofElasticandViscousComponentsofRheologyRelatingtothePermanentDeformationofHotMixAsphaltPavements[J].2003:65-82.參考文獻(xiàn)第四十一頁，共43頁。[25]YangJ,LuH,ZhuH.ApproachestoRutDepthPredictioninSemirigidAsphaltPavements[J].JournalofEngineeringMechanics,2009,135(6):510-516.[25]YangJ,LuH,ZhuH.ApproachestoRutDepthPredictioninSemirig