沥青材料的粘度

粘度与粘附性之间的关系
• 粘度与粘附性之间的关系
从图上可以看出，沥青粘度的增加对提高沥青与集料之间的 粘附性是有益的，一方面粘度大意为着沥青分子量大，沥青质、 胶质的含量高，从而沥青酸、沥青酸酐的含量高，可以与碱性的 集料产生更强的化学吸附；另一方面，粘度大的沥青与集料形成 的沥青膜强度相对较大。因此沥青与集料的粘附性就相对较好， 从而沥青混合料抵抗水损坏以及交通荷载破坏的能力就越强。
粘度与沥青混合料高温稳定性的相关性
1、粘度与动稳定度的关系
动稳定度与粘度的关系
粘度与沥青混合料高温稳定性的相关性
2、粘度与车辙试验变形速率的关 系
粘度与沥青混合料高温稳定性的相关性
3、粘度与抗剪安全系数GSF的关系
粘度与沥青混合料高温稳定性的相关性
4、60℃动力粘度与临界车辙温度的相关性
粘度与临界车辙温度的关系
• 条件粘度的测定方法
标准粘度计法 针入度法 软化点法
来自百度文库 毛细管法
毛细管法（坎芬式粘度计）
（1）试验原理
①分别计算流经C、J测定球的运动粘度：
②当 及 之差不超过平均值的3%时，试 样的运动粘度按下式计算；若 及 之 差超过平均值的3%时，试验应重新进行
毛细管法
（2）试验步骤
毛细管法
粘度指标的工程意义
1. 沥青等级划分的主要依据
19世纪60年代，以粘度分级代替针入度分级的原因有两个：一 是粘度试验比针入度试验更加科学、理性，减少了针入度分级的 经验性影响；二是60℃的试验温度接近于炎热夏季路面的最高温 度，不同的粘度分级适应于不同的气候条件和施工需要。 粘度分级体系主要有以下两种： （1）新鲜沥青60℃粘度分级（AC级） （2）薄膜烘箱后沥青的60℃粘度分级（AR级）
总结
1.沥青粘度是表征沥青性质的重要指标。 2.沥青粘度与沥青的组分有密切的关系。 3.沥青粘度沥青及沥青混合料的高温稳定性有很好的相关 性，可以用沥青的粘度表征或预估沥青混合料的抗车辙 性能。
4.目前国内外对于沥青粘度与沥青及沥青混合料的高温性
能的相关性研究的比较多，但对于粘度与低温、抗疲劳
性能、水稳定性能之间的相关性研究的比较少。
恩格拉粘度计法
• 恩格拉粘度计法（煤沥青、乳化 沥青）
tT 原理： Ev tW
试验步骤：详见《公路工程沥青
及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）T0622的相关规定。 影响因素：乳化沥青的存放时间、 搅拌时间、控温精度等。
条件粘度的测试方法
标准粘度计法
标准粘度计适用于测定液 体石油沥青、煤沥青、乳 化沥青等流动状态时的粘 度。 试验方法：《公路工程沥 青 及沥青混合料试验规程 》（JTG E20-2011） T0621
（2）试验步骤
动态剪切流变仪（DSR）法
（3）影响因素
• 线粘弹性限制。试验时采用较低的剪变率是保证沥青处于线 粘弹性范围的必要条件之一；振幅频率增大，复数模量也相 应降低。 • 平行金属板的选择。不同温度以及不同的沥青，其粘弹性都 会有所不同，因此不能仅依靠试验温度来试验温度来确定金 属平板和沥青厚度。 • 沥青膜厚度控制。试验中应满足线粘弹性范围的要求，其中 控制沥青膜间距是有效的措施之一。另外可能在两平行板旋 转过程中有沥青被挤出，所以控制沥青膜厚度至关重要。 • 剪变速率的影响。剪变速率增加,沥青的非粘弹性增强,为此 试验中选择合适的剪变速率以保证沥青的线粘弹性是非常必 要的。
的粘度变化范围是非常大的，不可能仅仅用一种方法测定沥青不
同温度的粘度。根据不同温度、不同目的将采用不同的方法测定 沥青的粘度。
粘度的测试
• 绝对粘度的测定方法
毛细管法，135℃运动粘度 真空减压毛细管法，60℃动力粘度 Brookfield粘度计法 动态剪切流变仪（DSR）法 恩格拉粘度计法，煤沥青、乳化沥青
参考文献
[1] 周卫峰, 张秀丽, 原健安, 等. 基于沥青与集料界面粘附性的抗剥落剂的开发[J]. 长安大 学学报(自然科学版), 2005(02). [2] 宋福义. 国内外典型道路沥青抗车辙性能的对比研究[J]. 石油炼制与化工, 2007(04). [3] 吴伟峰, 周灿锋, 陈守明, 等. 乳化沥青恩格拉粘度的影响因素研究[J]. 石油沥青, 2010(05). [4] 周卫峰, 原健安, 戴经梁. 影响粘附性的沥青性质分析[J]. 石油沥青, 2003(03). [5] 王婷. 高粘度胶粉沥青碎石封层在重载交通道路上的研究与应用[D]. 天津大学, 2010: [6] 蔡婷. 沥青材料的组分与粘度试验分析[D]. 长安大学, 2005: [7] 单丽岩. 基于粘弹特性的沥青疲劳—流变机理研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2010: [8] 郭成超, 曾凡奇, 王鹏. 沥青稠度指标与重载交通车辙试验相关性分析[J]. 公路, 2006(10):159-165. [9] 张启云, 罗立红, 倪富健. 高强度沥青粘结料抗车辙性能试验及评价指标研究[J]. 公路, 2007(03):28-32. [10] 王翠红, 宋艳茹, 张荣德, 等. 沥青组分对其粘度的影响[J]. 石油沥青, 2003(03).
Brookfield粘度计法
Brookfield粘度计法 可用于测定道路沥青 在45℃以上温度范 围内表观粘度。 （1）试验原理 ① 对于牛顿流体其计算公式为：
②对于非牛顿流体，上式中的 为：
可表述
Brookfield粘度计法
（2）试验步骤
Brookfield粘度计试验流程图
Brookfield粘度计法
vT / （ 10 m / s）
-4 2
粘度指标 2.非牛顿流型沥青的粘度
c
*
η * —— 表观粘度 （Pa·S） c —— 复合流动系数，评价
沥青流变性质的指标。
粘度指标
3、沥青粘度的影响因素
① 粘度与温度的关系
Ae
B /T
式中：T为绝对温度，A、B为沥青的材料常数 ② 粘度与压力的关系 P p
粘度指标
1.牛顿流型沥青的粘度
根据牛顿内摩擦定律：
V F A H dv = A dy
F A
（Pa）
（Pa S）
η — 动力粘度系数（简称粘度）
dv （s 1） dy
粘度指标 运动粘度
在运动状态下测定沥青粘度时，考虑到密度的影 响，动力动力粘度可以用运动粘度来表示，即沥青在 某一温度下的动力粘度（νT)与同温度下的沥青密度之 比。
条件粘度的测试方法
针入度法
粘度与其它指标/性质的关系
• 粘度与沥青组分的关系
• 沥青各指标与沥青粘度的相关性
（ G*/sinδ 、针入度、PI、T800、 TR&B 、135℃粘度、PR）
• 粘度与沥青混合料高温稳定性的相关性
粘度与动稳定度的关系 粘度与车辙变形速率的关系 粘度与抗剪安全系数GSF的关系 动力粘度与临界车辙温度的相关
沥青各指标与沥青粘度的关联性
2.改性沥青各指标与沥青135℃粘度关联度分析
从表中可以看出， （1）改性沥青原样的64℃抗车辙因子G*/sinδ与135℃粘度的 关联度只有0.563， 很小，这说明 抗车辙因子不能用来评价沥青的高温性能。而经短期老化后的改 性沥青抗车辙因子G*/sinδ与135℃粘度的关联度较好，达到0.863，因此可以用短 期老化后的抗车辙因子预测改性沥青的高温性能。 （2）原样改性沥青和短期老化后的改性沥青的当量软化点、针入度与135℃的关 联度都在0.8以上，可以较好地反映沥青的高温性能。
（3）影响因素
• 不同试验温度与检定温度的玻璃热膨胀。由于玻璃的热胀冷 缩，粘度计尺寸会略有变化，并导致粘度常数的变化。
• 不同试验温度与装液温度。试验温度下试液体积将改变，因 此必须在试验温度下装液。 • 装液量不准确。由于操作不熟练引起的装液体积的变化。 • 粘度计不垂直。在安装时，未能使毛细管垂直，将引起有效 高度的改变，从而影响粘度测定。 • 表面张力，空气浮力，毛细管内残留量等。
动态剪切流变仪（DSR）法
• 动态剪切流变仪（DSR）法 （1）试验原理
= G*（cosδ +isinδ )= G′+iG″ 弹性部分(储存模数)： G′=(τ 0/γ 0)*cosδ = G*cosδ ； 粘性部分(损失模数)： G″=(τ 0/γ 0)sinδ = G*sinδ 。
动态剪切流变仪（DSR）法
沥青材料的粘度
主要内容
1、粘度指标
2、粘度指标的工程意义
2、粘度的测定及影响因素 4、粘度与其他指标的关系 5、总结
粘度指标
• 沥青的粘滞性
沥青的粘滞性是指沥青材料在外力作用下抵抗剪切变形的
能力。在沥青技术性质中，沥青粘滞性是与沥青路面力学
行为联系最密切的一种性质。
• 沥青的粘度
沥青的粘滞性通常用粘度来表示，粘度是现代沥青等级划 分的主要依据。
粘度与沥青组分的关系
2.SHRP研究计划中的IEC分离法将沥青分为酸性组分、碱性组 分、两性组分及中性组分，研究了沥青中各个组分对粘度 的影响。
沥青各组分对母体沥青粘度的影响
沥青各指标与沥青粘度的关联性
1.原样沥青各指标与沥青60℃粘度关联度分析
从表中可以看出： （1）沥青的60℃动力粘度与135℃粘度的关联性最好，达到1.0，也 就是说二者可以相互替代。 （2）对于原样沥青和经短期老化后的残留沥青，沥青各指标与60℃ 粘度的关联度排序基本一致，都是 r1 r2 r7 r8 r8 r10
粘度指标的工程意义
2. 沥青混合料生产和施工的主要控制指标
（1） 拌和时的粘度：（0.17±0.02）Pa· s 压实时的粘度：（0.28±0.03）Pa· s （2）可以通过粘温曲线来确定拌和以及压实温度。 （3）SHRP规范中要求改性沥青的135℃粘度不能大于3 Pa· s。
3. 评价沥青及沥青混合料高温性能的重要指标
（3）影响因素
• 恒温时间对粘度的影响。为得到一个稳定的粘度结果，应尽量延长沥青 试样达到平衡温度所需的恒温时间，最好能控制在30 min左右。 • 转速和扭矩对粘度的影响。对于牛顿流体，转速对粘度测试结果影响不 大。对沥青而言，当温度高于120℃时，转速和扭矩的影响可以忽略。 • 试验温度对粘度的影响。试验过程中，控制温度范围±1℃的波动，会 使沥青的动力粘度值发生较大的变化。沥青试样不同，其变化的程度也 是不同。 • 沥青试样添加量对粘度的影响。粘度值随沥青试样添加量的增加而增大 ，建议在粘度试验称取沥青试样数量时，在所选转子要求数量附近可允 许有微小偏差，但数量差值不可过大，尽量不要超过±0.2mL。
• 粘度与粘附性之间的关系
粘度与沥青组分的关系
1. 以传统四组分分析方法得出的结果
表中饱和分、芳香分、胶质及沥青质分别以S，Ar，R 和At表示，沥青的平均分子量以M表示。
从表中可以看 出，沥青在120℃， 150℃， 180℃高温 条件的粘度与饱和 分或芳香分、胶质、 沥青质3个参数简单 回归的相关系数都 大于0.9。沥青质和 胶质等重质成分使 高温粘度升高，饱 和分或芳香分等轻 质成分使高温粘度 降低。
（3）影响因素
• 毛细管粘度计的选择。包括毛细管粘度计型式、孔径的选择。 • 沥青取样量的影响。同一种沥青, 用同一只毛细管粘度计, 在严格 控制真空度和温度的情况下,试样取样量不同, 其粘度值不同。随 着沥青试样增多, 剪切速率下降, 流动粘度值增大。 • 试验温度的影响。沥青粘度随温度的变化直接反映了沥青的路用 性能。温度升高粘度减小, 温度下降粘度增大。 • 真空度的影响。真空度降低, 沥青剪切速率下降, 流经毛细管的时 间增大, 粘度值增大。
e
式中： p 为常压下沥青的粘度，Г 为压力影响系数，P为压力。 当压力变化小于105Pa·s,不考虑压力的影响。
粘度指标
③ 沥青粘度与剪切应变速率的关系
0 - ' m （K ) -
0 、 ——分别为极低和极高剪切速率时的粘度渐近值； 式中： K——为具有时间量纲的常数； m——为无量纲的常数。
60℃粘度与动稳定度、抗剪安全系数、当量软化点、抗车辙因 子、临界车辙温度等高温性能指标有很好的相关性。
粘度的测试
由于沥青的使用温度在很大范围内发化，当沥青加热熔融至 200℃时，沥青的粘度小至10-1Pa· s数量级，同水差不多；而冬天 处于严寒状态下的沥青近于固体，粘度高达1011Pa· s，因此沥青
真空减压毛细管法
• 真空减压毛细管法（SYD-0620沥青动力粘度计）
（1）试验原理
η —沥青试样在测定温度下的动力黏 度（Pa·s）； K—选择的第一对超过60s的一对标线 间的黏度计常数（Pa·s）； t—通过第一对超过60s标线的时间间 隔（s）。
真空减压毛细管法
（2）试验步骤
真空减压毛细管法