沥青动态剪切试验dsr流变学原理
T315-04 用动态剪切流变仪(DSR)测量沥青胶结料的流变性质标准试验方法
6.1.3 加载装置——加载装置以（10±0.1）rad/s 频率向试件施加正弦式振荡荷载。如果 使用不同于 10rad/s 的频率，频率可以精确到 1%。加载装置应能提供应力控制荷载或应变 控制荷载。如果是应变控制荷载，加载装置应提供一个周期扭矩以足够让指定应变的角度旋 转应变精度小于 100μrad。如果是应力控制荷载，加载装置应提供一个精度不大于 10mN.m 指定扭矩的的周期扭矩。在 100N·m 扭矩的整个系统的柔量（compliance）应小于 2 mrad/N·m。 仪器制造商应提供关于频率、应力和应变测量精密度在 1%以内的校验证书。
5 意义和应用
5.1 这个试验方法中的试验温度与该地区所使用的沥青胶结料道路的温度经历有关。 5.2 复数剪切模量是在荷载作用下沥青胶结料的劲度或形变阻力的一个指标。复数剪切模 量和相位角定义了在线性黏弹性区沥青胶结料对剪切形变的阻力。 5.3 根据 M320，复数剪切模量和仪（DSR）试验系统——动态剪切流变仪试验系统由平行金属板、环境室 、 加载设备、控制和数据采集系统组成。 6.1.1 试验板——金属试验板由不锈钢或铝合金制成，并具有抛光的光滑表面。一种直径为 （8.00±0.02）mm，另一种直径为（25.00±0.05）mm（图 1）。在某些流变仪中底板是平的
℃，温度计应是部分浸入式温度计，具有冰点温度并按 ASTM E563 标定的。
6.8 光学观察装置——当使用玻璃管液体基准温度计读数时，光学读数装置能增强读数可 读性和减少视差。
6.9 电子温度计——带有电阻传感器（注 4）的电子温度计，精密度为±0.05℃,分辨力为 0.01℃,电子温度计应由商业标定服务机构用 ASTM E77 试验方法每年至少用 NIST 溯源的基 准标准标定一次。
基本原理动态剪切仪
沥青路面以其优越的路用性能得到全世界范围内的推广应用．但是近年来，高等级沥青路面在使用早期就出现诸如网裂、剥落和松散等病害并逐步扩展，严重影响行车质量和效益．沥青路面的早期破坏除了设计、施工等方面的原因外，还与沥青的老化密切相关．沥青路面在使用过程中，表层沥青老化后产生脆性，劲度大大增加，破坏应变变小，在冬天容易产生温缩裂缝，导致路面开裂．沥青老化后导致沥青路面的抗疲劳性能下降，路面产生疲劳裂缝．因此研究沥青的抗老化性能，对提高沥青路面使用质量有重的现实意义1.基本理论动态剪切流变仪（Dynamic Shear Rheometer，简称DSR，如图1所示）通过给沥青试样施加一个正弦变化的交变应力，产生一个正弦交变应变力，而这两个应力是有相位差的。
由试验数据得出复数剪切模量*G，相位角δ。
*G即最大剪应力与最大剪应变的比值，是总阻力的表征，它包括实数轴分量'G及虚数轴分量''G，其中：'G称为动力弹性模量，即弹性部分，反映沥青变形过程中储存的能量；''G称为损失弹性模量，即粘性部分，相当于动粘度η产生的损失弹性模量，反映沥青在变形过程中由于内部摩擦产生的以热的形式散失的能量。
相位角δ是由于材料粘性成分的影响，对材料输入正弦应力与产生的正弦应变响应不同步，滞后一定相位角产生的，是沥青结合料的弹性与粘性的成分比例指标。
图1动态剪切试验基本原理Fig.1 Principle of operation of DSR粘温指数VTS指的是能够表征粘度η与温度t的关系的一个参数。
其中粘度η可以通过DSR试验数据中的*G、δ及加载频率ω通过式（1）求得：4.86281()sin G ηωδ*= （1） 其中：*G —复数剪切模量；ω—加载频率；δ—相位角。
换算得到粘度后，有四种方法构建粘度-温度坐标系来求得VTS 。
纵坐标都取lgη的对数坐标，横坐标分别为摄氏温度坐标、摄氏温度的对数坐标、兰金式温度的对数坐标、开式温度的对数坐标。
SHRP实验原理与弯曲流变仪DSR使用方法(ppt 59页)
4.2 测试程序目的及释义
• SHRP标准测试程序意义： • 1. Original Binder（原样沥青单点测试实验）
用于检测64℃下，原样沥青的车辙因子是否符合标准（G*/sin δ>1kPa即符合64℃标准）。 • 2. Original Binder Grade（原样沥青等级区分实验）
剪切应力（施加外力） 剪切粘度 =
剪切速率（运动速度）
Pa.s
单位（Unit）
Pascal second Pa.s (SI)
Poise
P (CGS)
1 Pa.s = 10 P, 1 mPa.s = 1 cP
2.1 DSR测试区域
胶料样品
测试胶料的物理特性，包括： 硬度, 弹性和粘性
5.CVOR-ADS硬件及软件操作步骤
操作步骤概要
• 5.1 开机步骤 • 5.2 测试程序及夹具选择 • 5.3 实验步骤 • 5.4 数据分析及保存 • 5.5 实验结束 • 5.6 实验注意事项
5.1 开机步骤
• 1.打开空压机电源，空压机开始工作，待空压机上压力表气压至少超过5bar后，接通压 缩空气过滤器处空气阀门（将过滤器开关下扳即可）
• 5.点击软件上“start”按钮，夹具下压至某一间距处，刮样工具沿上下夹具外沿将 多余样品刮去，刮样要尽量贴紧上下夹具，且不要带出样品。将水位限制罩插在 下方ADS内插孔内，并继续调节进水阀，直至水将样品完全浸泡且不溢出ADS进 样结束后，拔开插销，点击软件上确认按钮，仪器将继续下压50微米后开始测试；
上板振荡 下板固定
上板 (振荡)
DSR,MSCR,沥青黏度(1)
动态剪切流变试验（DSR）动态剪切流变仪是一种评价高分子材料流变特性的通用仪器。
动态剪切流变仪用于测量沥青结合料的线粘弹性模量，在正弦(摆动的)加载模式下，可以得到不同温度、不同应力等级、不同试验频率下的测量结果，即温度扫描，应变扫描和频率扫描。
不同的测试模式只是固定的参数和改变的参数不同而已。
动态剪切流变仪的工作原理是：将试样夹在来回振荡的旋转轴和固定板之间，振荡板(常叫做“旋转轴”)从A点开始转动到B点，再从B点返回经A点到C 点，然后再从C点回到A 点，形成一个循环周期。
当力(剪应力f)通过旋转轴加到沥青上时，DSR就会测量沥青对此施加的力的反应(或剪应变)。
如果沥青是一个完全的弹性材料，其反应就与瞬时施加的力相一致，两者间的时间滞后就为零。
若是完全的粘性材料，荷载和反应之间的时间滞后就会很大。
在大多数沥青路面承受交通的工作温度下，沥青处于粘弹性的工作范围。
在DSR试验中施加的应力和产生的应变之间的关系，量化了这两种状况，提供了计算沥青胶结料的两个重要参数，复数剪切模量（G∗）和相位角（δ）。
复数剪切模量是材料重复剪切变形时总阻力的度量，它包括两部分：弹性(可恢复)部分和粘性(不可恢复)部分。
相位角是可恢复和不可恢复变形数量的相对指标。
G∗/sinδ为抗车辙因子，用来表示沥青材料抗永久变形能力，在最高路面设计温度下，其值越大表示沥青的流动变形越小，越有利于抵抗车辙的产生。
G′=G∗×cosδ为贮存剪切模量，反映沥青变形过程中能量的贮藏与释放，也称为弹性模量；。
G′=G∗×sinδ为损失剪切模量，反映沥青在变形过程中由于内部摩擦产生的以热的形式散失的能量，其值越大，表示重复荷载作用下的能量损失速度越快，也称为粘性模量。
很多研究表明，沥青混合料的疲劳损失、疲劳寿命与循环加载过程中的能量损失具有正比关系，因此较小的G∗/sinδ代表较好的抵抗疲劳能力。
在进行动态剪切流变实验之前应当采用应变扫描确定沥青材料的线粘弹性区域，以确保温度扫描实验和频率扫描实验在这个范围里进行。
沥青动态剪切流变性安全操作及保养规程
沥青动态剪切流变性安全操作及保养规程1. 引言沥青动态剪切流变性是指沥青在外界力作用下的流变性质，是沥青性能评价中重要的参数之一。
本文档旨在介绍沥青动态剪切流变性的基本概念，以及安全操作和保养规程，以确保工作环境的安全，提高工作效率。
2. 沥青动态剪切流变性概述沥青是一种黑色或棕色油质物质，主要用于道路建设。
沥青在施工过程中经常需要进行剪切流变性测试，以评估其流变性能。
2.1 动态剪切流变性测试原理动态剪切流变性测试是通过施加正弦剪切应力和测量应力-应变响应来评估沥青的流变性质。
一般常用的测试方法有扭转试验、动态剪切粘度试验等。
2.2 测试结果分析方法根据测试结果可得到沥青的混合流变模量、相位角等参数，这些参数可以用于评估沥青的流变性能，判断其适用性和质量。
3. 安全操作规程3.1 实验室准备•实验室应具备良好的通风系统和消防设备，确保实验环境安全。
•检查实验设备和试验仪器是否正常工作。
•检查实验用沥青样品的质量和数量。
3.2 试验前操作•佩戴个人防护装备，包括实验服、手套、安全眼镜和防护口罩。
•打开实验设备，预热设备至所需温度。
•校准测试仪器，确保准确度和可靠性。
3.3 试验操作•根据试验要求制备沥青样品。
•将样品放入试验设备中。
•设置试验参数，如温度、频率、剪切应力等。
•开始试验，记录测试数据。
•根据需要进行多组试验，以获得准确的结果。
3.4 试验后操作•关闭试验设备，清理试验现场。
•处理废弃物和污染物，确保环境卫生和安全。
4. 保养规程4.1 定期维护设备•按照设备说明书进行定期维护，保证设备正常工作。
•定期检查设备的电气连接、润滑系统和冷却系统。
4.2 清洁设备•每次试验结束后，清洁试验设备，清除残留的沥青和污垢。
•使用合适的清洁剂，避免对设备造成损害。
4.3 定期校准仪器•定期校准测试仪器，确保准确度和可靠性。
•根据仪器的使用说明书，进行校准操作。
4.4 设备存储•对不经常使用的设备，进行适当的存储，避免损坏和污染。
应用动态剪切流变仪(DSR)测试沥青多重应力蠕变恢复试验(MSCR)的标准方法
附录C（规范性附录）应用动态剪切流变仪(DSR)测试沥青多重应力蠕变恢复试验(MSCR)的标准方法C.1 一般规定C.1.1 本方法为在特定温度条件下的动态剪切流变试验，确定沥青试样中可恢复和不可恢复的蠕变柔量。
本实验的样品为旋转薄膜烘箱试验（RTFOT，T0610）后的残留物。
C.1.2 通过可恢复百分率确定基质沥青或聚合物改性沥青的弹性恢复和应力依赖性。
C.1.3 本方法所测数据，需采用国际标准单位。
C.2试验仪器和设备C.2.1 本方法所需设备可按现行标准《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（JTG E20）中T0628方法要求配置。
C.3试验步骤C.3.1 试样条件—试样按照T0610进行旋转薄膜烘箱老化。
C.3.2 试样制备—按T0628要求制备试样，采用Φ25mm板制备多应力蠕变恢复试验试样，并根据要求控制试验温度。
本方法同样适用于根据表13确定RTFOT残余物DSR性能的试样。
当用DSR试样时，试验开始前应有1min的应力松弛时间，当用新试样时，可不要求应力松弛。
C.3.3 试验要求—试样在给定的试验温度下，分别使用两个恒定应力（0.1kPa和3.2kPa）进行蠕变和恢复试验，应力加载持续1s后零应力恢复9s。
试验共经历30个蠕变和恢复循环，其中，0.1kPa应力水平下进行20个循环，随后3.2kPa应力水平下进行10个循环，总共30个循环。
0.1kPa应力水平下的前10个循环用以进行试样条件处理。
在蠕变和恢复循环间无松弛时间和应力改变。
完成两阶段蠕变和恢复试验的总时间为300s。
至少每0.1s记录1次蠕变循环试验中的应力和应变，至少每0.45s1次记录恢复阶段的数据。
在每个蠕变和恢复循环周期中，在第1s时记录应变峰值，第10s时记录恢复应变。
如果DSR没有在指定时间准确记录峰值应变和恢复应变，则先利用先前的数据，使用外推法确定第1s和10s的应变值。
蠕变期的时间偏差不应超过0.1s，恢复期的时间偏差不应超过0.5s。
动态剪切流变仪
使用者通常在安装试样前设置间隙，而设置间隙 值是在期望值（1㎜或2㎜）上，增加0.05㎜，在 试验最终修整后，再用微米轮把这0.05㎜的额外 间隙去掉。 试验用的沥青试样直径和DSR的振荡板的直径相 同。准备试样有两种方法： ①沥青以适当的量直接倒向旋转轴，使材料有合 适的厚度。 ②用试模制作沥青试样，然后把沥青试样置于 DSR的旋转轴和固定板之间。
数据提交
DSR能够测量沥青对温度、频率和应变水平的反应。然而， S u p e r p a v e规范要求在G*和δ值用特定的条件进行试 验。因此试验结果同S u p e r p a v e规范的要求做对照， 确定其一致性就了一件简单的事。完整的实验报告包括： ①G*，精确到三位有效数字; ②δ,精确到0.1度； ③试验板的尺寸，精确到0.1㎜，间隙精确到 0.001㎜； ④试验温度，精确到0.1℃；
DSR试验设备
工作原理
DSR的工作原理很直观，沥青试样夹在来回振荡 的旋转轴和固定板之间，振荡板（常叫做旋转轴） 从起点A开始转动到B点。振荡板再从B点转回，经 过A点到C点，从C点再转回A点。此运动从A到B到 C，再回到A形成了一个循环，如下图所示
应力应变关系
当力（或剪应力）通过旋转轴加到沥青上时，DSR就会 测量沥青对此施加的力的反应（或剪应变）。如果沥青是 一个完全的弹性材料，其反应就与瞬间施加的力相一致， 两者间得时间滞后就为零。若是完全的粘性材料，荷载和 反应之间的时间滞后就会很大，如下图所示。冰冷沥青的 情形就像弹性材料，温度高的沥青就像粘性材料。
⑤试验频率，精确到0.1rad/s； ⑥应变振幅，精确到0.01%
SHRP沥青PG分级标准中的DSR
SHRP的沥青PG分级既是按照路用性能实现的沥青分级，这 一分级方法具有明确的粘弹性力学性能依据，也是有良好 的路用性能依据，是一种典型的沥青性能标准。在SHRP的 沥青PG分级中分别将粘弹性特征函数G*/sin δ和G*sin δ分 别评价沥青高温特性和疲劳特性的技术指标。 G*/sin δ为损失剪切柔量J的倒数，根据蠕变柔量的定义， J为蠕变过程中的耗能分量。因此，J越小，即sin δ越大， 沥青在高温时的耗能越少，流动变形越小，抗车辙能力也 就越强，所以采用G*/sin δ作为反映沥青材料的永久性变 形的指标。
shrp实验原理与弯曲流变仪(dsr)使用方法
DSR仪器参数设置
温度设置
根据实验需求，设置所 需的温度范围，以模拟
不同的温度条件。
应变设置
设置所需的应变值，以 模拟不同的应变条件。
频率设置
其他参数
设置实验的频率，以模 拟不同的加载速率。
根据实验需求，还可以 设置其他相关参数，如 预热时间、冷却时间等。
DSR仪器维护与保养
清洁仪器
定期清洁仪器表面，保持仪器 整洁。
在规定温度和加载条件下，对 试件施加重复荷载，以模拟车 辆对路面的作用。
样品制备
按照规范要求制备沥青混合料 圆柱体试件，尺寸为 Φ100mm×63.5mm。
温度控制
将实验温度控制在60℃±0.5℃。
数据记录
记录试件的变形量、应力、应 变等数据，用于分析沥青混合 料的高温性能。
02 弯曲流变仪(DSR)介绍
检查样品台
定期检查样品台是否平整、无 损坏，如有需要更换样品台。
校准仪器
定期对仪器进行校准，以确保 实验结果பைடு நூலகம்准确性。
保养仪器
根据仪器使用情况，定期进行 保养，延长仪器使用寿命。
04 Shrp实验与DSR仪器结 合应用
Shrp实验在DSR仪器中的应用
确定材料流变性质
通过Shrp实验，可以测量材料在动态或静态条件下的流变性质，如粘度、弹性、 屈服点等。这些数据对于DSR仪器分析材料性能和行为至关重要。
总结词
该实验通过在DSR仪器上模拟材料老化过程，研究了材料老化对流变性能的影响。
详细描述
在实验中，将材料放置在DSR仪器中，模拟不同的老化条件，如高温、高湿等。通过测量老化前后的应变和应力 响应，可以了解材料老化对流变性能的影响，如粘度、弹性等的变化。
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沥青动态剪切试验dsr流变学原理
沥青动态剪切试验（DSR）是一种用于评估沥青材料流变学性质的常用实验方法。
DSR实验方法基于沥青材料在剪切变形时的响应,通过施加正弦波形的动态应力以及测量材料的应变响应来分析沥青材料的变形行为。
DSR实验的流变学原理包括两个主要参数：频率和应变幅值。
频率是指施加剪切应力的频率,通常以弧长速度（rad/s）或角频率（rad/s）表示。
应变幅值则为施加剪切应力的最大值。
在DSR实验中,实验者测量沥青材料对施加的正弦波形应力的响应,并计算出复合剪切模量G*和损耗角δ。
G*代表沥青材料的弹性和粘性特性的平均值,而δ代表沥青材料的粘性特性。
DSR实验可以用于评估沥青材料的流变学特性,如动态剪切模量、黏度和延展性等。
通过分析沥青材料的流变学特性,可以优化沥青制品的性能设计,并预测其在使用中的性能。