弯曲流变仪(DSR)使用方法及SHRP实验原理
弯曲试验机器原理
弯曲试验机器原理
弯曲试验机器主要用于测量材料在受弯曲作用下的力学性能。
其原理基于弯曲力学的基本公式，即梁的弯曲理论。
试验中，将材料样品固定在支座上，然后加载施加在样品上的力，使其产生弯曲变形。
在弯曲试验机器中，应用两个承载支撑点施加固定力，形成一个直线或弯曲曲线形的加载路径。
这些加载路径可以通过调整支承点的位置或应用不同的加载方式来实现。
当样品受到加载力时，弯曲试验机器中的传感器可以测量应力和应变的变化。
为了准确测量材料的力学性能，弯曲试验机器通常配备有高精度的负载传感器和位移传感器。
负载传感器可测量施加在样品上的力大小，而位移传感器则可以测量样品受到的位移或变形。
通过实时监测加载力和位移数据，弯曲试验机器可以绘制出载荷-位移曲线。
通过分析这些数据和曲线，可以了解材料的弯
曲性能，如弯曲强度、屈服强度、弯曲刚度等。
此外，弯曲试验机器还可以进行不同加载方式的试验，如静态加载、疲劳加载和动态加载。
在疲劳试验中，机器可以通过不同的加载循环来模拟材料在实际使用条件下的疲劳行为。
综上所述，弯曲试验机器通过施加弯曲力来测量材料在受弯曲作用下的力学性能。
它可以提供关于材料的弯曲强度、刚度和疲劳行为等重要性能参数，为工程设计和材料研究提供有力支持。
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)
SHRP仪器操作说明
弯曲梁流变仪(BBR)1.开气。
将控制面板上的“Line”和“Air Bearing”旋钮向外拔，并向右拧动。
使“Line”控制的压力达到40psi（黑色刻度线），“Air Bearing”控制的压力达到25psi。
2．开电脑，开仪器，双击桌面上“Bbrw”快捷方式。
3.设定温度。
打开软件后→点击“Set Up”→选择“Instrument Setup”→输入温度如-12（一般为0到-40℃，且间隔为6℃），点击“确定”→点击“Set Up”→点击“Enable Instrument control”，确定“Enable Instrument control”选项前有绿色的对号。
4.浇模具，空冷半小时，切模具，再空冷1小时。
将整个模具放进冷浴里约1分钟（30-60s），将模具去除（剩余沥青梁），再将沥青梁放进冷浴里1小时（不放在梁上）。
1小时后，将沥青梁放到固定梁上，取下泡沫板。
5.检查气压，并调整。
6.检查软件右侧“Force”值，确定其是否在“25-45mN”之间。
若不在，调整控制面板上“ZERO”旋钮，左拧变大，使“Force”值处于“25-45mN”之间。
7.开始测定。
点击软件界面中第二排，第一个图标→命名文档名→点击“OK”→当提示出现“Set the BBR to Remote”时，按下操作面板上“Local-Remote”按钮，此时绿灯亮起→点击“确定”→点击“确定”，开始测定。
8.测定结束后，记录60s一行的数据（颜色为灰色），即S值（measured strifness）和m值（mvalue）。
9.关仪器前，先将泡沫板放上，防止探头损伤。
10.关闭仪器时，温度应在5℃-10℃之间。
首先点击“Enable instrument control”→再设定温度为10℃。
11.等到温度升到5℃后，先关闭软件，再关机器（直接关电源键），关电脑，最后关气。
注意：关气前再次确认泡沫板是否放上。
流变仪的基本原理及应用
(i) 剪切速率恒定，在确定流变学性质时不需要对流动动力学作任 何假设。不需要流变学模型；
(ii) 测试时仅需要很少量的样品，这对于样品稀少的情况显得尤为 重要，如生物流体和实验室合成的少量聚合物；
(iii) 体系可以有极好的传热和温度控制； (iv) 末端效应可以忽略，特别是在使用少量样品，并且在低速旋转 的情况下。
3
混炼机型流变仪： 一种组合式转矩流变
仪，带有小型密炼机和小 型螺杆挤出机及各种口模
优点：测量结果和实际加 工过程相仿
毛细管流变仪
旋转流变仪
转矩流变仪
2
关于流变仪的简单介绍
常见流变仪的剪切速率范围及测黏范围
精确测量范围取决于各自测量面积和样品性质 压缩型门尼粘度计的剪切速率范围大于振荡型
3
关于流变仪的简单介绍
zz r
动量方程在r 方向上可以简化为
积分并简化得
d dr
p
rr
d rr
dr
V2 r
r
rr
rr R rr KRK 1N1K 11r2
39
旋转流变仪
测量系统的选择
40
旋转流变仪
41
旋转流变仪
测量模式的选择
107
Viscosity [Pa.s]
28
旋转流变仪
锥板结构的缺点：
(i) 体系只能局限在很小的剪切速率范围内，因为在高的旋转速度下，由 于惯性的作用，聚合物熔体不会留在锥板与平板之间。对于低粘度和 有轻微弹性的流体，可以使用杯来代替平板，这样可以得到大的剪切 速率；
(ii) 对于多相体系，如固体悬浮液和聚合物共混物，如果其中分散粒子 的大小和板间距相差不大，就会引起很大的误差。对于多相体系的 最佳选择是同轴的平行板夹具；
DHR流变仪操作规程(修改版)
4.6点击“Start”开始测试。
五、数据处理
通过File Manager下面的results可以打开需要的文件进行分析。
六、导出数据
点击左侧的“Export”可以导出数据和图片
模量对频率
（1）温度
（2）线性黏弹区振幅
（3）频率范围
（4）采点模式及数目
（1）结构探测
低频对应于长时间尺度，对分子结构敏感
（2）松弛时间谱
振荡连续变温
Temperature Ramp（温度斜坡）
Temperature Sweep（温度扫描）
模量对温度
（1）频率
（2）线性黏弹区振幅
（3）温度范围及变温速率
（4）采点数目
（1）转变温度探测
（2）反应温度、凝胶化温度
3.3阶跃(Step)
马达对样品施加一恒定扭力或让样品产生恒定形变形变并且保持一段时间，是测量应力松弛和蠕变的主要方式！
Creep（蠕变）
Stress Relaxation（应力松弛）
四、测试步骤
4.1轻按一下 ，机头归零，仪器显示屏Gap由Unkown变为100μm左右。
4.3点击Control panel里面的Environmental，设置起始实验温度set point。
4.4加入试验样品，
4.5在Trios软件中，轻按 ，使上平行板与实验样品轻轻接触，锁紧炉子锁扣。
4.5选择测量模式，设置样品信息和试验方法。
七、关机
5.1关闭仪器背后的电源开关。
5.2关闭保护盖。
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。
流变仪原理
流变仪原理
流变仪是一种用来测量材料的流变性质的仪器。
其原理基于牛顿流体力学和弹性变形力学的基本原理，并利用材料在外力作用下的变形与应力的关系来描述材料的流动特性。
流变仪的基本构造包括旋转驱动系统和变形检测系统。
旋转驱动系统通过旋转固体静态的环状试样来施加剪切力，而变形检测系统则通过传感器来测量试样的变形和应力。
在流变仪实验中，通常使用圆盘式或平板式试样。
试样被装入流变仪的试样夹具中，并施加被称为剪切应力的外力。
试样在旋转驱动系统的驱动下开始变形，此时流变仪的变形检测系统会监测试样的变形并记录下来。
利用测得的变形数据，可以计算出材料的应力、应变和黏度等流变物性参数。
这些参数可以帮助我们了解材料的流动性能，包括流动的趋势、变形的程度以及流体的黏度等。
总的来说，流变仪的原理是通过施加剪切力并测量材料的变形和应力，从而得出材料的流变性质参数。
通过对流体材料的流变性质研究，我们可以更好地了解材料的流动行为，并为相关工程和科学研究提供基础数据。
流变仪操作说明
流变仪操作的注意事项1、开机：先开气源，再开水浴，必须保证气流畅通，（在压缩机打开后响声停止后再开主机）。
2、第一次使用的转子一定要进行惯性校准,步骤是先进入Control panel界面→点击service→Meas. System，点击开始，然后需要保存。
马达校准Motor Adjustment （90天一次）点开始不需要保存，再点ok就可以了。
3、安装平板之前，装转子的空气轴承一定要盖好保护盖，防止损坏轴承。
4、每次重新启动后系统都需要初始化。
5、所有测量系统转子均注意不要划，用软的卫生纸擦，不能直接用手擦转子。
圆筒系统基本操作1、安装好圆筒系统后，检查连接线是否接好，打开流变仪和电脑，开机流程必须遵照注意事项中的要求。
2、开机后，首先要新建一个workbook，在Flow中选择测量的界面；3、点击control panel（注意第一次开机要初始化），圆筒系统不需要调零，初始化后将待测液体加入圆筒中（注意加液至圆筒中的刻度线位置），装上转子后，待嘀的一声后,在control panel的界面上点击meas.position，将转子降到测量位置，然后设定温度，点击set，再点击ok。
4、设定测量剪切速率范围，点击，如图：在出现的界面中，前两组数据可删掉，直接在第三组数据中设定，双击，此系统最大剪切速率为4000左右，注意旋转方法测定流变性时，时间设定时选择除了No time setting以外的其他三种。
设好后点击ok，然后点击，会出现需要保存的文件名及路径等，开始测量。
锥平板及可视系统除了多了一个调零过程外，其他操作过程都与圆筒一样，调零的操作过程为：在control panel界面中，点击set zero gap，调零后，将转子升起后，再将样品加到平板上，开始测量。
注意，圆筒与锥板系统测量流变性的不同是，圆筒测量黏度低于1000mPas的体系。
界面流变性基本操作1、界面测量要复杂一些，其基础操作与锥平板相同，即在调零后，将下相液体加入容器中，首先要进行间距调零，调零后要进行时间扫描，然后振幅扫描，最后进行频率扫描。
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强调疲劳开裂规范要求
胶料原样的疲劳（开裂）因子至多为5000kPa，大于该数值， 则胶料太硬，容易发生疲劳断裂
2.3 沥青性能分级——PG
Report -12 -18 -24 -30 -6 -12 -18 -24 -30
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-6
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-18
-24
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-6
-12
-18
-24
-30
2.1 粘性变形——车辙
粘度，T316 最大值，3Pas （3000cP）
动态剪切，T315 G*/sinδ，最小值，1.00kPa 试验温度，@10rad/s，℃
模拟硬化（耐久度特性）
施工
车辙
疲劳开裂
低温开裂 [DTT]
[RV]
路面老化
[DSR]
[BBR]
无老化
RTFO – 老化
PAV – 老化
测试仪器
RV DSR
DTT
BBR
2.动态剪切流变仪测试原理
剪切流动测试抽象模型
基本概念-剪切
A
d b a
面积A = ab 高 = d
假设一个立方体的长宽高分别为a，b，d。
230 135
64
Rolling Thin Film Oven (T 240) or Thin Film Oven (T179) Residue
Mass Loss, Maximum, % Dynamic Shear, TP5: G*/sin , Min, 2.20 kPa Test Temp @ 10 rad/sec, C 52 58
1.2 Superpave主要内容
• Superior Performing Asphalt Pavements——高性能沥青 路面
– 规定沥青胶结料和矿物集料性质 – 沥青混合料设计和分析路面性能 – 包括采用新的胶结料物理特性试验的沥青胶结料规范、一系列集 料实验和规范、一个热拌沥青混合料设计和分析体系以及集成体 系各部分的计算机软件 – 特点：其实验体系所采用的温度条件和老化条件更能体现路面实 际情况
• ×× ×× binder：单点测试
– e.g. : G*/sinδ> 2.2kPa Pass
G*/sinδ< 2.2kPa Failed
• ×× ×× binder Grade：分级测试（多点测试）
– e.g. : 64℃ G*/sinδ> 2.2kPa Pass 进入下一个温度
70℃G*/sinδ< 2.2kPa Failed 停止RTFO等级区 分试验
上板 (振荡)
DSR 应力 (单位面积上的作用力) 应变 (相对形变程度) d 相位角
下板 固定
施加应力
t
测量相对形变
测试得到 G* 和sind
DSR
沥青胶 料样品 F = 角位移量
应力, τ 2T/r3 T = 作用力矩 r = 样品半径 h = 样品厚度
应变, = Fr/h 复数模量 G* = τ /
PG 58 -28 -34 -40 -16 -22
PG 64 -28 -34 -40
Average 7-day Maximum Pavement Design Temperature, C a Minimum Pavement Design Temperature, C a >10 >16 >22
<52 >28 >34 >40 >46 >16 >22
用于检测64℃下，RTFO老化沥青的车辙因子是否符合标准（G*/sin δ>2.2kPa即符合64℃标准）。
5. RTFO Binder Grade（RTFO沥青等级区分实验） 用于鉴定RTFO老化沥青的品质等级，首先在64℃测试沥青的车辙因子，与2.2kPa比较，然后系统将自动进入下一温度（比上 一温度高6℃或低 6℃ ）进行测试，直至材料的等级得以确定 • • 6. PAV Binder（PAV老化沥青单点测试实验） 用于检测25℃下，PAV老化公路沥青的车辙因子是否符合标准（G*×sin δ<5MPa即符合25℃标准）。 7. PAV Binder Grade（PAV老化沥青等级区分实验） 用于鉴定PAV老化沥青的品质等级，首先在25℃测试材料的车辙因子，与5MPa比较，然后系统将自动进入下一温度（比上一 温度低3℃或高3 ℃ ）进行测试，直至材料的等级得以确定。 • 8. Cannon Standard（Cannon标样标准测试） 用于标样标准测试，该测试在58℃下进行，测得材料的复数粘度，并与参考值相比较，二者偏差在±10%以内，则表明仪器工 作正常；
硬
A B
软 -15 25 60 温度，℃
粘度
C
135
1.3.2 Superpave胶料测试试验
试验名 动态剪切流变仪（DSR） 旋转粘度计（RV）
弯曲梁流变仪（BBR） 直接拉伸试验仪（DTT） 薄膜烘箱（RTFO） 压力老化容器（PAV）
目的 测量高温和中温性能 模拟施工搅拌温度性能
测量低温性能
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） 2.待过滤器气压稳定在约3bar后，再依次打开流体冷却泵（为白色PE塑料桶，将插头 插入接线板即可）、Julabo F25水浴装置（共2个绿色开关，分别位于该装置的上下 方）、流变仪主机（开关位于流变仪背部左下角）
2.1 DSR测试参数
相位角δ： 粘弹性比例
车辙因子：G*/sinδ 沥青胶料劲度的高温粘性成分
疲劳开裂因子：G*×sinδ 沥青胶料劲度的低温弹性成分
复数模量G* ： 抗形变能力
3.SHRP测试标准（DSR）
Performance Grade -10 -16 -22
PG 52 -28 -34 -40 -46 -16 -22
性能等级
最高路面温度 最低路面温度
• 根据不同老化条件（原始、RTFO、PAV老化）下的沥青在不同温度 下的车辙、疲劳因子数值，对沥青等级进行区分，DSR为其中某些 分级参数测试提供测试依据
4. Bohlin沥青测试标准程序简介
4.1 测试程序概述
•
根据AASHTO测试要求，制定沥青测试标准测试程序，对测试夹具、间距、温度、 控温类型等参数进行规定，自动判定沥青是否符合等级要求或者对沥青进行分级
基本概念-剪切速率（Shear rate）
剪切速率
t (s)
S-1
剪切应变速率（Shear strain rate）或者剪切速率 （Shear rate） ，表示剪切应变快慢 单位 s-1
剪切粘度(Shear viscosity)
粘度就是流动的阻力
粘度越大，越难流动（蜂蜜，酸奶等） 粘度越小，越容易流动（水等）
1.1 Superpave的诞生
• 上世纪七八十年代，美国沥青路面出现了严重的早期破坏 • 通过调查，绝大多数道路工作者直觉地认识到美国普遍应 用的马歇尔设计方法难以满足交通现状的需要，因此有必 要对沥青混合料设计方法作进一步的改进 • 美国国会1987年批准建立公路战略研究计划(SHRP)，历 时5年，耗资1亿5千万美元，于1993年形成了SHRP研究 的最终成果---Superpave体系 • Superior Performing Asphalt Pavements——高性能沥青 路面
旋转薄膜烘箱（T240）
质量损失，最大值，% 动态剪切，T315 G*/sinδ，最小值，2.20kPa 试验温度，@10rad/s，℃
强调车辙的规范要求
胶料原样的车辙因子至少为1.00kPa，在烘箱中老化后至少为 2.2kPa，小于以上数值，则胶料太软，不能抵抗永久形变， 抗车辙性能较差
2.2 弹性形变——疲劳开裂
<58 >28 >34 >40 >16 >22
<64 >28 >34 >40
Original Binder
Flash Point Temp, T48: Minimum, C Viscosity, ASTM D 4402; b Maximum, 3 Pas (3000 cP), Test Temp, C Dynamic Shear, TP5: c G*/sin , Minimum, 1.00 kPa Test Temperature @ 10 rad/s, C 52 58
剪切应力（施加外力） 剪切速率（运动速度）
剪切粘度 =
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
上板振荡 下板固定
测试胶料的物理特性，包括： 硬度, 弹性和粘性
1.3 Superpave沥青胶料测试基本实验
1.3.1 采用Superpave之前的沥青测试方法
针入度实验
penetration
粘度测试
0 sec
100 g
vacuum
5 sec