动态剪切流变仪.39页PPT
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(JTGD50-2017)最新公路沥青路面设计规范
第二十五页，共81页。
5.4.5 对无机结合料稳定类材料弯拉强度和弹性模量按三个水平 (shuǐpíng)作出了规定。
1.水平一 按附录E，采用中段法单轴压缩(yā suō)试验测定， 水泥稳定类，水泥粉煤灰类龄期90d，石灰类180d。 弯拉强度和弹性模量取测试值的均值。
2.水平(shuǐpíng)三 参照表5.4.5确定
第十一页，共81页。
3.0.4 设计交通荷载(hèzài)等级
表3.0.4 设计交通荷载(hèzài)
等级
设计交通荷载等级
极重 特重 重 中等 轻
设计使用年限内设计车道累
50.0-
计大型客车和货车交通量 ≥50.0
19.0-8.0 8.0-4.0 <4.0
19.0 （×106，辆）
注：大型客车和货车为本规范附录A中表A.1.2所列的2类~11类车。
表3.0.6-1 沥青混合料层容许永久变形量（mm）
某层类型
无机结合料稳定类基层、 水泥混合凝上基层和
底基层为无机结合料稳定类 的沥青混合料基层 其他基层
沥青混合料层容许永久变形量
高速、一级公路
二级、三级公路
15
20
10
15
第十四页，共81页。
✓ 3.路基(lùjī)顶面竖向压应变应小于附录B4的容许值；
5.1.3 路面结构层材料设计参数的确定可分为3个水平（准）：
Your 水平一
text
通过室内试验 实测(shí cè)确定
水平二
ur text
利用(lìyòng) 已有经验
关系式确定
our
text
水平三
参照(cānzhào)典型
数值确定
高速公路和一级公路的施工图设计阶段宜用水平一；
5.4.5 对无机结合料稳定类材料弯拉强度和弹性模量按三个水平 (shuǐpíng)作出了规定。
1.水平一 按附录E，采用中段法单轴压缩(yā suō)试验测定， 水泥稳定类，水泥粉煤灰类龄期90d，石灰类180d。 弯拉强度和弹性模量取测试值的均值。
2.水平(shuǐpíng)三 参照表5.4.5确定
第十一页，共81页。
3.0.4 设计交通荷载(hèzài)等级
表3.0.4 设计交通荷载(hèzài)
等级
设计交通荷载等级
极重 特重 重 中等 轻
设计使用年限内设计车道累
50.0-
计大型客车和货车交通量 ≥50.0
19.0-8.0 8.0-4.0 <4.0
19.0 （×106，辆）
注：大型客车和货车为本规范附录A中表A.1.2所列的2类~11类车。
表3.0.6-1 沥青混合料层容许永久变形量（mm）
某层类型
无机结合料稳定类基层、 水泥混合凝上基层和
底基层为无机结合料稳定类 的沥青混合料基层 其他基层
沥青混合料层容许永久变形量
高速、一级公路
二级、三级公路
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20
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第十四页，共81页。
✓ 3.路基(lùjī)顶面竖向压应变应小于附录B4的容许值；
5.1.3 路面结构层材料设计参数的确定可分为3个水平（准）：
Your 水平一
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通过室内试验 实测(shí cè)确定
水平二
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利用(lìyòng) 已有经验
关系式确定
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水平三
参照(cānzhào)典型
数值确定
高速公路和一级公路的施工图设计阶段宜用水平一；
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
注 4——鉴于此目的，建议采用满足 DIN 43760（级别 A）标准或等同要求的铂电阻温 度计 PRTDs。应分别对具有仪表或电子电路集成装置的 PRTD 进行标定。
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。
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。
流变学基础及应用ppt课件
Process
sedimentation
surface levelling sagging dip coating pipe flow, pumping, filling into containers coating, painting, brushing
Shear Rate (1/s) < 0,001 to 0,01 0,01 to 0,1 0,01 to 1 1 to 100 1 to 10 000
Simple Test Methods
简单测试
铲刀试验（trowel test） - 高粘流体：“稠” - 低粘流体：“稀”
定性！
手指试验（finger test） - 粘稠：“长” - 稀薄：“短”
10
粘度计 Bostwick稠度计（Consistometer）
测定流体（如番茄酱等）在一定时间内流过的长度
100 to 10 000 33
Application: Sedimentation of Dispersions
herbs in salad dressing
in the beginning
after 15min
34
Application: Levelling and Sagging of a Coating
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
11
落球粘度计 Falling-Ball Viscometers
ARES-rfs 23
sedimentation
surface levelling sagging dip coating pipe flow, pumping, filling into containers coating, painting, brushing
Shear Rate (1/s) < 0,001 to 0,01 0,01 to 0,1 0,01 to 1 1 to 100 1 to 10 000
Simple Test Methods
简单测试
铲刀试验（trowel test） - 高粘流体：“稠” - 低粘流体：“稀”
定性！
手指试验（finger test） - 粘稠：“长” - 稀薄：“短”
10
粘度计 Bostwick稠度计（Consistometer）
测定流体（如番茄酱等）在一定时间内流过的长度
100 to 10 000 33
Application: Sedimentation of Dispersions
herbs in salad dressing
in the beginning
after 15min
34
Application: Levelling and Sagging of a Coating
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
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落球粘度计 Falling-Ball Viscometers
ARES-rfs 23
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。
流变仪的基本原理及应用
管内流体的流动参量：
剪切速率
•
d vz
r
dr
流体粘度
•
rz
体积流量
Q 2
R
0 vz rdr
R 0
vz
d
r2
Q vz r2
R 0
R 0
d vz dr
r2
dr
管壁：
R
pR 2 L'
rz
rz
r
r
R
R
r
R
R
rz
r2
R2
2 R
2 rz
dr
R
R
d
rz
r rz
管壁：
•
R
d vz dr
第6章 流变仪的基本原理及应用
第一页
第6章 流变仪的基本原理及应用
高聚物加工成型过程：树脂首先受热逐渐熔融，在外力场作
用下发生混合、变形与流动，然后在成型模具中或经过口模
形成一定的形状。随温度降至Tg或Tm以下，并延续降至室
温，其形态结构逐渐被冻结，制品被固化定型。
—
—熔融-混合-变形-流动-定型
§6. 1毛
细 管
流 变
仪
——是目前发展最成熟、应用最广的流变测量仪之一。 优点：操作简单、测量范围宽(剪切速率约为10-2~105S-1)
具体应用：
（1）测定热塑性高聚物熔体在毛细管中的剪切应力和剪 切速率的关系； （2）根据挤出物的直径和外观，在恒定应力下通过改变 毛细管的长径比来研究熔体的弹性和熔体破裂等不稳定流 动现象； （3）预测高聚物的加工行为，优化复合体系配方、最佳成型 工艺条件和控制产品质量； （4）为高聚物加工机械和成型模具的辅助设计提供基本数 据； （5）作为高聚物大分子结构表征和研究的辅助手段。
剪切速率
•
d vz
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dr
流体粘度
•
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体积流量
Q 2
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管壁：
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第6章 流变仪的基本原理及应用
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第6章 流变仪的基本原理及应用
高聚物加工成型过程：树脂首先受热逐渐熔融，在外力场作
用下发生混合、变形与流动，然后在成型模具中或经过口模
形成一定的形状。随温度降至Tg或Tm以下，并延续降至室
温，其形态结构逐渐被冻结，制品被固化定型。
—
—熔融-混合-变形-流动-定型
§6. 1毛
细 管
流 变
仪
——是目前发展最成熟、应用最广的流变测量仪之一。 优点：操作简单、测量范围宽(剪切速率约为10-2~105S-1)
具体应用：
（1）测定热塑性高聚物熔体在毛细管中的剪切应力和剪 切速率的关系； （2）根据挤出物的直径和外观，在恒定应力下通过改变 毛细管的长径比来研究熔体的弹性和熔体破裂等不稳定流 动现象； （3）预测高聚物的加工行为，优化复合体系配方、最佳成型 工艺条件和控制产品质量； （4）为高聚物加工机械和成型模具的辅助设计提供基本数 据； （5）作为高聚物大分子结构表征和研究的辅助手段。
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。
演示文稿流变性能测试课件
t 0 sint
0 sintcos 0 costsin
0 cos sint 0sin cost
in phase with strain
in phase with strain rate
t
0
0
cos
0
sint
0
sin
0
cost
G ' (elastic）
G（" viscous）
（优选）流变性能测试课件
第1页，共40页。
流变性能测试
• 流变测试原理
• 简单剪切 • 小振幅振荡剪切
• 旋转流变仪
• 仪器结构 • 测量夹具
• 旋转流变测试模式
• 旋转测试 • 振荡测试 • 蠕变及回复 • 应力松弛
• 流变测试应用实例
• 分子量及其分布表征 • 相分离表征
第2页，共40页。
聚合物材料特征流动现象
第36页，共40页。
流变测试应用实例之流动曲线测定
• 黏度的剪切速率依赖性
第37页，共40页。
不同流体的流动特征
• 不同流动特征的流动曲线
第38页，共40页。
流变测试应用实例之重均分子量测定
• 不同分子量PS的特征流动曲线
第39页，共40页。
流变测试应用实例之分子量分布测定
• 不同分子量分布PS的动态黏弹性特征
小振幅振荡剪切的各参量
第15页，共40页。
旋转流变仪仪器结构
• 旋转流变仪一般是通过一对夹具的相对运 动来驱动样品的变形或流动。根据结构设 计不同，分为应力控制型和应变控制型
第16页，共40页。
TA Instruments流变仪
• 应力控制型—AR系列
《流变性测定法》PPT课件
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21
伸展计测定原理： 在平行板之间装入 试验液，在一定压 力条件下通过测定 试验液的扩展速度 来求得试验液的伸 展性能。
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22
1.不随时间变化的静止测定法，即r0一定时，施加应力 S0（一点法）。
只适用于牛顿流体的测定
一般用毛细管或落球粘度计
2.旋转或转动测定法，对于胶体和高分子溶液的粘度，
其变化主要依赖于剪切速度（多点法）
旋转式、锥板、转筒粘度计
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3
（一）毛细管粘度计 η1=η2ρ1t1/ρ2t2
D
原理：在一定压力下，根据一定容积的流体依靠压力差 或者自身的质量，流过一定长度和半径的标准毛细管所 需的时间，计算出液体的粘度。
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4
二、落球粘度计法 原理：在含有受试液 的垂直玻璃管内（在 一定温度下），使玻 璃球或钢球自由落下 ，由球的落下速度和 球的质量即可求得受 试液的粘度。
Hoeppler落球粘度计
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5
测定方法：将试验液和圆球装入到玻璃管内，外围 的恒温槽内注入循环水保持一定的温度，使球位于 玻璃管上端，然后准确地测定球经过上下两个标记 线的时间，反复测数次，利用下式计算得到牛顿液 体的粘度。
t(SbSf )B
t— 球落下时经过两个标记线所需时间（sec）；Sb、
Sf—测定温度条件下球和液体的比重；B— 球本身固
有的常数。
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6
一、落球粘度计
t(bl)B
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7
落球粘度计
2r2g（s－L）
9V
t(SL)K
ρs＝球的密度， ρL＝待测浓密度， t＝球体下落时间，
K=仪器常数(可用已知粘度 的液体求得)