沥青流变特性研究75页PPT
改性沥青流变性能的研究
改性沥青流变性能的研究摘要本论文根据广坛高速公路养护项目对沥青和沥青混合料流变性进行研究。
目前，该课题刚开始进行试验，实验数据不全，所以本论文首先给出本课题的研究方案，对试验中将要涉及到的数据首先进行设想性研究，为将来进行试验和实验数据的分析提供理论依据。
沥青是一种粘弹性物质，具有一定的流变性质，尤其是在高温季节，在行车荷载的作用下，沥青的流变性对沥青路面的性能具有重大影响。
抗流变性能差的沥青路面将很容易形成车辙、推移等病害，严重缩短高速公路的使用寿命。
用沥青为结合材料修筑的沥青路面常出现两种主要病害:高温车辙与低温开裂,其产生的主要原因是沥青及沥青混合料的高、低温稳定性不足，研究其流变性质将会有重要的意义。
1沥青路面的发展自沈大高速公路及沪嘉高速公路建成通车以来，高等级公路以前所未有的速度发展，我国高速公路进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的时代。
根据交通部公布的《国家高速公路网规划》，从2005年起到2030年，国家将斥资两万亿元，新建5.1万公里高速公路，使我国高速公路里程达到8.5万公里。
目前，我国高速公路的使用有如下特点：①行车渠道化，大量的车死轧一条车道，使道路过度疲劳，尤其在高温季节，对公路的破坏力很大，特别是对四车道的高速公路危害更大。
②交通量提高过快且货车占的比重较大，占总车数的60%－70%。
③超重车过多，占大型车辆的60%-70%，车辆载重远远大于设计指标。
再加上高温天气等环境条件，致使公路沥青路面沥青混合料的高温抗剪切能力不足，发生车辙损坏。
如今，沥青路面车辙损坏问题日益突出，已成为我国的主要公路病害。
路沥青作为沥青路面最主要的建筑材料，沥青及沥青混合料的质量好坏直接决定沥青路面的使用性能及使用寿命。
众所周知，我国的道路沥青主要采用石蜡基原油炼制，沥青的温度敏感性较大。
因此，在一些气候条件恶劣和交通负荷特别大的或一些政治经济特别重要的路段，当使用重交通道路沥青仍不能满足要求时，为使沥青混凝土达到更高的使用性能，可以考虑使用改性沥青。
沥青混合料流变特性分析与研究
［］ ２ 冷发 光 ． 煤 灰 和矿 渣 高性 能混 凝 土 强度 和 和 易性 的 研 究 粉 ［］ 中南水利发 电，０ ０ １ ：２２ ． Ｊ． ２ ０ （ ）２ —４ ［］ Ｍ． ３ Ａ． 内维 尔． 混凝 土的性 能 ［ ］ 北 京 ： Ｍ ． 中国建 筑 工业 出版
能实际的应用 于施工之 中。因此 根据 以上 粉煤 灰 的各种物 理一 参考文献 ： １ 冯乃谦 ． 高强混凝 土 ［ ． 京 ： 国建 筑工 业 出版 社 ，９ ６ Ｍ］ 北 中 １９ ． 化学性 质 ， 在施工中应该 根据实 际情 况正 确选择 配合 比 ， 用高 ［ ］ 使
质量的粉煤灰和外加剂 ， 保证养护质量 和合适 的温度条 件来确保 掺粉煤灰的高强混凝土的质量 。
于混凝 土的配合 比， 粉煤灰 的性 能 ， 度 ， 护条件 和外加剂等 ， 温 养
一
个周期的实际情况。２掺粉煤灰的高强混凝土强度发展的趋 ）
早期强度发展 低 。 期强度 发展 高。其 中水 胶 比为 ０ ３ 粉煤 后 ， 由于粉煤 灰的细度 和水泥 颗粒属 于 同一个数 量级 ， 因此 ， 粉煤 灰 势 ， 的细度对混凝土的强度 有着重 要 的影响＿ 。虽然 由于粉煤 灰 的 灰掺量 为 ２ ３ Ｊ ０％的高强 混凝 土在 ７ｄ和 ２ 度发 展都 比较理 ８ｄ强 ） 火 山灰效应使得混凝土的早期强度不高 ， 由于二 次水化反应 的 想。３ 粉煤灰 的混凝 土其 抗压 强度 并不 是随粉 煤灰 的掺 量而 呈 但 它的强度在粉煤灰 为 ２ ０％～３ Ｏ％之 间会达 到一个极 作用， 能使得 凝土的空隙更加密实的被填充， 昆 降低了孔隙率， 从 线性关 系 ， 而对混凝土的后期强度发展有着很大的帮助 ， 使混凝土的耐久性 值 ， 在粉煤灰掺量小于 ２ ０％和大 于 ３ Ｏ％ 的时候 ， 其强 度都要 比 ） 也能得到显著 的增强 。最后 ， 由于粉煤 灰 的“ 形态效应 ” 使得 混凝 这个极值低 。４ 由于粉 煤灰 高强 混凝 土 中粉煤 灰掺合 料 的各种 土的和易性也能得到很好地提高 ， 这使得低水胶 比的高强混凝 土 物理一化学性质 ， 提出了应该注意 的施工技术 手段。
《沥青材料流变学》课件
02
沥青材料的流变性质
粘弹性
粘弹性是沥青材料的重要流变性质，它决定了沥青在受力时的响应行为。
粘性表示沥青材料在剪切作用下的内摩擦力，而弹性则表示材料在应力作 用下的形变恢复能力。
粘弹性的研究有助于理解沥青在温度和应力作用下的性能表现，对于沥青 混合料的设计和性能优化具有重要意义。
粘度与粘度变化
3
流变学为沥青材料的设计、生产和应用提供了理 论基础，有助于优化材料性能和提高工程质量。
沥青材料流变学的应用领域
公路工程
沥青路面流变性能的研 究有助于提高路面的耐 久性和减少养护成本。
建筑领域
利用流变学原理，优化 沥青材料在建筑防水、
保温等方面的应用。
石油工业
在石油开采和运输过程 中，流变学研究有助于 提高沥青材料的稳定性
02
这些模型通过引入不同的参数 ，能够拟合实验数据并预测沥 青在不同温度和应力作用下的 性能表现。
03
了解和掌握这些流变模型及参 数对于沥青材料的研究、设计 和应用具有重要的理论和实践 意义。
03
沥青材料的流变行为
温度对沥青材料流变行为的影响
温度对沥青材料的流变行为 具有显著影响
•·
01
随着温度的升高，沥青材料 的粘度降低，流动性增加，
《沥青材料流变学》ppt课件
目录
• 引言 • 沥青材料的流变性质 • 沥青材料的流变行为 • 沥青材料的流变性能测试与评价 • 沥青材料流变性能改善方法与技术 • 沥青材料流变学在工程中的应用案例
01
引言
流变学的定义与重要性
1
流变学是研究物质在形变过程中表现出的力学性 质的科学。
2
在沥青材料领域，流变学研究对于理解材料的性 能、行为和变化规律具有重要意义。
沥青材料学第三章(1)石油沥青的流变性质
早期沥青试验方法
针入度实验
0 sec 5 sec
penetration 100 g
100 g
粘度测试
vacuum
Capillary Tube cs
100 A9
缺点：经验性较强
稠度
(针入度或粘度)
针入度 粘度
硬
Asphalts A = C Pen Grade B = C Visc Grad
A
B
软
动态剪切，T315 G*×sinδ，最大值，5000kPa 试验温度，@10rad/s，℃
物理硬化
蠕变劲度，T313 ……
直接拉伸，T314 ……
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
沥青性能分级——PG
性能等级
PG 64-22
时间决定其弹性或黏性
为了更好地描述沥青材料的粘弹性 变形行为，首先来比较一下弹性变 形和黏性流动变形的基本特点。
黏弹性
弹性变形
弹性变形行为不依赖于时间，可在瞬 间完成变形，或变形在瞬间完全回复 弹性变形可以用虎克定律描述：
σ-应力；ε-应变；E-弹性模量 弹性变形也称为线弹性变形
黏弹性
黏性流动变形
黏性流动形态多种多样，理想流动形态 为牛顿流体（无剪切变稀或增稠） 黏性流动变形可用牛顿流体定律描述：
S-剪应力(F/A)；D-剪变率(dv/dy)； η- 牛顿流体黏度 流动变形是不可回复变形，与时间有关
黏弹性
沥青胶体结构与黏弹性关系
（1）溶胶型沥青 服从牛顿定律，是黏性流动；
（2）溶凝胶型沥青 粘弹性
➢ 法国、日本、瑞典、澳大利亚、奥地利、捷克斯洛
《沥青材料流变学》课件
本课程旨在介绍沥青材料流变学的基本概念、应用和意义，包括流变学基础、 沥青材料的流变参数和特性，以及沥青混合料在不同工程领域中的应用。
概述
沥青材料流变学是研究沥青材料在外力作用下的变形与流动行为的学科。了 解沥青材料流变学的重要性是为了更好地应对工程实践中的挑战。
流变学基础
3 高温下的流变特性
4 低温下的流变特性
沥青材料在高温下的粘度、剪切模量等参 数的变化规律，关系着路面承载力和变形 特性
沥青材料在低温下的变形行为，直接影响 着路面的耐久性和抗裂性能
沥青混合料流变学应用
路面沥青混合料
研究路面沥青混合料的流变学 特性，优化路面设计和施工方 案
桥梁沥青混合料
应用沥青混合料流变学知识， 提高桥梁结构的耐久性和承载 能力
用于描述沥青材料在静态 加载下的变形行为，例如 静态剪切模量
拉伸流变参数
用于描述沥青材料在拉伸 加载下的变形行为，例如 极限拉伸应变
沥青材料流变特性
1 施工温度范围
2 遇热变软和变硬点
沥青材料在不同温度下的流变行为，影响 着施工工艺和材料性能
沥青材料在高温状态下发生软化或硬化， 影响路面性能和持久性
流变学概念 流变学参数 流变学实验方法
涵盖了物质的变形和流动的特性及其与外力之 间的关系
用于描述物质流变性质的指标，例如黏度、弹 性模量等
通过实验测试来研究物质的流变性质，例如剪 切应力-剪切率曲线
沥青材料流变学参数动Fra bibliotek剪切流变参数用于描述沥青材料在动态 加载下的变形行为，例如 动态剪切模量
静态剪切流变参数
隧道沥青混合料
研究隧道沥青混合料的流变特 性，保证隧道施工和使用的安 全和稳定
沥青及沥青混合料流变性质
沥青混合料的流变性质及指标
•
必须指出，我们用蠕 变试验来定义柔量，用松 弛试验来定义模量，即
第五节
结语
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•
沥青与沥青混合料作为一种非常重要的 土工材料，被广泛应用于道路路面和建筑 防水，在沥青应用部门，通过采用各种类 型的改性措施改善沥青或者沥青混合料的 流变特性，有着重要的现实意义。
沥青及沥青混合料的流变性质
谢 谢!
•
第四节
沥青混合料的流变性质及指标
• §4-2 沥青混合料的流变性质 • 沥青混合料是沥青和石料的混合材料,被认为是 一种典型的颗粒性材料，它的颗粒骨架空隙被具有 粘弹性的沥青浆体不完全填充，在通常的工作条件 下，这种混合料的流变特性也表现为粘弹性。
第四节 沥青是一种均质的 粘弹性材料，而沥青混 合料是一种颗粒性的粘 弹性材料，这也就是它 们在流变特性方面存在 差异的原因所在，因此， 二者的力学特性既存在 一些相似性，又有许多
第三节 沥青的流变性质及评价指标 §3-2 沥青的流变性质评价指标：
针入度 粘度 软化点 收缩 表达沥青流变性质的指标延度 蠕变模量 蠕变柔量 应力松弛模量 应力松弛柔量
第三节 沥青的流变性质及评价指标
• 3.2.1 基本概念
• • 沥青三大指标：针入度， 延度和软化点。 针入度实验是在规定的 温度和时间内，附加一定质 量的标准针垂直灌入试样的 深度，以0.1mm表示，针入度 用来评价道路粘稠石油沥青 的粘滞性，针入度愈大表示 沥青愈软，即稠度愈小；反 之则表示沥青愈硬，即稠度 愈大。
第二节
流变性质的概念
蠕变曲线图
第二节
流变性质的概念
第二节
粘弹性材料在总应变 不变的条件下，由于试样 内部的粘性应变(或粘塑 性应变)分量随时间不断 增长，使回弹应变分量随 时间逐渐降低，从而导致 变形恢复力随时间逐渐降 低的现象。测定应力松弛 曲线是测定松弛模量的实 验基础。
石油沥青课件.ppt
石油沥青的粘滞性
衡量指标
液态沥青：用粘滞度表示，指液态沥青在一定温度(25℃ 或60℃）下，经规定直径的孔洞（3.5mm或10mm）漏下
50mL 所需要的时间，用符号Ctd表示。
粘滞度Ctd↑ ，粘滞性 ↑ 固态或半固态沥青：用针入度表示，指在温度为25℃的条 件下，以质量100g的标准针，经5s沉入沥青中的深度（每深 入0.1mm为1°）。
分类
防水涂料按成膜物质的主要成分分为沥青类、高 聚物改性沥青类和合成高分子三类；
按涂料的介质分为溶剂型、水乳型和反应型三类。
第四节 密封材料
定义
建筑密封材料（又称嵌缝材料）是指能够承受位移以 达到气密、水密目的的而嵌入建筑接缝中的材料。
特性及品种
密封材料具有良好的粘结性、耐老化性和温度适 应性；并具有一定的强度、弹塑性，能够长期经受被 粘构件的收缩与振动而不破坏。密封材料能连接和填 充建筑上的各种接缝、裂缝和变形缝。
作用
粘性液态 粘稠状半固态
使沥青具有流动性 使沥青具有塑性和粘结性
固态
使沥青具有粘滞性和温度稳定性
用途 在工程中广泛用于防水、防潮、防腐、水工建筑及道路工程。
塑性
粘滞性
石油沥青 的
技术性质
温度敏感性
大气稳定性
石油沥青的粘滞性
定义 衡量指标 影响因素
石油沥青的粘滞性
定义
粘滞性－－又称粘性，反映石油沥青在外力作用下， 抵抗变形的能力。
本章教学目标
掌握：石油沥青的主要技术性质。
了解：防水卷材、防水涂料和密封材料
的性能及应用。
第一节 沥 青
石油沥青的主要技术性质
复习
颜色 状态 成分
褐色或黑褐色 常温下呈固态、半固态或粘性液态 由许多高分子碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物
沥青流变性能的研究
沥青流变性能的研究沥青是一种粘弹性物质，具有一定的流变性质要求，其流变性对沥青路面的性能具有重大影响。
抗流变性能差的沥青路面将会出现车辙、断裂等问题，严重缩短高速公路的使用寿命。
沥青流变研究的样品包括沥青、改性沥青和沥青混合料。
完整的沥青流变性研究，需要涵盖这三种样品。
沥青主要由烷烃（平均相对分子质量在500～800之间）、芳香烃（平均相对分子质量在800～1000之间）、胶质（平均相对分子质量在1300～1800之间）、沥青质（是高度缩合的芳香烃，平均相对分子质量在数千到一万之间）等成分混合而成。
原料沥青的流变性较差，因此在要求严格的高等级公路中，普遍使用改性沥青，如目前国内外应用最广泛的聚合物改性沥青- SBS改性沥青，由于能同时改善沥青的高低温性能且价格便宜，在道路改性沥青中占有很大的份额。
其他的还有PE、EV A、SBR 改性沥青等。
沥青及改性沥青都是流变性相当复杂的混合体系，相应的流变测试方法众多，本文仅就AASHTO和SHRP中的研究方法做一简单介绍。
1993年，美国联邦高速公路管理局（FHWA）的美国国家公路和运输协会（AASHTO）制定了“国家战略性公路研究计划（Strategic Highway Research Program，简称SHRP）”，该计划的研究成果称为Superpave TM，提出了一个按照沥青的路用性能分级（PG分级）的沥青结合料规范，该规范是SHRP计划研究成果的精髓。
PG分级直接采用沥青路面所能承受的高温和低温所形成的温度差作为设计温度范围。
在PG性能分级规范中，用路面最高设计温度下的动态剪切流变试验（DSR）所测的抗车辙因子（G*/sinδ）表征沥青的高温性能，车辙因子G*/Sinδ表明胶浆抵抗流动变形的能力，G*/Sinδ值越大, 则沥青胶浆抵抗高温车辙的能力越强。
在AASHTO《美国各州公路工作者协会设计方法》设计TP5-98 (AASHTO TP5-98，现已更新为T315-08）中明确规定了动态剪切流变测量方法。