一种基于动态剪切流变仪的沥青表观粘度测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于动态剪切流变仪的沥青表观粘度测试方法，包括三个阶段，阶段一是实验准备阶段，阶段二是操作测试阶段，阶段三是数据处理阶段。通过三个阶段首先建立被测沥青的温度变化方式和剪切速率系统，在动态剪切流变仪设置程序代码，通过启动程序代码即可对沥青的各项数据进行可控测试。由于动态剪切流变仪可以通过编程实现上述粘度测试过程的温度主动变化和转速(剪切速率)主动变化，因此，基于该方法可以实现固定剪切速率下，沥青粘度沿温度变化的粘度‑温度扫描曲线测试；固定温度下，沥青粘度沿剪切速率变化的粘度‑剪切速率扫描曲线；沥青粘度沿温度和剪切速率共同变化的粘度‑温度‑剪切速率综合扫描全面。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态剪切流变仪的沥青表观粘度测试方法
本专利技术涉及沥青粘度测试
，具体涉及到一种基于动态剪切流变仪的沥青表观粘度测试方法。
技术介绍
在道路工程施工中，对于沥青混凝土的施工温度(拌和与压实温度)确定需要测定135～175℃范围内的沥青粘温曲线，在这个温度范围，沥青的粘度通常在10-1～102Pa·s内变化。目前常用的沥青粘度测试方法——布氏旋转粘度测试方法受限于测试原理，在粘温曲线测试过程需要不断的改变其使用的转子和转速搭配以满足不断变化的测试精度和量程需求，这就导致该方法在进行上述温度范围内的沥青粘温曲线测试时是无法对剪切速率进行主动控制的。由于布氏旋转粘度测试方法存在上述缺陷，当使用该方法对非牛顿特性显著的改性沥青(主要表现为粘度对剪切速率的依赖性明显的沥青)进行粘温曲线测定时的试验稳定性很差，最终导致以粘温曲线为基础开展的沥青施工温度预测工作出现重大偏差。除此之外，该方法对于沥青添加不同掺量各类改性剂(如温拌剂，阻燃剂等)后的小范围的粘温曲线变化也不敏感，最终导致测试结果难以准确表达这些改性沥青的温度变化幅度，且每次更换转子和转速都需要制备新的试样并重新进行保温，操作繁琐且耗时巨大。因此，研究一种能够在沥青粘温曲线测试过程中主动控制剪切速率的粘度测试方法，对于提升改性沥青施工温度预测的精度和效率以及深入研究沥青的粘度-温度-剪切速率综合性质具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于动态剪切流变仪的沥青表观粘度测试方法，可以解决传统布氏旋转粘度测试方法难以在沥青粘温曲线测试过程中对剪切速率进行主动控制，造成该方法无法对具有剪切速率依赖特性的沥青按照特定剪切速率进行测试，最终导致以粘温曲线为基础进行的一系列沥青的性能测试，如施工温度预测，粘温特性测试等出现重大偏差的问题。为达上述目的，本专利技术提供了一种基于动态剪切流变仪的沥青表观粘度测试方法，包括以下步骤：S1：制备沥青试件，设定动态剪切流变仪的测试腔内温度为试验温度；S2：将沥青试件夹紧，并向其施加单一方向设定转速的扭转加载；S3：加载过程中测试平行板受到的扭矩抗力，通过公式1计算沥青试件当前温度的表观粘度；S4：改变温度，重复S1-S3的操作，获得被测沥青试件的粘温曲线，以及温度变化方式；S5：根据粘温曲线，改变夹具中上平板转速ωp，测试剪切速率，并以此建立指定剪切速率下的扭转加载方式的系统；S6：通过步骤S4建立的方式和步骤S5建立的系统，依次设置升温路径和剪切速率变化路径，完成粘度的温度扫描测试、粘度的剪切速率扫描测试和粘度关于温度和剪切速率的协调扫描测试；S7：记录测试数据，并结束测试；其中，公式1为其中，Ip—25mm圆柱状沥青试件顶面的极惯性矩，固定值；T—选择试件过程中上平板受到的抵抗扭矩，测试值；H—25mm圆柱状沥青试件的高度，1mm，固定值；ωp—DSR设定的测试转速，设定值；η—被测沥青的粘度。采用上述方案的有益效果是：首先将沥青制备成动态剪切流变仪可以直接检测的均匀的试件，设定初始温度；通过动态剪切流变仪操控平板夹紧试件，并向试件施加单一方向设定转速的扭转加载，在扭转加载过程中通过动态剪切流变仪记录测试时上平行板受到的扭矩抗力T，就可以通过公式1计算被测沥青在当前温度下的表观粘度。改变温度和平板转速，即可测试得到粘温曲线和剪切速率的系统，通过测试得到的曲线和系统，可以控制动态剪切流变仪检测到在沥青粘度测试过程中的温度主动变化和剪切速率主动变化。其中，动态剪切流变仪的型号可以是DiscoverHR-2、DiscoverHR-3和ARES-G2其中的一种。进一步地，步骤S1中制备沥青试件的方法为：加热沥青，使用金属试模或硅胶模具将被测沥青浇注成高度H＝1mm，直径D＝25mm扁圆柱状沥青试件。采用上述方案的有益效果是：对于直径为25mm，高度为1mm的圆柱状试件来说：H和Ip均为固定值，只需编制动态剪切流变仪的控制程序，使加紧试件的上平行板以ωp做匀速转动，而下平板不动，记录测试时上平行板受到的扭矩抗力T和测试时的温度，就可以通过式1计算沥青的表观粘度。进一步地，步骤S2中夹紧的方法为：将沥青试件放入动态剪切流变仪，操控夹具上平板下降，夹住沥青试件，设置上下平板间间隙为1mm，采用热刮刀刮去挤出的沥青。进一步地，步骤S2中扭转加载中，夹具下平板固定不动，上平板以设定的角速度ωp做匀速转动。采用上述方案的有益效果是：在整个测试过程中，控制了上平板的转速ωp，就控制测试沥青粘度时的剪切速率，可以自动记录每次测试的扭矩或进一步实现用扭矩计算输出粘度。进一步地，步骤S7具体包括以下步骤：记录测试数据，取出沥青试件，取下25mm平板夹具进行清洗，关闭动态剪切流变仪，测试结束。综上所述，本专利技术具有以下优点：通过该方法可以实现：(1)固定剪切速率下，沥青粘度沿温度变化的粘度-温度扫描曲线(即粘温曲线)测试；(2)固定温度下，沥青粘度沿剪切速率变化的粘度-剪切速率扫描曲线；(3)沥青粘度沿温度和剪切速率共同变化的粘度-温度-剪切速率综合扫描全面。附图说明图1为本专利技术的加载示意图；图2为利用本专利技术进行操作的流程示意图；其中，1、上平板；2、沥青试件；3、下平板。图3为实施例1和对比例1中70#基质沥青的粘温曲线；图4为实施例1和对比例1中110#基质沥青的粘温曲线；图5为实施例1和对比例1中70#基质沥青的每个温度点上粘度的变异系数(C.V.)；图6为实施例1和对比例1中110#基质沥青的每个温度点上粘度的变异系数(C.V.)；图7为实施例2和对比例2中SBS改性沥青的粘温曲线；图8为实施例2和对比例2中SBR改性沥青的粘温曲线；图9为实施例2和对比例2中SBS改性沥青的每个温度点上粘度的变异系数(C.V.)；图10为实施例2和对比例2中SBR改性沥青的每个温度点上粘度的变异系数(C.V.)；图11为实施例3SBS改性沥青添加4类常见温拌剂的粘温曲线；图12为对比例3中SBS改性沥青添加4类常见温拌剂的粘温曲线；图13为实施例1中70#基质沥青的粘度随剪切速率和温度变化的规律；图14为实施例2中SBS改性沥青的粘度随剪切速率和温度变化的规律。具体实施方式下面结合实施实例具体介绍本专利技术的实质性内容与具体效果，但并不以此限定本专利技术的保护范围。实验中未详述的试验操作均为本领域技术人员所熟知的常规试验操作。首先，对公式1的推导过程如下：该方法的基本假设仍为牛顿内摩擦定律，其测试得到的沥青胶结料粘度仍然属于表观粘度，牛顿内摩擦定律即为被测物体所受的剪切应力τ等于其粘度η与剪切速率(速度梯度)的乘积，如式2所示：式中，η——粘度；τ——剪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动态剪切流变仪的沥青表观粘度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：制备沥青试件，设定动态剪切流变仪的测试腔内温度为试验温度；/nS2：将沥青试件夹紧，并向其施加单一方向设定转速的扭转加载；/nS3：加载过程中测试平行板受到的扭矩抗力，通过公式1计算沥青试件当前温度的表观粘度；/nS4：改变温度，重复S1-S3的操作，获得被测沥青试件的粘温曲线，以及温度变化方式；/nS5：根据粘温曲线，改变夹具中上平板转速ωp，测试剪切速率，并以此建立指定剪切速率下的扭转加载方式的系统；/nS6：通过步骤S4建立的方式和步骤S5建立的系统，依次设置升温路径和剪切速率变化路径，完成粘度的温度扫描测试、粘度的剪切速率扫描测试和粘度关于温度和剪切速率的协调扫描测试；/nS7：记录测试数据，并结束测试；/n其中，公式1为/n

【技术特征摘要】
1.一种基于动态剪切流变仪的沥青表观粘度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备沥青试件，设定动态剪切流变仪的测试腔内温度为试验温度；
S2：将沥青试件夹紧，并向其施加单一方向设定转速的扭转加载；
S3：加载过程中测试平行板受到的扭矩抗力，通过公式1计算沥青试件当前温度的表观粘度；
S4：改变温度，重复S1-S3的操作，获得被测沥青试件的粘温曲线，以及温度变化方式；
S5：根据粘温曲线，改变夹具中上平板转速ωp，测试剪切速率，并以此建立指定剪切速率下的扭转加载方式的系统；
S6：通过步骤S4建立的方式和步骤S5建立的系统，依次设置升温路径和剪切速率变化路径，完成粘度的温度扫描测试、粘度的剪切速率扫描测试和粘度关于温度和剪切速率的协调扫描测试；
S7：记录测试数据，并结束测试；
其中，公式1为



其中，Ip—25mm圆柱状沥青试件顶面的极惯性矩，固定值；...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗浩原，邱延峻，艾长发，丁海波，阳恩慧，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51