陳驚宇

（中國(guó)民航飛行學(xué)院， 四川 廣漢 618307）

瀝青材料的使用溫度范圍一般為-30℃到60℃，在該溫度區(qū)間內(nèi)瀝青是一種粘度系數(shù)為變量的粘-彈-塑性體，因此，粘度的測(cè)試是在將試驗(yàn)中的剪應(yīng)力或者剪變率條件鎖定的情況下進(jìn)行試驗(yàn)。

本文采用的是美國(guó) SHRP計(jì)劃推出的布洛克菲爾德（Brookfield）粘度計(jì)方法來(lái)測(cè)定瀝青膠漿的粘度，由于此種方法測(cè)量方法簡(jiǎn)單，誤差較小，數(shù)據(jù)趨勢(shì)明顯等優(yōu)勢(shì)，被多數(shù)研究者青睞。本次實(shí)驗(yàn)采用135℃、175℃兩種試驗(yàn)溫度來(lái)測(cè)定不同老化程度的瀝青和瀝青膠漿的粘度變化情況。

1 粘度試驗(yàn)原理

布洛克菲爾德（Brookfield）粘度計(jì)主體分為兩部分構(gòu)成：一個(gè)外筒和一個(gè)轉(zhuǎn)子，外筒半徑為R2，轉(zhuǎn)子半徑為R1。在試驗(yàn)時(shí)，布氏粘度計(jì)的外筒和轉(zhuǎn)子間盛放瀝青材料，旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的外筒固定不動(dòng)，內(nèi)部轉(zhuǎn)子以一定的角速度ω進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，儀器上的系統(tǒng)元件會(huì)持續(xù)記錄轉(zhuǎn)子的角速度ω下產(chǎn)生的力矩M。

布氏粘度試驗(yàn)還有以下假設(shè)：測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)子和外筒之間的材料流動(dòng)是層流旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子和外筒底部的粘阻力忽略不計(jì)；外筒和轉(zhuǎn)子在長(zhǎng)度方向是無(wú)邊界的；在旋轉(zhuǎn)測(cè)試時(shí)由于摩阻力產(chǎn)生的熱量忽略不計(jì)。

此時(shí)，剪應(yīng)力為

剪變率為

以上各式中L、R1、R2參考實(shí)驗(yàn)儀器參數(shù)，為已知參數(shù)，角速度ω由控制系統(tǒng)人為設(shè)置，為已知參數(shù)，力矩M可從粘度計(jì)顯示器中直接讀取，為已知參數(shù)。

故可由公式

計(jì)算得出被測(cè)材料的粘度。

本次試驗(yàn)測(cè)試135℃和175℃兩種溫度下不同老化程度（RTFOT加熱85min、180min、360min、600min）的瀝青和由此制備的瀝青膠漿粘度，采用統(tǒng)一轉(zhuǎn)速為20rpm。為便于統(tǒng)計(jì)和分析，將不同老化程度的瀝青和瀝青膠漿分別編號(hào)為L(zhǎng)-85min 、L-180min、L-360min、L-600min、J-85min、J-180min、J-360min、J-600min。

2 粘度試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程，得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

表1 不同老化程度瀝青與膠漿布氏粘度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為便于分析，將上表所示數(shù)據(jù)繪制為粘度溫度半對(duì)數(shù)坐標(biāo)關(guān)系曲線(xiàn)如圖 1所示。

圖1 粘度變化

從上圖可知，135℃溫度條件下，瀝青粘度隨著老化程度加深而增大，并且增大幅度逐漸變大；但隨著礦粉的加入，瀝青膠漿的粘度相比瀝青粘度有明顯提升，總體趨勢(shì)與瀝青老化程度變化趨勢(shì)相同。在溫度為175℃時(shí)，幾組試樣的粘度相對(duì)變化幅度較小。

經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)高溫時(shí)瀝青膠漿的粘性遠(yuǎn)遠(yuǎn)明顯于粘性，在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)瀝青膠漿試樣很難從容器中倒出，顯示出很強(qiáng)的粘性。其原因是：瀝青材料經(jīng)過(guò)老化后，輕組分大量揮發(fā)，其含量減小，但其瀝青質(zhì)含量增大，由此導(dǎo)致瀝青中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)形成分散相分散在油分中，而同時(shí)油分不斷揮發(fā)，故而導(dǎo)致材料密度增加，粘性增大。加之礦粉的介入產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)瀝青，使膠體中出現(xiàn)集中的吸附力，導(dǎo)致膠漿的粘度明顯增大。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本試驗(yàn)得知，瀝青的粘度隨著老化程度加深而增大，老化的瀝青膠漿粘度變化趨勢(shì)與老化瀝青相同，而且瀝青膠漿由于礦粉的介入和瀝青組分變化，導(dǎo)致其粘度與瀝青粘度相比明顯增大。

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