道路石油沥青技术性能-高温及低温性能资料

关
毛细管的清洗、预热以及成样后的恒温
指
水浴温度控制
标
真空度的稳定状况
二、沥青结合料的粘度
高 温
粘度
性 双筒旋转式粘度计
能
主要用于测定牛顿流体，适用于测定高温（一般在软化点
相
以上）的视粘度。
关
指
标
二、沥青结合料的粘度
高 温
粘度
性 双筒旋转粘度计
能
若干假定：
相
圆筒内流体式样为非压缩性
能
相
关
指
标
BAC
τmax
施 加 的 剪 应 力
时间t
τmin
γmax
产 生 的 剪 应 变
Δt
时间t
γmin
三、动态剪切试验
高 温
主要指标计算
性 能 相


2T
r 3
关 r
指
h
虚 轴
G ''
G
标
G max min

max min
2f t
指 标
蠕变回复阶段应力被卸除，应变(或柔量) 中的弹性部分 逐渐回复，通过残余的粘性部分亦可得到η0
lim t / J 0
tcreep creep
re c ove ry
低温问题的提出
低 温
沥青混凝土面层的温度开裂是路面破坏的主要形式 之一。
性 能 相 关
气温骤降造成面层温度收缩 温度疲劳 半刚性基层温缩、干缩对沥青面层的综合作用
四、零剪切粘度
高 温
提出背景
性 能 相 关
现行Superpave 沥青结合料规范通过动态剪切流变试验
计算车辙因子G*/ Sinθ,以此来评价沥青结合料的高温性 能。然而, FHWA 和沥青协会的试验证明,车辙因子G*/ Sinθ并不能很好地评价聚合物改性沥青的高温性能,许多
试验路段的结果也都证实PG高温等级相同沥青的路用性
指
能存在差异,这促使道路工作者着力于寻求更合理的高温
标
性能评价指标。在这一背景下,沥青结合料零剪切粘度
( Zero Shear - rateViscosity ,ZSV) 的提出在以欧洲为
首的许多国家和地区引起了广泛的关注。
四、零剪切粘度
高
温
大多数沥青结合料在路面工作温度下属
性 能 相
于伪塑性非牛顿流体。研究发现,在剪切速率 (或剪应力) 非常小或非常大的极限情况下,伪
的指标。
二、沥青结合料的粘度
高 温
粘度
性
定义：
能
沥青式样在规定条件下流动时所产生
相
的抵抗力或内部阻力。
关 常用试验方法
指 标
普通道路石油沥青：
真空减压毛细管法
二、沥青结合料的粘度
高 粘度
温
常用试验方法
性
聚合物改性沥青
能
孔径较粗的毛细管法
相
布洛克菲尔德（Brookfield）粘度计法(旋转粘度计法，RAV）
关 塑性非牛顿流体的粘度接近于常数。伪塑性
指 流体在第一牛顿流区域中粘度趋于常数,并达
标 到最大值,这一粘度被称为零剪切粘度或绝对
粘度。
四、零剪切粘度
高 温 性 能 相 关 指 标
粘度随剪切速率的变化趋势
四、零剪切粘度
高 温
主要的求算方法
性
低频率正弦剪切试验
能 相 关
该方法在低频率正弦剪切荷载作用下测定沥青结合料的剪切损 失模量G’’或损失柔量J’’，当剪切速率w很小时，近似认为G’’/w或 1/（wJ’’)既为零剪切粘度ZSV（或η0）值：
标
T800要求值

50
(2.9031 log P25) 20 PI
(PI
10)

25
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
当量软化单
性 注意事项：
能
当量软化点取决于沥青的针入度值，它的本质仍然是指
相
数。
关
提出当量软化点并不等于将环球法测定的软化点全盘否
指
定。
标
实测软化点在沥青生产和质量检验上仍然是重要而方便
指
我国采用的试验方法为真空减压毛细管法。
标
二、沥青结合料的粘度
高 温

Байду номын сангаас
粘度
性
60℃粘度
能
理论公式的推导：
相
S pR4
关 指
D 8QL S r 2P P r
2rL 2L
标
D

4Q r 3

r 2tg


8

L22 L12 2( hd Z
)

L32 L13 3( hd Z
关
确定高温粘度
指 标
逆流式毛细管法 赛波特粘度计法 RAV
乳化沥青和煤沥青
恩格拉粘度计法
标准粘度计法
二、沥青结合料的粘度
高 温
粘度
性 60℃粘度
能
60℃恰好处在夏季路面的高温条件，反映路面的实际情况，
相
为了使沥青混合料具有良好的抗流动变形能力，希望沥青
关
在此温度下有较高的粘度。
性 基本意义：
能
在特定条件下，表示沥青软硬程度的条件温度。
相
沥青的最基本性质指标，我国三大常用沥青指标之一，也
关
是大多数国家用来表征沥青高温性能的指标。
指
数字表达形式直观，直接与路面软化变形程度相关联。
标
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
软化点
性
试验方法
能
中国：采用环与球法，TR&B
能 相
J (t) r(t) / 0
关
指
标
四、零剪切粘度
高
曲线变化规律按蠕变现象可分为蠕变迁移、蠕变稳定和蠕
温 变回复三个阶段。其中蠕变稳定阶段的应变增长率保持恒定，
性 柔量（或应变）随时间呈直线增长，直线斜率的倒数既为η0：
能
相 关
0

lim 1/
tcreep
Jcreep / t
关
外筒作等速旋转时，液体的运动也做等速运动，即dω/dt=0
指
内外筒长度方向无限，忽略筒底面粘滞力的影响
标
式样在圆筒表面无滑移，不做相对运动
运动过程中不考虑内部温升
二、沥青结合料的粘度
高 温

粘度
性 简化双筒旋转粘度计—布洛克菲尔德粘度计（RAV）
能
用于测定牛顿流体或非牛顿流体之剪应力与剪变率之比，
相
关
指
K 0.95R 10
标
美国:立体法（Cube Method）
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
软化点
性
影响因素
能
沥青质的含量
相
根据J.R. Dickie的研究，沥青的软化点由沥青的组分决定。以x、y、 z、w分别表示沥青质、树脂、芳香烃、饱和烃的含量，则软化点可
关
由下式表示，其误差的标准差为3℃。
标
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
当量软化点
性 概念的提出
能
在我国，多蜡沥青的问题比其他国家都突出，为了解决软
相
化点的问题，我们经过“七五”、“八五”两个国家科技
关
攻关专题的研究，提出了采用修正软化点代替实测的环球
指
法软化点，称为当量软化点。
标
当量软化点根据“等粘温度”原理提出，表达沥青粘度所
以针入度为基础，容易掌握；实验设备，推广应用不存在任何困 难！
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
当量软化点
性
优点：
能
当量软化点发挥了软化点的功能，具有软化点的所有优点，又 克服了多蜡沥青的影响。
相 关
“八五”专题要求：
指
“八五”根据各地区所要求的PI值，提出T800的最低值。
G'
实轴
三、动态剪切试验
高 温
主要指标控制
性 SHRP对原样沥青及RTFOT后残留沥青分别进行两
能
次动态剪切试验，在设计高温下以10rad/s的角速
相
度进行，以G*/sinδ为评价指标
关
原样沥青的G*/sinδ不得小于1.0kPa
指 标
RTFOT后的残留沥青的G*/sinδ不得小于2.2kPa
与针入度一起求解PI值，表征沥青的感温性。
指
与弗拉斯脆点一起评价沥青的使用性能。
标
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
当量软化点
性 软化点指标的弊端
能
W型沥青中的蜡成分对软化点造成假象
相
软化点结果受试验操作影响大
关
试件预处理方法、时间、水浴的搅拌、加热速率、测温方法
指
及升温速率
关
了一系列的低温性能指标。
指
标
一、沥青的低温劲度模量
低 温

定义
性
在一定的时间和温度作用下，应力与应变之间的关系。
能 相 关
St，T


t，T
指 特点
标
不是沥青材料的性质常数，而是取决于温度和时间变化的
相
即表观粘度
关
常用于测定沥青的高温粘度
指
标
三、动态剪切试验
高 温
优越性
性 道路的行车荷载不是静止的，而是连续不断的反复
能
荷载，要研究沥青材料的真正的力学响应，应注重
相
动载作用下的变形特性，即动粘弹性。
关 指 标
振动荷载下，沥青的流变特性受到粘弹性的影响， 与静载下有很大不同。
三、动态剪切试验
)






水银密度d 13.5339g / cm3


6.7312104 r 2 h2t 20.301h(L22 L12 ) (L32
L13 )
tk
二、沥青结合料的粘度
高 温
粘度
性 60℃粘度
能
试验注意事项：
相
选择适当的毛细管，使流出时间t不小于60s
指 标
0

lim
w0
G '' w
或
0

lim
w0
1 wJ ''
四、零剪切粘度
高 温 性 能 相 关 指 标 图形外推法 ：
对不同剪切频率下的复合粘度值进行扫描,得出复合粘度 随剪切频率的变化曲线,曲线向低频率方向进行外推即可得 到ZSV 值。
四、零剪切粘度
高 四参数十字方程（Cross Equation）：
相
关
指
标
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
软化点
性
环与球法
能
钢球质量3.5g
相
升温速率5℃/min
关
起始温度5℃
指
标
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
软化点
性
其他国家
能
德国：克-沙氏法（Kramer Sarnow test），测定值K（℃）与环 球法软化点之间的关系：
指
标 TR&B 1.19 x 6.7110 1 y 6.82 10 1 z 8.38 10 2 w 83.6
蜡含量
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
软化点
性
主要应用
能
与针入度一样，常常作为控制制造工艺、检验产品质量、
相
评定沥青性质及选择使用条件等。
关
能
其他性能指标
玻璃化温度
高温性能问题的提出
高 沥青路面的高温流动变形问题是世界各国普遍关注
温
的路面损坏形式之一。
性 我国大部分地区夏季高温，沥青路面温度最高达
能 相
70℃，沥青材料接近塑性流动状态，抗变形能力差。
关 与沥青高温下劲度息息相关。
指
标
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
软化点
温
性
( ) 1
能
0 1 (K)m
相
或
关
(0 ) (K)m
指

标
在0.1~100的剪切频率内，假设 0 有


1
0 (K)m
四、零剪切粘度
高
蠕变及蠕变回复试验法：
温 性
蠕变试验中，施加的σ0为恒量，而应变响应γ则为时间的函数， 测得的应变与施加的应力之比为蠕变柔量：
标
T800

lg
800 A
lg
P25

25
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温 性 能
当量软化点
确定方法（二）
较之方法一、 更为准确！
根据三个及三个以上温度下的针入度回归PI值，确定A、K
由PI回归公式进行反算：
相
关
指 标
T800

lg 800 K A

2.9031 K A
能承受的极限，大体相当于针入度达到800时的温度，遂
定义此温度为当量软化点，T800.
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
当量软化点
性 确定方法（一）
能
根据温度敏感性系数得到：
相
关
A lg 800 lg P25 lg 800 lg P25
指
TR&B 25
T800 25
高 温
动态剪切流变仪（DSR）
性 能 相 关
美国战略公路研究计划（SHRP）在沥青胶结料路用性能 规范中提出评价沥青结合料高温稳定性指标，采用动态剪 切流变仪（Dynamic Shear Rheometer）
主要的试验方法
指
应力控制
标
应变控制
三、动态剪切试验
高 温
主要指标
性
道路沥青的路用性能
沥青混合料的高温及 低温性能
路用性能结构示意图
低温劲度模量
沥
感温性
软化点和当量软化点
青
低温针入度
结
高温性能
合
道
脆粘点与度当量脆点
料 的
路 沥
低低温温性性能能
DSR（延SHRP）度
高 温
青 路
抗疲劳性
及
用
低
性
老化性
温
能
低温收缩 DTT（SHRP） BBR（SHRP）
性
粘附性
低温粘度
指
沥青路面的低温抗裂性能取决于沥青结合料的低温
标
拉伸变形能力，贡献率达90%。
加拿大、美国、日本等国家在各自的国家公路计划
中对低温性能做了大量的研究。
低温问题的提出
低 温 性
我国在“七五”、“八五”两个国家科技攻关专题 中，对沥青及沥青混合料的低温性能作了比较深入
能
的研究
相 在制定相关规范时，结合国内外的研究工作，提出