弯曲流变仪(DSR)使用方法及SHRP实验原理

用于检测64℃下，RTFO老化沥青的车辙因子是否符合标准（G*/sin δ>2.2kPa即符合64℃标准）。
5. RTFO Binder Grade（RTFO沥青等级区分实验） 用于鉴定RTFO老化沥青的品质等级，首先在64℃测试沥青的车辙因子，与2.2kPa比较，然后系统将自动进入下一温度（比上 一温度高6℃或低 6℃ ）进行测试，直至材料的等级得以确定 • • 6. PAV Binder（PAV老化沥青单点测试实验） 用于检测25℃下，PAV老化公路沥青的车辙因子是否符合标准（G*×sin δ<5MPa即符合25℃标准）。 7. PAV Binder Grade（PAV老化沥青等级区分实验） 用于鉴定PAV老化沥青的品质等级，首先在25℃测试材料的车辙因子，与5MPa比较，然后系统将自动进入下一温度（比上一 温度低3℃或高3 ℃ ）进行测试，直至材料的等级得以确定。 • 8. Cannon Standard（Cannon标样标准测试） 用于标样标准测试，该测试在58℃下进行，测得材料的复数粘度，并与参考值相比较，二者偏差在±10%以内，则表明仪器工 作正常；
– e.g. : 64℃ G*/sinδ< 2.2kPa Failed 进入下一个温度
58℃G*/sinδ > 2.2kPa Pass 停止RTFO等级区 分试验
4.2 测试程序目的及释义
• • SHRP标准测试程序意义： 1. Original Binder（原样沥青单点测试实验）
用于检测64℃下，原样沥青的车辙因子是否符合标准（G*/sin δ>1kPa即符合64℃标准）。
硬
A B
软 -15 25 60 温度，℃
粘度
C
135
1.3.2 Superpave胶料测试试验
试验名 动态剪切流变仪（DSR） 旋转粘度计（RV）
弯曲梁流变仪（BBR） 直接拉伸试验仪（DTT） 薄膜烘箱（RTFO） 压力老化容器（PAV）
目的 测量高温和中温性能 模拟施工搅拌温度性能
测量低温性能
旋转薄膜烘箱（T240）
质量损失，最大值，% 动态剪切，T315 G*/sinδ，最小值，2.20kPa 试验温度，@10rad/s，℃
强调车辙的规范要求
胶料原样的车辙因子至少为1.00kPa，在烘箱中老化后至少为 2.2kPa，小于以上数值，则胶料太软，不能抵抗永久形变， 抗车辙性能较差
2.2 弹性形变——疲劳开裂
230 135
64
Rolling Thin Film Oven (T 240) or Thin Film Oven (T179) Residue
Mass Loss, Maximum, % Dynamic Shear, TP5: G*/sin , Min, 2.20 kPa Test Temp @ 10 rad/sec, C 52 58
• 2. Original Binder Grade（原样沥青等级区分实验）
用于鉴定原样沥青的品质等级，首先在64℃测试材料的车辙因子，与1kPa比较，然后系统将自动进入下一温度（比上一温度 高6℃或低6℃）进行测试，直至材料的等级得以确定。 • • • 3. Original Binder Linearity（原样沥青线性区确定实验） 用于检测64℃下，原样沥青的车辙因子对应线性区是否符合标准（线性区是否大于12%）。 4.RTFO Binder（RTFO沥青单点测试实验）
PG=Performance Grade
概述
• 主要介绍下内容
– – – – – – Superpave沥青胶料测试基本实验简介 动态剪切流变仪测试原理 SHRP测试标准（DSR） Bohlin沥青测试标准程序简介 CVOR-ADS硬件及软件操作步骤 Bohlin软件数据界面
1.Superpave沥青胶料测试基本实验简介
1.3 Superpave沥青胶料测试基本实验
1.3.1 采用Superpave之前的沥青测试方法
针入度实验
penetration
粘度测试
0 sec
100 g
vacuum
5 sec
Capillary Tube cs
100 A9
100 g
• 缺点：经验性较强
稠度
(针入度或粘度)
针入度
Asphalts A = C Pen Grade B = C Visc Grad 粘度
Report -12 -18 -24 -30 -6 -12 -18 -24 -30
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-6
-12
-18
-24
-30
-6
-12
Hale Waihona Puke Baidu
-18
-24
-30
2.1 粘性变形——车辙
粘度，T316 最大值，3Pas （3000cP）
动态剪切，T315 G*/sinδ，最小值，1.00kPa 试验温度，@10rad/s，℃
1.2 Superpave主要内容
• Superior Performing Asphalt Pavements——高性能沥青 路面
– 规定沥青胶结料和矿物集料性质 – 沥青混合料设计和分析路面性能 – 包括采用新的胶结料物理特性试验的沥青胶结料规范、一系列集 料实验和规范、一个热拌沥青混合料设计和分析体系以及集成体 系各部分的计算机软件 – 特点：其实验体系所采用的温度条件和老化条件更能体现路面实 际情况
性能等级
最高路面温度 最低路面温度
• 根据不同老化条件（原始、RTFO、PAV老化）下的沥青在不同温度 下的车辙、疲劳因子数值，对沥青等级进行区分，DSR为其中某些 分级参数测试提供测试依据
4. Bohlin沥青测试标准程序简介
4.1 测试程序概述
•
根据AASHTO测试要求，制定沥青测试标准测试程序，对测试夹具、间距、温度、 控温类型等参数进行规定，自动判定沥青是否符合等级要求或者对沥青进行分级
基本概念-剪切应力（Shear stress）
剪切应力
F (N) A (m 2 )
Pa
单位面积所受的剪切力（The applied force per unit area） 1 N/m2 = 1 Pa
基本概念-剪切应变（Shear strain）
剪切应变
u (m) d (m)
无量纲
剪切应变 （Shear strain）被简称为应变（Strain） 无量纲，常常用%表示
上板 (振荡)
DSR 应力 (单位面积上的作用力) 应变 (相对形变程度) d 相位角
下板 固定
施加应力
t
测量相对形变
测试得到 G* 和sind
DSR
沥青胶 料样品 F = 角位移量
应力, τ 2T/r3 T = 作用力矩 r = 样品半径 h = 样品厚度
应变, = Fr/h 复数模量 G* = τ /

2.1 DSR测试参数
相位角δ： 粘弹性比例
车辙因子：G*/sinδ 沥青胶料劲度的高温粘性成分
疲劳开裂因子：G*×sinδ 沥青胶料劲度的低温弹性成分
复数模量G* ： 抗形变能力
3.SHRP测试标准（DSR）
Performance Grade -10 -16 -22
PG 52 -28 -34 -40 -46 -16 -22
PG 58 -28 -34 -40 -16 -22
PG 64 -28 -34 -40
Average 7-day Maximum Pavement Design Temperature, C a Minimum Pavement Design Temperature, C a >10 >16 >22
<52 >28 >34 >40 >46 >16 >22
模拟硬化（耐久度特性）
施工
车辙
疲劳开裂
低温开裂 [DTT]
[RV]
路面老化
[DSR]
[BBR]
无老化
RTFO – 老化
PAV – 老化
测试仪器
RV DSR
DTT
BBR
2.动态剪切流变仪测试原理
剪切流动测试抽象模型
基本概念-剪切
A
d b a
面积A = ab 高 = d
假设一个立方体的长宽高分别为a，b，d。
5.CVOR-ADS硬件及软件操作步骤
操作步骤概要
• • • • • • 5.1 开机步骤 5.2 测试程序及夹具选择 5.3 实验步骤 5.4 数据分析及保存 5.5 实验结束 5.6 实验注意事项
5.1 开机步骤
• 1.打开空压机电源，空压机开始工作，待空压机上压力表气压至少超过5bar后，接通压 缩空气过滤器处空气阀门（将过滤器开关下扳即可） 2.待过滤器气压稳定在约3bar后，再依次打开流体冷却泵（为白色PE塑料桶，将插头 插入接线板即可）、Julabo F25水浴装置（共2个绿色开关，分别位于该装置的上下 方）、流变仪主机（开关位于流变仪背部左下角）
1.1 Superpave的诞生
• 上世纪七八十年代，美国沥青路面出现了严重的早期破坏 • 通过调查，绝大多数道路工作者直觉地认识到美国普遍应 用的马歇尔设计方法难以满足交通现状的需要，因此有必 要对沥青混合料设计方法作进一步的改进 • 美国国会1987年批准建立公路战略研究计划(SHRP)，历 时5年，耗资1亿5千万美元，于1993年形成了SHRP研究 的最终成果---Superpave体系 • Superior Performing Asphalt Pavements——高性能沥青 路面
基本概念-剪切速率（Shear rate）
剪切速率


t (s)
S-1
剪切应变速率（Shear strain rate）或者剪切速率 （Shear rate） ，表示剪切应变快慢 单位 s-1
剪切粘度(Shear viscosity)
粘度就是流动的阻力
粘度越大，越难流动（蜂蜜，酸奶等） 粘度越小，越容易流动（水等）
<58 >28 >34 >40 >16 >22
<64 >28 >34 >40
Original Binder
Flash Point Temp, T48: Minimum, C Viscosity, ASTM D 4402; b Maximum, 3 Pas (3000 cP), Test Temp, C Dynamic Shear, TP5: c G*/sin , Minimum, 1.00 kPa Test Temperature @ 10 rad/s, C 52 58
• ×× ×× binder：单点测试
– e.g. : G*/sinδ> 2.2kPa Pass
G*/sinδ< 2.2kPa Failed
• ×× ×× binder Grade：分级测试（多点测试）
– e.g. : 64℃ G*/sinδ> 2.2kPa Pass 进入下一个温度
70℃G*/sinδ< 2.2kPa Failed 停止RTFO等级区 分试验
剪切应力（施加外力） 剪切速率（运动速度）
剪切粘度 =

Pa.s
单位（Unit）
Pascal second Pa.s (SI) Poise P (CGS)
1 Pa.s = 10 P,
1 mPa.s = 1 cP
2.1 DSR测试区域
胶料样品
上板振荡 下板固定
测试胶料的物理特性，包括： 硬度, 弹性和粘性
1.0 64
Pressure Aging Vessel Residue (PP1) PAV Aging Temp, Cd Dynamic Shear, TP5: G*sin , Maximum, 5000 kPa Test Temp @ 10 rad/sec, C Physical Hardening e Creep Stiffness, TP1: f S, Maximum, 300 MPa m-value, Minimum, 0.300 Test Temp, @60 sec, C Direct Tension, TP3 f Failure Strain, Minimum, 1.0% Test Temp @ 1.0 mm/min, C 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 25 22 19 90 16 13 10 7 25 22 100 19 16 13 28 25 100 22 19 16
PAV老化温度，℃ 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
2.3 沥青性能分级——PG