动态剪切流变仪.

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试样准备
夹在旋转轴和固定板之间的沥青试样的厚度,必须谨慎控 制,此合适的厚度是通过旋转轴和固定板之间的间隙调节 得到的。必须在安装沥青试样之前,即对此间隙进行设定。 间隙设定是将旋转轴和固定板安装好,在试验温度时设定。 间隙通过微米轮调节。微米轮是渐进式的,通常以微米为 单位。旋转微米轮可以给旋转轴和固定板的相对位置精确 到位。有些流变仪,是把旋转轴向下调节,而有的流变仪 是把基板向上调节。间隙的大小取决于试验温度和沥青的 老化条件。 未老化和RTFO老化的沥青的沥青,试验温度为46℃或 者更高的温度,要求用1㎜的小间隙。PAV老化的沥青和 中等试验温度的(4~40 ℃ ),要求采用2 ㎜的大间隙, 两种旋转轴的使用,与上同理。高温试验需要大旋转轴 (25 ㎜),中等测试温度需要小旋转轴(8 ㎜ ).
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粘弹性表现的不同方式
G*是反复受剪力后,某种材料抗变形的总量,它由两部 分组成:一部分是弹性(暂时变形),如下图水平轴所示; 另一部分是粘性(永久变形),如垂直轴箭头所示。 δ 是 与水平轴产生的角,表示暂时和永久变形的相对量。在此 例中,尽管两种沥青都具有粘弹性,但沥青2比沥青1有较 多的弹性,因为其δ值较小。通过测定G* 和δ,DSR提供 了沥青在路面工作温度下行为(状态)更完整的描述。
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动态剪切流变仪
DSR
动态剪切流变仪
试样准备
试验设备
方法概述
DSR
数据提交 PG分级中的DSR DSR评价沥青及沥青胶浆的力学性能
引言
沥青是一种粘弹性材料,它同时显示出弹性材 料的特性(如橡皮筋)和粘性材料的特性(如糖 浆)。这两种特性之间的关系被用来测量胶结料抗 永久变形和疲劳开裂的能力。为了抗车辙,胶结料 需要坚硬和有弹性;为了抗疲劳开裂,胶结料需要 柔软和有弹性。在这两种需要之间平衡是关键。
最大剪应力和最大剪应变的计算
流变仪用来计算最大剪应力和最大剪应变的公式 为
DSR公式示意图如下图所示
温度控制和试样半径、高度
由于沥青胶结料对温度有较大的依赖性,因此流变仪必须 要能精确地控制试样温度。这通常是通过循环流体浴或者 强制空气浴完成。流体浴一般用水环绕试样。温度控制器 使水循环,这样可以精确地调节,使试样温度一直保持在 所需温度。空气浴工作原理同水浴一样,只不过在试验期 间围绕试样的是加热的空气。两个情况的任一种,即其水 温或者气温的控制都必须使整个试样温度一致,变化不应 大于0.1℃。 使用者也不必担心进行这种计算,因为其计算是由流变仪 软件自动完成的。然而,试样的半径是重要因素,因为, G*是半径的4次方关系,所以,对试样仔细地修整是非常 重要的,试样的高度(即两板间的间隙)也是非常重要的, 它受控制设备以及使用者水平的影响很大。
DSR试验设备
工作原理
DSR的工作原理很直观,沥青试样夹在来回振荡 的旋转轴和固定板之间,振荡板(常叫做旋转轴) 从起点A开始转动到B点。振荡板再从B点转回,经 过A点到C点,从C点再转回A点。此运动从A到B到 C,再回到A形成了一个循环,如下图所示
应力应变关系
当力(或剪应力)通过旋转轴加到沥青上时,DSR就会 测量沥青对此施加的力的反应(或剪应变)。如果沥青是 一个完全的弹性材料,其反应就与瞬间施加的力相一致, 两者间得时间滞后就为零。若是完全的粘性材料,荷载和 反应之间的时间滞后就会很大,如下图所示。冰冷沥青的 情形就像弹性材料,温度高的沥青就像粘性材料。
复数剪切模量和相位角
在大多数路面承受交通的温度下,沥青的 状况既像一个弹性固体,又像一个粘性液 体。在DSR中施加的应力和应变之间的关 系,量化了两种状况,提供了为计算两种 沥青胶结料重要特性的必要参数—复数线 切模量(G*)和相位角(δ)
G*是最大剪应力和最大剪应变的比率,施加的应力和由 此产生的应变的时间滞后是相位角δ。对于完全的弹性材 料,相位角δ是零,所有变形都是暂时的。在DSR中,像 沥青这样的粘弹性材料在正常温度下显示的事两个极端状 态之间的应力—应变反应
动态剪切流变仪简介
动态剪切流变仪(简称DSR),是研究粘弹性材料
的基本仪器。由于美国战略公路研究计划(SHRP) 在沥青结合料路用性能规范中首次采用DSR评价 沥青结合料的高温性能和中低温疲劳性能,这一仪 器及其关联的研究方法在沥青及沥青混合料的研究 中得到广泛应用。 在SHRP规范中要求对原样沥青,旋转薄膜烘箱老 化(RTFOT)后残留沥青、RTFOT/PAV残留沥 青进行三次动态剪切试验,分别反映高温性能,疲 劳性能,因此是SHRP沥青新标准的精髓。
采用第一种方法,需要有合适的沥青用量的经验。材料既 不能过多,也不能过少。如果太少,试验就不准确;如太 多,则要求过多的试样修整。 采用第二种方法,需要把沥青加热到有足够的流动性,以 便浇注。先把加热过的沥青倒进硅橡胶模,待冷却到足够 的坚硬,把沥青试样从模中取出。然后,把沥青置于 DSR的固定板和旋转轴之间。和以前一样,超出旋转轴 边缘的沥青要修整掉。
试样修整后,试样准备工作的最后一步是消除旋 转轴和固定板0.05㎜的间隙。这样,紧接着旋转 轴边缘就有一个明显的,轻微的凸出,如下图所示, 通常此步完成后,紧接着开始试验。
方法概述
沥青试样放置好且试验温度稳定后,使用者一定 要用大约10分钟的时间等待试样温度同测试温度 平衡。实际温度平衡时间因设备和沥青而异,应 采用配有非常精确温度感应能力的假试件进行检 查。一个计算机同DSR相联,以控制试验参数和 记录试验结果。试验包括用流变仪软件施加一个 恒定的振荡应力,并记录产生的应变和时间滞后。 S u p e r p a v e 规范要求,振荡速度 10rad/s,大约1.59Hz。
使用者通常在安装试样前设置间隙,而设置间隙 值是在期望值(1㎜或2㎜)上,增加0.05㎜,在 试验最终修整后,再用微米轮把这0.05㎜的额外 间隙去掉。 试验用的沥青试样直径和DSR的振荡板的直径相 同。准备试样有两种方法: ①沥青以适当的量直接倒向旋转轴,使材料有合 适的厚度。 ②用试模制作沥青试样,然后把沥青试样置于 DSR的旋转轴和固定板之间。
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