18 - 沥青流变测试定义

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
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
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） 3. 按流变仪面板上“▲”按钮，完成流变仪初始化，流变仪轴承系统将向下 运动至一定位置停下，初始化结束后按“▲”按钮，流变仪轴承系统向上运动至 最高处
1.Superpave沥青胶料测试基本实验简介
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
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
PG 52
PG 58
PG 64
-10
-16
-22
-28
-34
-40
-46
-16
-22
-28
-34
-40
-16
-22
-28
-34
-40
Average 7-day Maximum Pavement Design Temperature, Ca Minimum Pavement Design Temperature, C a >>1 0 >1 6 >2 2
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
<52
<58
<64
>2 8
>3 4
>4 0
>4 6
>1 6
>2 2
>2 8
>3 4
>4 0
>1 6
>2 2
>2 8
>3 4
4 0
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
下板 固定 施加应力 t 测量相对形变
t
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, g = Fr/h 复数模量 G* = τ /
g
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
压缩空气过滤器
流体冷却泵
Julabபைடு நூலகம் F25
CVOR主机
5.2 测试程序选择
1.打开电脑主机，启动操作软件（桌面上Bohlin R6.50.5.7软件），直接登录进入 软件； 2.选择合适标准测试步骤（如有其他自定义测试步骤则需另外选择），点击上方 “edit”进入参数设置步骤，根据软件右侧夹具显示栏选择合适夹具（PP DSR25-上 下板直径为25mm或PP DSR 8-上下板直径为8mm）
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
0 sec
100 g
粘度测试
vacuum
penetration
5 sec
100 g
Capillary Tube cs
100 A9
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
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）。
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） 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；
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
5.3 实验步骤
1. 按下Julabo F25水浴装置工作按钮（位于该装置上方控制面板上，右侧第一个， 按下该钮后装置马达开始运转），此时打开调节水浴装置出水阀（位于装置上方 背部），小心调节该阀门直至流变仪上ADS单元内有水面上下运动且不溢出位置； 2.待软件上温度显示在设定温度的±0.5℃以内后，将水位限制罩（为白色四角塑 料罩）套在上夹具上方的锁扣和插销之间，并用锁扣将上夹具锁紧；
×× ×× 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 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
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
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 ……
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
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
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 g
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
上下夹具系统，左侧为PP DSR25 系统，右侧侧为PP DSR8系统
夹具锁扣
水位限制罩
3.按下流变仪面板上ZERO按钮，流变仪系统对板间距校零，校零结束后，面板 上GAP显示屏数值为“0000”，待“OK”指示灯亮后，按下面板“▲”按钮，抬至 最高处或其他合适位置； 4.预热好沥青样品（约130度下预热），分以下情形操作
Report -12 -18 -24 -30 -6 -12 -18 -24 -30
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-6
-12
-18
-24
-30
-6
-12
-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，℃ 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，℃
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
×× ×× binder：单点测试
e.g. : G*/sinδ> 2.2kPa Pass G*/sinδ< 2.2kPa Failed
Malvern旋转流变仪培训 18
如何定义沥青测试
概述
该章节主要介绍沥青的流变测试，包括以下内容
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
硬
A B 软 -15 25 60 温度，℃ 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 测量高温性能 测量低温性能 模拟硬化（耐久度特性）