（ 通常处于剪切变稀状态） ， 因此， 采用何种测试手段 来确定改性沥青的黏度是目前我们所关心的问题。
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土木工程学报
２００７ 年
２ 沥青黏度的测试方法
由于测定牛顿流体的剪切黏度设备很多， 如落球 黏度计、毛细管黏度计、同轴圆筒黏度计、旋转流变 仪、旋转黏度计等测试设备。在早期的沥青黏度测试 中， 主要选用毛细管黏度计和旋转黏度计两种类型。 最初美国 ＳＨＲＰ 计划中， 曾考虑采用毛细管 黏度计， 但考虑到沥青在施工过程中不是一种慢速剪切模式， 因此在后期的研究中美国 ＳＨＲＰ 计划采用了旋转黏度 计进行沥青黏度的测试， 而由于 Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ 旋转黏度 计在美国非常普及， 因此 ＳＨＲＰ 计划中规定采用该设 备作为沥青黏度的测试设备。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＳＢＳ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔｓ ｄｉｆｆｅｒ ｆｒｏｍ ｔｈａｔ ｏｆ ｕｎｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔｓ． Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｗｏｕｌｄ ｐｒｅｄｉｃｔ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｍｉｘｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ， ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｌｅａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＢＳ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔｓ， ｃａｕｓｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｃｅｒｎｓ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｉｓｓｕｅｓ． Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＳＢＳ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＢＳ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ＳＢＳ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｉｓ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｈｅａｒ－ｒａｔｅ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ １５０℃ ｉｓ ａ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｅｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｅｌｏｗ １５０℃ ａｎｄ ｉｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ａｂｏｖｅ １５０℃．Ｔｈｅ ｓｈｅａｒ－ｒａｔｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｈｏｕｌｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ ｓｈｅａｒ ｒａｔｅ ａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｙ ｄｅｆｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｍｉｘｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｆ ＳＢＳ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ＳＢＳ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ； ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ； ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ； ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ Ｅ－ｍａｉｌ： ｌｎｌ８０８＠１６３．ｃｏｍ
η＝ （ １００／ｎ） ｋ１ｋ２Ｔ Ｓ＝ｎｋ３
Ｆ ′＝ｋ１ｋ２ｋ３Ｔ／１０ 式中：η为黏度 （ ｃｐ） ； ｎ 为转速 （ ｒ／ｍｉｎ） ； ｋ１ 为扭矩常 数， 其大小与黏度计类型有关， 如表 １ 所示［４］； ｋ２ 为 转子体积常数， 如表 ２ 所示［４］； Ｓ 为剪变率 （ １／ｓ） ； ｋ３ 为 转 子 剪 变 率 常 数 ， 如 表 ２ 所 示 ［４］； Ｆ ＇ 为 剪 应 力 （ Ｎ／ｍ２） ； Ｔ 为扭矩百分数， 是黏度计数显面板或计算 机软件显示的数据， 为黏度计全部量程的百分比。由 于改性沥青的非牛顿流体特性， 试验中除了要知道试 验温度外， 还需要知道转子的型号、转速等试验参数 才能得到该温度下改性沥青黏度值的大小。比如试验 中 采 用 Ｓ２７ 转 子 ， 转 速 为 ２０ＲＰＭ， 实 际 上 试 验 剪 切 速率为 Ｓ＝ｎｋ３＝２０×０．３４＝６．８ （ １／ｓ） 。
沥青是一种黏弹性材料， 力学特性随着温度和加 荷时间的不同而不同。在高温和长时间荷载作用下， 表现出黏流性特征； 在低温和短时荷载作用时， 表现 出弹性特征。而通常， 沥青材料在一般温度和荷载作 用时， 表现出复杂的黏弹性质。由于本文主要研究 ＳＢＳ 改性沥青的施工特性， 而沥青在加工和施工应用 过程中均处于高温状态， 所以， 这里研究的沥青流变
化规律。由试验结果可知， 当温度低于 １５０℃时， 黏度对温度的依赖性 很 大 ， 但 是 当 温 度 高 于 １５０℃时 ， 黏 度 对
温 度 的 依 赖 性 逐 渐 减 小 ； 随 着 温 度 的 升 高 ， ＳＢＳ 改 性 沥 青 的 黏 度 值 对 剪 切 速 率 的 依 赖 性 逐 渐 减 弱 。 因 此 在 测 试
第 ４０ 卷第 １０ 期 ２ ０ ０ ７ 年 １０ 月
土木工程学报 ＣＨＩＮＡ ＣＩＶＩＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＪＯＵＲＮＡＬ
Ｖｏｌ ． ４０ Ｏｃｔ ．
Ｎｏ． １０ ２００７
Ｓ ＢＳ 改性沥青的黏温特性研究
李宁利 １ 李铁虎 １ 陈华鑫 ２ 张争奇 ２
（ １．西北工业大学， 陕西西安 ７１００７２； ２．长安大学， 陕西西安 ７１００６４）
（ １） 美国 ＳＨＲＰ 战略公路研究计划推荐方法 美国 ＳＨＲＰ 计划推 荐采用 Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ 旋 转 黏 度 计 方 法 （ ＡＳＴＭ Ｄ ４４０２） 测 定 不 同 温 度 下 沥 青 的 黏 度 ， 并在其沥青结合料性能规范中提出 １３５ ℃的黏度不得 超过 ３ Ｐａ·ｓ， 以控制改性沥青的施工性能。沥青结合 料黏度与结合料类型、剪变率和仪器参数有关， 其计 算方法中考虑 ３ 个仪器参数［３］， 计算式为：
引言
黏度是表征沥青材料黏滞性的一种性能参数， 反 映沥青在发生流动时内部分子间摩擦阻力的大小， 其 大小与沥青路面的力学行为关系密切， 如果要防止路 面产生车辙病害， 合理选择沥青黏度是十分重要的。 由于改性沥青与普通基质沥青的黏度特性相差较大， 因此以往用于评价基质沥青黏度－ 温度变化特性的研 究方法， 都不能直接应用于改性沥青。为此本文主要
图 ２ 拟塑性流体流变特性曲线 Ｆｉｇ． ２ Ｇｅｎｅｒ ａｌｉｚｅｄ ｒ ｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ
ｎｏｎ－Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｏｗｓ
图 ３ 膨润性流体流变特性曲线 Ｆｉｇ． ３ Ｇｅｎｅｒ ａｌｉｚｅｄ ｒ ｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ
膨润性就是随着剪变率的增加， 流体黏度增加。 膨润性也称为剪切变稠特性。膨润性的流变特性曲线 如图 ３ 所示。
塑性流体在静置状态下具有固体的特性， 当施加 的外力超过流体的屈服力时， 流体将开始流动， 塑性 流体的流变特性如图 ４ 所示。
由于改性沥青的黏度特性因聚合物改性剂的加入 而发生改变， 并在较高的温度下均处于非牛顿流体状态
摘要： ＳＢＳ 改性沥青的黏温特性与普通沥青不同。用目前的黏度测试方法测试 ＳＢＳ 改性沥青黏度， 根据黏温曲线
确定的 ＳＢＳ 改 性 沥 青 混 合 料 的 拌 和 与 压 实 温 度 过 高 ， 过 高 的 拌 和 与 压 实 温 度 会 引 起 ＳＢＳ 改 性 沥 青 的 老 化 、 环 境
和生产安全问题。从改性沥青的高温流变特性入手， 分析改性沥青的黏度试验方法， 研究 第 １０ 期
李宁利等·ＳＢＳ 改性沥青的黏温特性研究
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特性主要是讨论沥青处于高温状态下的情况。 黏度是由流体内部分子结构之间的引力形成内摩
擦， 从而在外部表现为抵抗流体流动的能力。因此它 间接地反映了流体分子结构及其分布状态。在高于沥 青软化点的温度范围内， 沥青结合料主要体现了黏性 流动的特性， 其中最为理想的流动形态是牛顿层流流 体［１－ ２］ 。牛顿流体 是流体 的 几 种 流 动 特 性 之 一 ， 其 流 变曲线如图 １， 图 １（ ａ） 表示剪应力和剪切速率是直线 关系， 图 １（ ｂ） 表示 随着剪切速 率的变化， 黏 度值 是 一个常数。在高温下， 基质沥青可看作牛顿流体， 这 就意味着在一个给定的温度下， 不管选用哪种黏度模 型或变形速率测试黏度， 牛顿流体的黏度均为常数。
基金项目： 国家西部交通建设科技项目 （ ２００１－ ３１８－ ０００－ ３８） 作者简介： 李宁利， 博士研究生
收稿日期： ２００７－０１－１６
通过研究改性沥青的黏温特性， 讨论影响改性沥青黏 度的主要因素， 确定出测试改性沥青黏度的合理方 法， 为确定改性沥青混合料施工温度提供参考依据。
１ 改性沥青的高温流变特性
Ｌｉ Ｎｉｎｇｌｉ１ Ｌｉ Ｔｉｅｈｕ１ Ｃｈｅｎ Ｈｕａｘｉｎ２ Ｚｈａｎｇ Ｚｈｅｎｇｑｉ２ （ １．Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉ’ａｎ ７１００７２， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈａｎｇ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉ’ａｎ ７１００６４， Ｃｈｉｎａ）
扭矩常数 ｋ１ ０．０９３７３
０．２３４３
１
２
８
表 ２ 转子体积常数 ｋ２ 和剪变率常数 ｋ３ Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｐｉｎｄｌｅ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ａｎｄ ｓｐｉｎｄｌｅ ｓｈｅａｒ ｒ ａｔｅ
ｄｉｌａｔａｎｔ ｆｌｏｗｓ
图 １ 牛顿流体流变特性曲线 Ｆｉｇ． １ Ｇｅｎｅｒ ａｌｉｚｅｄ ｒ ｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ
Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｏｗｓ
图 ４ 塑性流体流变特性曲线 Ｆｉｇ． ４ Ｇｅｎｅｒ ａｌｉｚｅｄ ｒ ｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｌｏｗｓ