瀝青膠漿老化粘度變化分析

陳驚宇

（中國民航飛行學院， 四川 廣漢 618307）

瀝青材料的使用溫度范圍一般為-30℃到60℃，在該溫度區間內瀝青是一種粘度系數為變量的粘-彈-塑性體，因此，粘度的測試是在將試驗中的剪應力或者剪變率條件鎖定的情況下進行試驗。

本文采用的是美國 SHRP計劃推出的布洛克菲爾德（Brookfield）粘度計方法來測定瀝青膠漿的粘度，由于此種方法測量方法簡單，誤差較小，數據趨勢明顯等優勢，被多數研究者青睞。本次實驗采用135℃、175℃兩種試驗溫度來測定不同老化程度的瀝青和瀝青膠漿的粘度變化情況。

1 粘度試驗原理

布洛克菲爾德（Brookfield）粘度計主體分為兩部分構成：一個外筒和一個轉子，外筒半徑為R2，轉子半徑為R1。在試驗時，布氏粘度計的外筒和轉子間盛放瀝青材料，旋轉粘度計的外筒固定不動，內部轉子以一定的角速度ω進行旋轉，儀器上的系統元件會持續記錄轉子的角速度ω下產生的力矩M。

布氏粘度試驗還有以下假設：測試時，轉子和外筒之間的材料流動是層流旋轉；轉子和外筒底部的粘阻力忽略不計；外筒和轉子在長度方向是無邊界的；在旋轉測試時由于摩阻力產生的熱量忽略不計。

此時，剪應力為

剪變率為

以上各式中L、R1、R2參考實驗儀器參數，為已知參數，角速度ω由控制系統人為設置，為已知參數，力矩M可從粘度計顯示器中直接讀取，為已知參數。

故可由公式

計算得出被測材料的粘度。

本次試驗測試135℃和175℃兩種溫度下不同老化程度（RTFOT加熱85min、180min、360min、600min）的瀝青和由此制備的瀝青膠漿粘度，采用統一轉速為20rpm。為便于統計和分析，將不同老化程度的瀝青和瀝青膠漿分別編號為L-85min 、L-180min、L-360min、L-600min、J-85min、J-180min、J-360min、J-600min。

2 粘度試驗結果分析

根據相關試驗規程，得出試驗數據結果如表1所示。

表1 不同老化程度瀝青與膠漿布氏粘度實驗結果

為便于分析，將上表所示數據繪制為粘度溫度半對數坐標關系曲線如圖 1所示。

圖1 粘度變化

從上圖可知，135℃溫度條件下，瀝青粘度隨著老化程度加深而增大，并且增大幅度逐漸變大；但隨著礦粉的加入，瀝青膠漿的粘度相比瀝青粘度有明顯提升，總體趨勢與瀝青老化程度變化趨勢相同。在溫度為175℃時，幾組試樣的粘度相對變化幅度較小。

經分析，發現高溫時瀝青膠漿的粘性遠遠明顯于粘性，在試驗過程中發現瀝青膠漿試樣很難從容器中倒出，顯示出很強的粘性。其原因是：瀝青材料經過老化后，輕組分大量揮發，其含量減小，但其瀝青質含量增大，由此導致瀝青中的膠質和瀝青質形成分散相分散在油分中，而同時油分不斷揮發，故而導致材料密度增加，粘性增大。加之礦粉的介入產生新的結構瀝青，使膠體中出現集中的吸附力，導致膠漿的粘度明顯增大。

3 結語

通過本試驗得知，瀝青的粘度隨著老化程度加深而增大，老化的瀝青膠漿粘度變化趨勢與老化瀝青相同，而且瀝青膠漿由于礦粉的介入和瀝青組分變化，導致其粘度與瀝青粘度相比明顯增大。

[1]周安娜, 朱靜. 道路瀝青老化過程中瀝青組分與分子量分布的變化[J]. 安徽工業大學學報，2001,18(4)：347~350.

[2]Aroon Shenoy. Refinement of the Superpave Specification Parameter for Performance Grading of Asphalt. Journal of Transportation Engineering. 2001, 127(5):357~362.

[3]栗培龍. 道路瀝青老化行為與機理研究[D].西安: 長安大學, 2007

[4]戴剛. 輝綠巖在多組分環氧瀝青混合料中的應用研究[D]. 南京: 東南大學,2010.

[5]黃衛東. 聚合物改性瀝青顯微結構、儲存穩定性、流變性能及其關系的研究[D].上海：同濟大學博士學位論文. 2000:60~71