SBS改性瀝青粘度測試新方法
導讀:針對現有的粘度測試方法很難適用于 SBS 改性瀝青，也很難做到高效準確的對溫拌劑的 降粘性能做出評價，因此，本研究提出基于動態剪切流變儀（DSR）并采用固定剪切速率的瀝 青旋轉
來源：未知
發布日期：2019-10-28 17:07【大 中 小】
針對現有的粘度測試方法很難適用于 SBS 改性瀝青，也很難做到高效準確的對溫拌劑的 降粘性能做出評價，因此，本研究提出基于動態剪切流變儀（DSR）并采用固定剪切速率的瀝 青旋轉平板表觀粘度測試方法（Rotational Plate Viscosity Test，RPV）。上海昌吉對比了該方法與 傳統 BV 方法在 70#基質瀝青，SBS 改性瀝青和溫拌-SBS 改性瀝青粘度測試中的結果；詳細 闡述 RPV 方法的原理、特點和操作方法。希望能為 SBS 改性瀝青的施工溫度確定和溫拌劑對 于 SBS 改性瀝青的降粘評價提供一種行之有效的解決方案。
SBS 改性瀝青的粘溫特性
瀝青是一種典型的粘彈性材料，在高溫和長期荷載下，會表現出明顯的粘流特性，但在低 溫和短期荷載下，會表現出更多的彈性性能。瀝青混合料在生產和施工過程中，其加熱溫度一 般都高于其使用瀝青的軟化點，體現出粘性流動的特征。對于普通基質瀝青而言，在高于其 自身軟化點 30℃（不同標號的瀝青略有不同）以上時可以視作牛頓流體，即粘度值僅受溫度 影響，這意味著在相同溫度下，無論測試剪切速率的大小，粘度測試值基本恒定。
SBS 改性瀝青與基質瀝青不同，從其軟化點至 180℃左右，都會表現出很強的非牛頓流體 特性，其粘度值受到溫度和測試剪切速率的共同影響。這也意味著在同一個溫度點，使用不同 測試剪切速率將得到不同的粘度值。進一步的，非牛頓流體還可以分為很多種類，例如：假塑 性、塑性和膨脹性等等。而 SBS 改性瀝青屬于假塑性流體，即在相同溫度下，測試剪切速率 增加，被測流體的粘度減小（通常稱為剪切變稀特性）。因此，通過 BV 方法測試 SBS 改性瀝青得到的粘度又被稱為表觀粘度（當剪切速率為 0 時，才為該流體的絕 對粘度，但不能直接通過測試得到，在本文中，所有測試的粘度均為表觀粘度，后簡稱粘度）， 這并不是瀝青真實的粘度，而是在某一剪切速率下表現出的粘度。 正如引言中指出的，使用 BV 方法確定 SBS 改性瀝青的粘溫曲線時，很難實現在較大的 溫度范圍內都使用同一剪切速率，導致了 BV 方法預測的施工溫度偏大（這一點將在 3.3 中通 過實例進行詳解）。
因此，解決 SBS 改性瀝青粘度測試問題的關鍵是能夠實現在測試溫度區 間內對剪切速率進行控制。
分析出現差異的原因是由于 BV 方法的剪切速率在整個升溫過程中始終處于變化狀態造 成的。在 135℃附近，瀝青粘稠，此時瀝青的粘度對于測試采用的剪切率極為敏感，BV 采用 較小的剪切率（BV 采用的剪切率一般為 2.5 s-1 或 5 s-1，遠小于 RPV 采用的 25 s-1）導致測試 得到粘度值偏高。而 175℃附近，BV 方法采用的剪切率在 9.3-18.6 s-1 范圍，其測試結果與 RPV 方法接近但還是略大。因此，BV 方法下兩點粘度擬合的直線粘溫曲線整體斜率是大于固定剪 切率的 RPV 掃描的到粘溫曲線的。而在 175℃以上的粘度測試中，BV 方法的剪切速率變化 很劇烈（從 18.6 s-1 變化至 46.5 s-1），因此，其曲線仍然保持很高的粘度下降斜率，且明顯大 于 RPV 方法的斜率。
綜合上述各個溫度段的粘度信息：對于同一種 SBS 改性瀝青，在相同的半對數坐標系中， RPV 方法測試的到粘溫曲線斜率的整體斜率低于 BV 方法兩點數據擬合的粘溫曲線；在 175℃ 之上，隨溫度上升，RPV 方法下瀝青的粘度測試值有下降放緩的趨勢，但 BV 方法仍是線性 關系。因此，在計算等粘溫度時，RPV 方法確定的施工溫度總小于 BV 方法；對于溫拌劑的 降溫評價，RPV 方法給出的結果也更顯著。這也解釋了大量文獻中指出的采用 AASTO T312 和 T 0625 規范的測試方法得到的 SBS 改性瀝青的施工溫度范圍相較公路瀝青路面施工技術 規范給出的建議范圍偏高的原因。
兩種方法的測試效能對比
正如前文試驗中所描述的：BV 方法在測試中要及時的更換轉速和轉子搭配以保證測試的 量程與精度；每次更換轉子后，還需要更換新的瀝青試樣以保證轉子在試管中的正確姿態；單 次測試消耗的瀝青量約為 9-11g，因此，BV 方法恒溫時間較長，約為 40min，轉子開始旋轉 后達到讀數時亦需要耗費約 20min。確定粘溫曲線（2 個溫度點）耗時超過 2h。目前，我國大 量道路工程材料試驗室內配備的均為 NDJ-1 型布氏旋轉粘度計，該儀器的有效粘度測試范圍 約 0.02Pa.s-200 Pa?s。因此，對于 SBS 改性瀝青的粘度測試而言，在考慮其在 90℃以下會 出現爬桿效應后進行可操作溫度計算可知：BV 方法的實際有效的測試溫度范圍為 90-220℃。 此外，BV 方法由于不能對變溫測試過程中的剪切速率控制，導致其判斷出的 SBS 改性瀝 青混合料拌和壓實溫度均偏高，導致瀝青老化和能耗浪費。上海昌吉用這種方法來衡量溫拌劑對于 SBS 瀝青的粘度改變，會弱化溫拌劑的降粘降溫效果，使溫拌劑不能充分發揮降低施工溫度，節能 減排，減小瀝青的老化程度的優勢。
結論
(1)本研究提出的平板旋轉粘度測試方法（Rotational Plate Viscosity Test，RPV）采用固定 剪切速率，解決了布氏旋轉粘度測試方法（Brookfield Viscosity Test，BV）進行 SBS 改性瀝青 的粘溫曲線測試過程中，不能使用同一剪切速率而導致預測施工溫度（拌和溫度和壓實溫度） 偏高的問題。
(2)分別使用 RPV 和 BV 方法確定三種溫拌-SBS 改性瀝青混合料拌合與壓實溫度，并利用 其指導其他條件相同的馬歇爾試件制作。雖然所有試件的空隙率均滿足規范要求，但 BV 方 法確定的各瀝青施工溫度降低幅度均比 RPV 方法的小 50%，這意味著其通過 BV 方法確定的 施工溫度低估了溫拌劑的降粘能力，不能真正發揮出溫拌劑的節能減排的優勢，也容易造成 瀝青的老化。
