橡胶沥青流变性能研究进展

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 橡胶沥青流变性能研究进展 摘要:橡胶沥青的流变性能对进一 步提高橡胶沥青的优越性具有指导意义， 针对目前国内外关于橡胶沥青流变性能 的研究状况，本文对橡胶沥青流变性的 评价方法、影响因素进行了评述。针对 目前国内外的研究现状，提出了橡胶沥 青流变性研究的不足：1、橡胶沥青的 流变模型与传统沥青不同，仍然用传统 的方法来评价橡胶沥青显得不足；2、 沥青流变性的优劣不等价与混合料的性 能，评价不同改性沥青混合料的性能要 结合影响混合料性能特定的因素：油石 比、混合料级配等。 中国论文网 /2/view-12870834.htm 关键词：橡胶沥青；流变性能； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 评价方法；影响因素；性能对比 中图分类号：U416. 217 文献标 志码：A 文章编号： Abstract: Rheological properties of is a Guiding significance for further enhance the advantages of asphalt rubber. For the rheological properties of asphalt rubber state at home and abroad , In this paper, Describing the methods of evaluation, affect factors of rubber asphalt. This paper propose the Insufficient of asphalt rubbers rheological properties study for research at home and abroad:1、Rubber asphalt rheological model different from the traditional asphalt, still use traditional methods to evaluate the Insufficient rubber asphalt becomes shortage;2、Asphalt rheology is not equivalent to the merits of the performance with the mixture，evaluation of different -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 performance of modified asphalt mixture to combine the performance impact of specific factors: Whetstone ratio, mixture gradation, etc. Keywords: rubber asphalt; rheological properties; evaluation methods; factors; performance comparison 0 引言 从轮胎中回收的橡胶作为一种 弹性粘合添加剂已经被广泛地应用在路 面工程中。破碎轮胎胶粉改性沥青展现 出良好的力学性能，提高了路面的耐久 性，减少了反射裂缝和良好的抗疲劳性 能。此外，从环境的角度来看，废旧轮 胎橡胶作为沥青改性剂来使用对解决资 源的浪费和轮胎的处置是有利的。 流变学研究简单来说就是研究 材料的流动和变形的发生与发展的一般 规律的科学。流变性是指物体受力变形 与时间关系的性质。常规沥青混合料和 橡胶粉改性沥青混合料在受剪切作用的 时候大致会显示出剪切增稠( 即膨润性) -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 、牛顿体、剪切变稀( 即假塑性)等性质。 本文在参考国内外文献的基础上，对评 价橡胶沥青流变性的方法、影响沥青流 变性的因素以及与其它改性沥青流变性 的对比结果进行了评述。 1 橡胶沥青的流变性质 流变性研究简单来说就是研究 材料对所施加应力的时间- 温度响应。 室内试验结果表明，177时橡胶沥青 在恒定外力剪切作用下，其粘度随外力 作用时间的长短而发生变化，当改为较 弱的恒定外力作用，其粘度又随时间逐 渐恢复。这是因为橡胶沥青沥青在外力 的作用下，内部结构会发生破坏，使得 分子排列有序化，使得粘度降低。而在 破坏的同时，结构也在重新形成，破坏 速率随时间而减小。这类流体的流变行 为是属于具有时间依赖性关系的系统， 其特点是切变速率不仅依赖于所施加的 外力的大小，而且还依赖与切应力所施 加的时间的长短。橡胶沥青的流变行为 属于典型的正触变性流体，即恒定剪切 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 速率下出现剪切变稀现象。 2 橡胶沥青流变性能的评价方法 2.1 广义 Maxwell 模型 F. J. Navarro 等人利用广义 Maxwell 模型研究橡胶粉改性沥青的动 态线性粘弹性性质, 发现使用橡胶粉的 加入对高温下的储存模量和损失模量都 有显著的提高, 而对低温下的两种模量 则有显著的减小。橡胶沥青增强了粘弹 性性质, 比常规沥青具有更高的粘性。 广义 Maxwell 模型是由许多 Maxwell 体 并联而成如图 1，设单个 Maxwell 模型 共有 n 个，每个模型包含的常量分别为 E，E，对于单个 Maxwell 模型，其应力应变关系为： （1） 以上 n 个这样的方程可以得到： （2） 其中 p、q 为系数。Maxwell 模 型具有以下两个性质：1、在应力长期 作用下应变能无限增长；2、在瞬时加 载情况下，有瞬时应变产生。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 2.2 动态剪切流变试验 美国战略公路研究计划 （SHRP）在沥青结合料路用性能规范 中提出评价沥青结合料高温稳定性和中 等温度条件下疲劳特性的指标是采用动 态剪切流变仪（DSR） 。通过测量沥青 胶结料的复数剪切模量（G）和相位角 （）来表征沥青胶结料的粘性和弹性 性质。G 是材料重复剪切变形时总阻力 的度量, 包括两部分：实数部分储存弹 性模量（G）和虚数部分损失弹性模量 (G)。 是由于材料粘性成分的影响, 当 对材料输入正弦应力与产生的正弦应变 响应不同步, 滞后一个角度而产生的。 G、G和 的关系表示如下： G= Gcos G= Gsin (3) tan= G/G SHRP 在沥青结合料路用性能规 范中要求对原样沥青及旋转薄膜烘箱老 化后残留沥青分别进行 DSR 试验来评 价沥青的抗永久变形能力。SHRP 规范 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 定义 G/sin 为车辙因子 , 其值越大，表 明沥青的抗永久变形能力越强。因此以 最高路面设计温度下沥青结合料的 DSR 试验指标 G/sin 作为沥青结合料的高温 评价指标, 沥青材料的 G/sin 指标应满 足以下要求:1、原样沥青的 G/sin 不得 小于 1.0kPa；2、RTFOT 后残留沥青的 G/sin 不得小于 2.2kPa。这一试验适用 的温度范围为 5-85，G 在 0.1-1000 kPa 范围内。 同时, SHRP 采用经过旋转薄膜 烘箱试验及压力老化后的沥青在中等路 面设计温度下沥青结合料的 DSR 试验 指标 Gsin 作为沥青结合料疲劳耐久性 指标, 值越大表明重复荷载作用下的能 量损失速度越快。有试验研究证明, 沥 青混合料的疲劳损伤、疲劳寿命与循环 加载过程中的能量损失具有比例关系, 因此, 较小的 Gsin 占数值代表较好的 疲劳抵抗能力。SHRP 规定, 经过旋转 薄膜烘箱试验及压力老化试验后沥青的 Gsin 不得大 5000kPa。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 3 橡胶沥青流变性能的影响因素 3.1 橡胶粉粒径对流变性的影响 研究发现废橡胶粉对沥青 G、G的改变随着橡胶粉颗粒粒径的增 加而增加, 而且由于橡胶的加入, 沥青 表现出从大范围剪变率的牛顿体性质到 剪切变稀性质的变化, 因此流变曲线表 现出了粘度从不变( 低剪变率区) 到减 小( 幂律区) 的变化。所以橡胶粉改性 沥青的流变性质可以用 Carreau 模型来 描述。Carreau 模型的表达式如下: （4） 式中:s与剪切变稀区域的斜 率相关的参数 材料的特征时间( = 1/，是 剪切变稀区域的下限临界剪变率) ; 材料的零剪变率粘度。 F. J. Navarro 等人根据试验数据, 分析了 50时颗粒粒径对 Carreau 模型 参数的影响, 并利用公式: =计算, 提出 了 50 时,、和颗粒粒径 (PS ) 的关系: -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 （5） （6） 从试验结果表明：、随橡胶颗 粒粒径呈指数增长的关系。橡胶颗粒粒 径越大, 沥青的粘度越高。 3.2 制备工艺对流变性的影响 廖明义等人分别采用了新型预 混母料工艺和传统湿法工艺,制备出了 相同组分含量的胶粉改性沥青试，采用 美国 Brookfield DV-型旋转粘度计测 试试样粘度，并用美国 CVO 100 型动 态剪切流变仪测试试样的动态流变学特 性。图 2 为两种改性工艺所制备试样的 粘度随温度的变化情况。 图 1 广义 Maxwell 模型 图 2 不 同工艺制备试样的粘度随温度的变化关 系 由此可见, 新型工艺不但能够显 著降低改性沥青试样的高温粘度, 有利 于施工, 还明显降低了试样粘度对温度 的敏感性, 而这一结果显然与新旧两种 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 工艺中改性剂和基质沥青相互作用所形 成的形态方面的差异有关。 4 存在的问题和建议 目前，橡胶沥青的研究是个热 门的课题，但是橡胶沥青目前的研究很 大程度上依赖实验室的试验以及经验， 存在着许多问题亟待解决，由于橡胶沥 青存储稳定性不足、高温稳定性较差、 高温粘度过大等因素大大限制了其推广 应用。作为理论基础的流变学理论是我 们从事橡胶沥青研究的一个主要方向。 结合目前国内外关于橡胶沥青的流变性 的研究，我关于目前的研究存在以下两 个问题： 橡胶沥青不再是单纯的剪切变稀 粘性系统的广义宾汉体，而是对时间有 依赖关