CN103808571A

CN103808571A - 一种橡胶沥青老化性能的dma测试方法

Info

Publication number: CN103808571A
Application number: CN201410086780.6A
Authority: CN
Inventors: 肖鹏; 康爱红; 史杉杉; 王颖倩
Original assignee: Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou University
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-05-21

Abstract

一种橡胶沥青老化性能的DMA测试方法，涉及橡胶沥青老化性能的测试技术领域。本发明利用模具低温冷却得到矩形条状橡胶沥青，大小规格其符合德国NETZSCH公司生产的型号为DMA242C的动态热机械分析仪对试样的要求。本发明真实地模拟了橡胶沥青在动态荷载下的受力情况，测定了橡胶沥青老化过程中各种高聚物的各种转变，是评价高聚物的耐热性、耐寒性、相容性等的一种简便有效方法。

Description

一种橡胶沥青老化性能的DMA测试方法

技术领域

本发明涉及橡胶沥青老化性能的测试技术领域。

背景技术

沥青在使用过程中会受自然因素老化作用，从而造成沥青的粘度、延度、软化点等指标发生改变，进而使沥青路面的耐久性降低，缩短道路的使用寿命。因此研究沥青的耐老化机理，增强沥青耐老化性能，对提高沥青路面质量有重要意义。

美国SHRP 标准评价沥青的老化性能时，提出如下两种评价沥青性能的方法:

1、动态剪切流变仪试验(DSR)：① SHRP 研究者根据“消散的的能量”理论,将G ﹡/ sinδ确定为控制高温车辙的指标，G ﹡/ sinδ越大，抗车辙能力越强。②将G ﹡. sinδ确定为控制疲劳裂缝的指标，长期老化后试样的G ﹡.sinδ越小，结合料的抗疲劳性能越好。

2、弯曲流变仪(BBR)：SHRP 试验中控制沥青低温开裂的指标有两个：① 蠕变劲度S，即沥青抵抗荷载的能力，劲度值越小，其低温抗开裂能力越好；② m 值，即荷载作用时沥青劲度的变化率， m 值越大越好。

采用动态剪切流变仪(DSR) 进行试验，其前提条件是要保证沥青无论处于什么温度下，都必须满足线粘弹性条件。试验中的测试平板不能仅依据沥青是原样沥青、短期老化残渣还是压力老化的残渣来选择，而是应根据测试中复数模量的范围来定，另外沥青膜厚度对复数模量测试结果影响很大，厚度过薄，易受平行板的边界条件限制，不能真实反映沥青层间作用性能。且DSR 试验主要在常温或高温域(5～85℃以上)进行，而 BBR 试验只能在低温（-36～0℃）条件下进行。

动态热机械分析( DMA) 是指在程控温度下，测量物质在振动负荷下的动态模量和( 或) 力学损耗与温度关系（-170～600℃）的技术。

DMA通过橡胶沥青的结构、分子运动的状态来表征材料的特性，在实际应用中可用来测量橡胶沥青在一周期应力下，发生形变时的模量（刚性）和阻尼（能量损耗）特性，试验参数对橡胶沥青的性能表征具有一定的应用意义。

DMA 方法通常在小应变条件下测定，小应变条件符合路面变形规律；且 DMA 只需小试样就可以在宽频宽温条件下连续测定，在较短的时间内获得不同应力、应变、时间、温度和频率范围内沥青的动态力学性能。DMA的主要应用有：1）高聚物的玻璃化转变温度的测定；2）评价材料的耐寒性和低温韧性；3）评价材料的耐热性；4）未知材料的初步分析；5）表征高聚物材料的阻尼特性；6）评价材料耐环境能力。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前测试橡胶沥青老化性能方法的不足，提供一种更合理，更接近实际的简便有效测试方法。

本发明技术方案：将橡胶粉和沥青混合热熔后制成长、宽、高分别为60 mm、10 mm 、5 mm的矩形试样，然后将试样置于DMA仪器上，采用氮气气氛，温度扫描三点弯模式，以速率为5℃∕min的速度，将测试温度自常温降至-50℃、频率为1Hz，然后再以速率为5℃∕min的速度，将测试温度自-50℃升至50℃，进行试验。

本发明利用模具低温冷却得到矩形条状橡胶沥青，大小规格其符合德国NETZSCH公司生产的型号为DMA242C的动态热机械分析仪对试样的要求。本发明操作方法简单，有效、真实地模拟了橡胶沥青在动态荷载下的受力情况，测定了橡胶沥青老化过程中各种高聚物的各种转变，是评价高聚物的耐热性、耐寒性、相容性等的一种简便有效方法。

为了达到更真实的数据，避免气泡对测试数据的影响，本发明的矩形试样内无气泡。

具体的试样的制备方法是：将热熔后的胶粉和沥青混合后灌浇于模具内，所述模具的内表面长、宽、高分别为60 mm、10 mm 、5 mm，灌浇后在室温下自然冷却30～40 min后，刮除高于模具上表面的橡胶沥青，然后置于-5℃～0℃的冰柜中保温10～15 min后脱模取出试样。

自然冷却是为了让沥青内部热量均匀散发出去，冰箱冷却是为了保证试件在脱模时不变形，冷却时间依据公路工程沥青试验规程。

所述橡胶粉和沥青的混合质量比为18︰100，橡胶粉的细度为60目。

按照质量比为18︰100制备的橡胶沥青所具有的优点：（1）高温稳定性和低温抗裂性好,克服沥青路面夏天高温泛油、鼓包,冬天天气寒冷开裂的缺陷。（2）具有较强的降低路面应力的能力,可以有效地防止反射裂缝,显著延长沥青混合料的使用寿命。(3)密水性好,抗老化强等优点。总体来说橡胶改性沥青具有很好的高温稳定性、低温延展性、抗裂性和弹性，显著提高沥青路面行车的舒适度，使废旧橡胶粉得到充分利用有利于环境保护

根据《北京市废轮胎胶粉沥青混合料设计施工技术指南》及河北省地方标准《废轮胎橡胶沥青及混合料技术标准》中提出的废橡胶粉物理、化学技术指标要求。无论是干拌法施工还是湿拌法施工，在保证异于碾压成型，同时满足适用性能要求的前提下，本研究选用60目废橡胶粉。

附图说明

图1为橡胶沥青的温度与动态模量及力学损耗的关系图。

图2为橡胶沥青长期老化后的温度与动态模量及力学损耗的关系图。

图3为橡胶沥青水老化后的温度与动态模量及力学损耗的关系图。

具体实施方式

一、制备试样

1、将60目的橡胶粉、道路石油沥青，以质量比为18︰100混合制备好样品。取20g混合料放入110℃恒温烘箱中或电炉上加热，并用玻璃棒轻轻搅拌防止局部过热，仔细脱水至完全融熔无泡沫为止，加热时间不超过30 min，保温待用。

2、以质量比2︰1的比例将甘油与滑石粉混合均匀，形成隔离剂，待用。

3、以耐温材料制作矩形耐温模具：内表面长、宽、高分别为60 mm、10 mm 、5 mm的矩形耐温模具，模具上端为60mm×10mm的敞口，在模具内均匀涂以薄层隔离剂，再覆盖一层塑料薄膜。

4、将融熔的混合料仔细注入上述模具内腔，灌注时从模具的一端至另一端往返数次缓缓注入，最后使混合料略高于模具上表面边缘，灌模时不得使气泡混入。

5、将灌有混合料的模具放于室温下自然冷却30 min，然后用热刮刀刮除高出模具上表面的混合料，使混合料上表面与模具上表面齐平。刮法应自试模具的一端刮向另一端，且表面应刮得平滑，将模具放于-5℃～0℃的冰柜中保温15 min。

6、从冰柜中取出模具，脱膜，取出矩形试样。

二、橡胶沥青老化性能的DMA测试：

1、调节DMA仪器，选用氮气气氛，温度扫描三点弯模式，温度范围：-50℃～50℃；升温和降温速率：5℃∕min；频率为1Hz。

2、将试样置于DMA仪器内，启动DMA仪器的工作按键，以速率为5℃∕min的速度，将测试温度自常温降温至-50℃，然后再以升温速率为5℃∕min的速度，将测试温度自-50℃升至50℃，进行试验。同时通过DMA的检测系统自动记录动态模量及力学损耗与温度的关系，并制作出温度与动态模量及力学损耗的关系图，如图1、2、3。

3、试验结束后，不得立即取出试样，当温度从50℃降温至-20℃以下后才可拿出试样。

三、分析

图1、2、3的纵坐标为：储存模量（单位：MPa）、损耗模量（单位：MPa）、损耗因子。

图1、2、3的横坐标为：温度（单位：℃）

图1中曲线a代表：橡胶沥青的损耗模量随温度变化的情况。

图1中曲线b代表：橡胶沥青的损耗因子随温度变化的情况。

图1中曲线c代表：橡胶沥青的储存模量随温度变化的情况。

从图1的整体趋势来看，在此频率下，橡胶沥青的储存模量和损耗模量均随温度的升高而下降。说明橡胶沥青的恢复变形和抵抗变形的能力均在下降。开始时tanδ值在逐渐增加，表明橡胶沥青的粘性成分增加，弹性成分在减少。橡胶沥青从低温时的高弹态向高温时的粘流态转化。

一般以 DMA 温度谱测定的 tanδ峰顶对应的温度为相应于测定频率下的玻璃化转变温度。在此温度之前，橡胶沥青主要表现为玻璃态，外形为硬而脆的状态。此温度后，橡胶沥青主要表现为粘流态。图1可看出在玻璃化转变温度区域，tanδ值迅速下降，表明了橡胶沥青在玻璃化转变区的力学损耗最大。

图2中曲线a代表：橡胶沥青长期老化后的损耗模量随温度变化的情况。

图2中曲线b代表：橡胶沥青长期老化后的损耗因子随温度变化的情况。

图2中曲线c代表：橡胶沥青长期老化后的储存模量随温度变化的情况。

从图2可以看出，橡胶沥青长期老化后的各指标随温度的变化趋势与橡胶沥青的试验结果类似。

橡胶沥青长期老化后的玻璃化转变温度较橡胶沥青而言，明显提高，说明老化后的橡胶沥青耐低温性能降低。

图3中曲线a代表：橡胶沥青水老化后的损耗模量随温度变化的情况。

图3中曲线b代表：橡胶沥青水老化后的损耗因子随温度变化的情况。

图3中曲线c代表：橡胶沥青水老化后的储存模量随温度变化的情况。

从图3分析说明：橡胶沥青水老化后的各指标随温度的变化趋势与橡胶沥青的试验结果类似。

橡胶沥青水老化后的玻璃化转变温度较橡胶沥青而言，明显提高，说明水老化后的橡胶沥青耐低温性能降低。

Claims

1.一种橡胶沥青老化性能的DMA测试方法，其特征在于将橡胶粉和沥青混合热熔后制成长、宽、高分别为60 mm、10 mm 、5 mm的矩形试样，然后将试样置于DMA仪器上，采用氮气气氛，温度扫描三点弯模式，以速率为5℃∕min的速度，将测试温度自常温降至-50℃、频率为1Hz，然后再以速率为5℃∕min的速度，将测试温度自-50℃升至50℃，进行试验。

2.根据权利要求1所述橡胶沥青老化性能的DMA测试方法，其特征在于矩形试样内无气泡。

3.根据权利要求1所述橡胶沥青老化性能的DMA测试方法，其特征在于将热熔后的橡胶粉和沥青混合后灌浇于模具内，所述模具的内表面长、宽、高分别为60 mm、10 mm 、5 mm，灌浇后在室温下自然冷却30～40 min后，刮除高于模具上表面的橡胶沥青，然后置于-5℃～0℃的冰柜中保温10～15 min后脱模取出试样。

4.根据权利要求1所述橡胶沥青老化性能的DMA测试方法，其特征在于所述橡胶粉和沥青的混合质量比为18︰100，橡胶粉为60目。