CN115436197A - 一种基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，根据沥青实际低温应用场景选择温度，在合适的加载频率下给沥青一个恒定水平剪切应变。测定沥青因抵抗变形所产生的应力及基于流变力学理论计算的剪切柔量，用于精准评价沥青低温性能。该方法从新的角度分析了沥青的低温流变性能，所采用的试验环境更贴近沥青实际应用环境。使用本方法评价沥青能够实现低温性能的快速检测，对沥青在低温条件下的稳定性实现精准评估。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法。
背景技术
低温开裂是沥青路面主要病害之一，沥青自身性质与沥青路面路用性能具有重要联系，采用低温性能优越的沥青可有效提高沥青路面低温抗裂能力，因此低温性能是沥青的重要检测指标之一。
目前我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中采用延度试验指标评价沥青低温性能，由于我国疆域辽阔、地形复杂多样、纬度跨度大，在我国高海拔地区、高纬度地区以及北方地区的冬季，沥青路面常处于零摄氏度以下的环境中，而延度试验所采用的试验温度在零摄氏度以上，不能模拟实际环境。因此延度指标在表征沥青低温性能上存在缺陷。此外，延度试验的重复性试验允许误差为平均值的20％，再现性试验允许误差为平均值的30％，其数据波动大、检测精度低。
随着流变力学在沥青材料检测领域的应用与探索，通过给沥青施加水平剪切力来检测沥青粘弹特性的方法已经能够有效地评价沥青在高温和中温时的力学性质，然而受试验条件限制，该方法在沥青低温性能检测上并未突破。
因此，为实现沥青低温性能的快速且精确的检测，本发明基于流变力学理论，提出一种通过给沥青施加水平剪切力来检测沥青低温性能的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，以解决上述背景技术中沥青低温性能检测所存在的问题。
为实现上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：
一种基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，包括以下步骤：
S1、选用待检测沥青；
S2、选择需要的试验温度，并在设定的加载频率下给待检测沥青一个恒定水平剪切应变进行循环加载，测定待检测沥青因抵抗变形所产生的应力；
S3、基于流变力学理论，计算剪切柔量J用来评价沥青低温性能，剪切柔量的计算公式如下所示：
J＝γmax/τmax，式中，J为剪切柔量，Pa-1，γmax为试验过程中的最大剪切应变，无量纲；τmax为试验过程中的最大剪切应力，Pa。
进一步的，步骤S1中的待检测沥青为基质沥青、聚合物改性沥青、调和沥青或软质沥青。
进一步的，步骤S2中采用的检测仪器为动态剪切流变仪或动态力学分析仪。
进一步的，步骤S2中试验温度范围为0℃--30℃。
进一步的，步骤S2中加载频率为0.1rad/s-10rad/s。
进一步的，步骤S2中水平剪切应变范围为0.01％-0.5％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的评价方法，可将试验环境温度设置到零下，与延度试验相比能够更好地模拟沥青在应用过程中所处的低温环境。
附图说明
图1为沥青应力检测过程示意图。
附图标记说明：1-试验上板；2-沥青；3-试验下板。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
如图1所示，箭头所示为施加水平剪切应变。本申请提供一种基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，包括以下步骤：
第一步：选取原料：
选取四种不同来源的70#道路石油沥青(A、B、C、D)为例进行低温性能检测，检测得到的延度指标见表1：
表1沥青延度指标
| 项目 | A | B | C | D |
| 10℃延度/cm | 50 | 56 | 101 | ＞150 |
第二步，试样准备：
将上述沥青在135℃±5℃烘箱内将沥青加热，直至沥青充分流动，浇筑圆片状沥青试样，将浇筑好的模具放置冷却室中冷却待用，冷却时间为10min。
第三步，试验准备：
本试验使用动态剪切流变仪进行试验，将试验板固定于试验机上，在60℃试验温度下，建立试验板零间隙水平。放置试验样品至试验板，并加热试件修整器，修整周边多余沥青。
第四步，应力检测：
试验采用动态剪切流变仪进行应力检测，除此之外也可以采用动态力学分析仪等能够实现动态剪切的试验设备进行检测。将试件温度设置为-20℃，对试件恒温10min后开始试验，沥青试样在动态剪切流变设备上，本申请的技术方案中，四个样本的加载频率范围为0.1rad/s-10rad/s，加载频率采用正弦加载方式，剪切应变设置为0.1％，通过计算机自动数据采集及处理可直接得出沥青的剪切应力。
第五步，剪切柔量计算：
根据指定的剪切应变和检测得到的剪切应力通过公式计算剪切柔量，计算结果见表2：
剪切柔量的计算公式如下所示：
J＝γmax/τmax，式中，J为剪切柔量，Pa-1，γmax为试验过程中的最大剪切应变，无量纲；τmax为试验过程中的最大剪切应力，Pa。
表2沥青剪切模量检测结果
| 项目 | A | B | C | D |
| 剪切柔量/GPa<sup>-1</sup> | 10.18 | 10.84 | 11.40 | 13.35 |
剪切柔量的大小可定量评价沥青低温性能，反映在低温条件下沥青的抗开裂能力。
对比表1和表2，通过对比延度和剪切柔量的数据可知，剪切柔量能够很好地区分和评价不同沥青的低温性能。本发明提出的评价方法，可将试验环境温度设置到零下，与延度试验相比能够更好地模拟沥青在应用过程中所处的低温环境。同时，由表中数据可知，沥青D的延度指标已经达到上限，而其剪切模量仍具有具体的检测值，表明剪切模量指标比现有的延度指标具有更大的评价范围和更好的精确度。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选用待检测沥青；
S2、选择需要的试验温度，并在设定的加载频率下给待检测沥青一个恒定水平剪切应变进行循环加载，测定待检测沥青因抵抗变形所产生的应力；
S3、基于流变力学理论，计算剪切柔量J用来评价沥青低温性能，剪切柔量的计算公式如下所示：
J＝γmax/τmax，式中，J为剪切柔量，Pa-1，γmax为试验过程中的最大剪切应变，无量纲；τmax为试验过程中的最大剪切应力，Pa。
2.根据权利要求1所述的基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，其特征在于，步骤S1中的待检测沥青为基质沥青、聚合物改性沥青、调和沥青或软质沥青。
3.根据权利要求1所述的基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，其特征在于，步骤S2中采用的检测仪器为动态剪切流变仪或动态力学分析仪。
4.根据权利要求1所述的基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，其特征在于，步骤S2中试验温度范围为0℃--30℃。
5.根据权利要求1所述的基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，其特征在于，步骤S2中加载频率为0.1rad/s-10rad/s。
6.根据权利要求5所述的基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，其特征在于，加载频率采用正弦加载方式。
7.根据权利要求1所述的基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法，其特征在于，步骤S2中水平剪切应变范围为0.01％-0.5％。
Priority Applications (1)
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| CN202211262079.6A CN115436197A (zh) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | 一种基于流变力学理论的沥青低温性能评价方法 |
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Country Status (1)
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2022
- 2022-10-14 CN CN202211262079.6A patent/CN115436197A/zh active Pending
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