沥青胶浆老化粘度变化分析

陈惊宇

（中国民航飞行学院， 四川 广汉 618307）

沥青材料的使用温度范围一般为-30℃到60℃，在该温度区间内沥青是一种粘度系数为变量的粘-弹-塑性体，因此，粘度的测试是在将试验中的剪应力或者剪变率条件锁定的情况下进行试验。

本文采用的是美国 SHRP计划推出的布洛克菲尔德（Brookfield）粘度计方法来测定沥青胶浆的粘度，由于此种方法测量方法简单，误差较小，数据趋势明显等优势，被多数研究者青睐。本次实验采用135℃、175℃两种试验温度来测定不同老化程度的沥青和沥青胶浆的粘度变化情况。

1 粘度试验原理

布洛克菲尔德（Brookfield）粘度计主体分为两部分构成：一个外筒和一个转子，外筒半径为R2，转子半径为R1。在试验时，布氏粘度计的外筒和转子间盛放沥青材料，旋转粘度计的外筒固定不动，内部转子以一定的角速度ω进行旋转，仪器上的系统元件会持续记录转子的角速度ω下产生的力矩M。

布氏粘度试验还有以下假设：测试时，转子和外筒之间的材料流动是层流旋转；转子和外筒底部的粘阻力忽略不计；外筒和转子在长度方向是无边界的；在旋转测试时由于摩阻力产生的热量忽略不计。

此时，剪应力为

剪变率为

以上各式中L、R1、R2参考实验仪器参数，为已知参数，角速度ω由控制系统人为设置，为已知参数，力矩M可从粘度计显示器中直接读取，为已知参数。

故可由公式

计算得出被测材料的粘度。

本次试验测试135℃和175℃两种温度下不同老化程度（RTFOT加热85min、180min、360min、600min）的沥青和由此制备的沥青胶浆粘度，采用统一转速为20rpm。为便于统计和分析，将不同老化程度的沥青和沥青胶浆分别编号为L-85min 、L-180min、L-360min、L-600min、J-85min、J-180min、J-360min、J-600min。

2 粘度试验结果分析

根据相关试验规程，得出试验数据结果如表1所示。

表1 不同老化程度沥青与胶浆布氏粘度实验结果

为便于分析，将上表所示数据绘制为粘度温度半对数坐标关系曲线如图 1所示。

图1 粘度变化

从上图可知，135℃温度条件下，沥青粘度随着老化程度加深而增大，并且增大幅度逐渐变大；但随着矿粉的加入，沥青胶浆的粘度相比沥青粘度有明显提升，总体趋势与沥青老化程度变化趋势相同。在温度为175℃时，几组试样的粘度相对变化幅度较小。

经分析，发现高温时沥青胶浆的粘性远远明显于粘性，在试验过程中发现沥青胶浆试样很难从容器中倒出，显示出很强的粘性。其原因是：沥青材料经过老化后，轻组分大量挥发，其含量减小，但其沥青质含量增大，由此导致沥青中的胶质和沥青质形成分散相分散在油分中，而同时油分不断挥发，故而导致材料密度增加，粘性增大。加之矿粉的介入产生新的结构沥青，使胶体中出现集中的吸附力，导致胶浆的粘度明显增大。

3 结语

通过本试验得知，沥青的粘度随着老化程度加深而增大，老化的沥青胶浆粘度变化趋势与老化沥青相同，而且沥青胶浆由于矿粉的介入和沥青组分变化，导致其粘度与沥青粘度相比明显增大。

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