黏度試驗

黏度一直是瀝青的一個很重要的性能指標，從上世紀 60 年代就開始了分析黏度作為控制瀝青工作性能指標的研究。黏度的測試方法就是黏度試驗。任何黏度指標和黏度的限制範圍都是相對於指定的測試方法和測試過程而言的。

基本介紹

• 中文名：黏度試驗
• 外文名：viscosity test

簡介

由於黏度是個條件性指標，不同測試方法、不同的溫度、不同的測試時間甚至具體的測試過程都影響到黏度的大小，也影響到黏度結果的可比性。因此為了客觀的測試瀝青的黏度，各國甚至各種規程都嚴格規定黏度的測試條件和相應的測量過程。任何黏度指標和黏度的限制範圍都是相對於指定的測試方法和測試過程而言的。當前國際上代表性的黏度試驗方法有：使用旋轉（Brookfield）黏度計測定非牛頓材料流變特性的測試方法（ASTM D2196-99）；使用旋轉黏度計測定黏度的標準方法 （AASHTO TP48-97）；Brookfield黏度計測定非填充瀝青的黏度試驗方法 （ASTM D4402） 等。

一些研究部門針對以上黏度試驗方法開展了大量的試驗研究，SHRP研究的結果建議採用SC4-27號轉子，PG分級的黏度試驗標準建議SC4-21號轉子測定瀝青的黏度。ASTM規範建議須採用兩個以上的轉速測定液體的黏度，AASHTO瀝青黏度的測定方法，建議測定20rmp的黏度。

從以上研究成果看來，儘管黏度的相關研究和規範已經有很多，但黏度的影響因素很多，統一的試驗方法不能使用於所有的瀝青，而不統一的試驗方法又會導致不同的試驗結果缺乏可比性，從而使黏度的控制指標失去實際意義。

目前國內對瀝青動力粘度的測試儀器主要為美國產的BROOK FILED旋轉粘度計，由於該儀器在國內同類產品市場上占有近90% 的份額，國內多數大學和公路交通工程研究所及其他單位都使用該儀器測試瀝青動力粘度。因此，瀝青動力粘度測試的同行們對瀝青測試結果有了可比性。

Brookfield黏度計測定橡膠

（1） 選取SC4－27號轉子。

（2） 在橡膠瀝青保溫達到30min以後，進行試驗選用儘量大的轉速，在扭矩為70%以下時，改選用較大轉速，直到橡膠瀝青的黏度相對穩定，一般需要10min左右。

（3） 在橡膠瀝青的黏度穩定後，改變轉子的轉速，測定扭矩在10%～100%範圍內的四個以上轉速的黏度。由於轉數對黏度有一定的影響，在選用轉速時，先測試較大的轉速然後慢慢減小轉子的轉速。

（4） 每選用一個轉速，須穩定3min以上，並觀察黏度值的變化趨勢，如果數據繼續減小須延長穩定時間。在黏度穩定後，取採集的最後6個點 （間隔15或10s） 的平均值 （最後1min的平均值） 作為測試的黏度值。

（5） 分別求取每個轉速下黏度的對數、轉速的對數和扭矩對數，繪製對數黏度－對數扭矩；對數黏度－對數轉速關係曲線，並進行直線回歸，相關係數在0.96以上。根據需要用插值法求取20rmp時黏度和50%扭矩的黏度。

瀝青黏度試驗結果的影響因素研究

大量的試驗結果和瀝青流變的特性表明，瀝青的黏度和測量的條件有很大的關係。對黏度計本身來說轉子的型號也會影響到瀝青的黏度。同時瀝青在不同溫度下的流變特性並不一樣，當前規範中測試的為瀝青的表觀黏度，即在特定的條件下，剪下應力和剪下速率的比值。

為了確定規範化的橡膠瀝青黏度試驗測試方法，參考國際上當前的黏度試驗方法，本文採用Brookfield黏度計進行了不同參數對橡膠瀝青黏度結果的影響規律分析，確定橡膠瀝青表觀黏度的測試條件和測試方法。

影響瀝青旋轉粘度測試的幾個主要因素大致為：瀝青數量、轉子型號與轉速、溫度控制以及操作等。

2.1轉數和黏度的關係

對觸變性液體，轉子在黏度計中轉動的轉數會影響到液體的黏度，或者說轉子攪動的時間會影響到液體的黏度，因此ASTM標準規定在黏度測試時要求讀取10轉後的黏度作為黏度結果。

普通瀝青和橡膠瀝青都是時間相關性流體，表觀黏度隨時間增加而減小，達到一定時間後，黏度基本穩定。同時隨著橡膠粉摻量的增大，表觀黏度隨轉數的增加而減小的趨勢更加顯著。

從橡膠瀝青的黏度－轉數關係曲線看出，在橡膠粉摻量較少，黏度較低時，轉數－黏度成平滑的曲線，轉數對穩定後的黏度影響較小；隨著橡膠粉摻量的增大，橡膠瀝青的黏度增大，轉數的對黏度的影響更加顯著，橡膠瀝青的黏度的觸變性更加明顯，在攪動後迅速減小，在較少的轉數內就達到了一種相對穩定平衡的狀態。

在試驗過程中，為了取得穩定可靠的表觀黏度，必須確定要達到穩定時的初始轉數。為了使黏度儘快穩定下來，應該儘量選用較大的轉速，保證橡膠瀝青在最短的時間內達到結構的穩定，儘量減少黏度試驗過程中熱摩擦導致的瀝青黏度減小。

2.2轉子和黏度的關係

Brookfield黏度計對於瀝青這種高黏度的液體，有四個標配的轉子：SC4-21、SC4-27、SC4-28、SC4-29。對於溫度大於135℃的橡膠瀝青，其黏度一般不會超出這四種轉子的黏度範圍。

轉子的測量範圍越大，黏度越大。根據SHRP研究的結果建議採用SC4-27號轉子，文中以SC4-27轉子測定的黏度為基數，對比分析不同轉子對黏度的影響。發現SC4-21轉子測得的黏度顯著小於其餘3個轉子的黏度，由於橡膠瀝青中橡膠粉顆粒的天然存在，SC4-21號轉子和試模的距離較近，會影響到測試的試驗精度，不適合用SC4-21號轉子。

表2 80 目 22%橡膠瀝青黏度試驗結果/%

對比分析SC4-27、SC4-28號和SC4-29號轉子的黏度，發現同一轉速下SC4-27轉子的黏度比SC4-28小10%左右，而SC4-28號和SC4-29號轉子的黏度相近，說明在黏度測量範圍大到一定程度後，轉子對黏度的影響較小。試驗證明轉子對黏度的測量結果有一定的影響，並且能夠達到10%以上，而且轉子的測量範圍越大，測得的黏度結果也就越大，但在黏度範圍大到一定程度以後，影響逐漸減小。考慮到黏度試驗測試的扭矩須在10%～100%的範圍內，SC4-27號轉子的量程較小，橡膠瀝青的黏度容易落在限定的扭矩範圍內。同時要與國外試驗結果具有可比性，因此在黏度測試中建議採用SC4-27號轉子。

2.3轉速和黏度的關係

從“轉數-黏度”的關係曲線可以看出，橡膠粉摻量較低，黏度較小時，變化不同的轉速測得的“轉數-黏度”的關係曲線是一條連續光滑的曲線，轉速對黏度的影響不顯著。隨著橡膠粉摻量的增大，不同轉速的黏度在“轉數－黏度”曲線上出現波動 （80%～10%），轉速對黏度的影響開始逐漸顯著。

隨著橡膠粉摻量的繼續增多，不同轉速下的“轉數－黏度”不再在同一條曲線上，轉速對黏度的影響更加顯著，成為不可忽略的因素。

根據ASTM規範建議須採用兩個以上的轉速測定液體的黏度，AASHTO建議測定20rmp的黏度。廠家要求的黏度計精度範圍須為扭矩在10%～100%的範圍內。

SC4 -27號轉子在20rmp轉速可測定的黏度範圍是0～12500MPa·s，根據測量黏度要大於黏度計10%扭矩的精度要求，對黏度小於1250MPa·s時，採用20rmp時試驗結果的可靠性已經受到懷疑。同時，轉速是反應剪下速率的參數，將會直接影響到橡膠瀝青表觀黏度。

2.4扭矩和黏度關係

Brookfield的扭矩反映的是測定黏度的遊絲所處的測量能力的範圍，控制了黏度計的量程範圍。廠家也明確規定黏度計的精度範圍須為扭矩在10%～100%的範圍內。與轉速和黏度的相關關係一樣，扭矩和黏度之間也存在良好的相關性。而且隨著黏度的增大，黏度計扭矩的對數和黏度的對數呈現的線性關係越明顯。