动态剪切流变仪.ppt

动态剪切流变仪 DSR 动态剪切流变仪 引言 沥青是一种粘弹性材料，它同时显示出弹性材料的特性（如橡皮筋）和粘性材料的特性（如糖浆）。这两种特性之间的关系被用来测量胶结料抗永久变形和疲劳开裂的能力。为了抗车辙，胶结料需要坚硬和有弹性；为了抗疲劳开裂，胶结料需要柔软和有弹性。在这两种需要之间平衡是关键。 动态剪切流变仪简介 动态剪切流变仪（简称DSR)，是研究粘弹性材料的基本仪器。由于美国战略公路研究计划(SHRP)在沥青结合料路用性能规范中首次采用DSR评价沥青结合料的高温性能和中低温疲劳性能，这一仪器及其关联的研究方法在沥青及沥青混合料的研究中得到广泛应用。 在SHRP规范中要求对原样沥青，旋转薄膜烘箱老化（RTFOT）后残留沥青、RTFOT/PAV残留沥青进行三次动态剪切试验，分别反映高温性能,疲劳性能，因此是SHRP沥青新标准的精髓。 DSR试验设备 工作原理 DSR的工作原理很直观，沥青试样夹在来回振荡的旋转轴和固定板之间，振荡板（常叫做旋转轴）从起点A开始转动到B点。振荡板再从B点转回，经过A点到C点，从C点再转回A点。此运动从A到B到C，再回到A形成了一个循环，如下图所示 应力应变关系 当力（或剪应力）通过旋转轴加到沥青上时，DSR就会测量沥青对此施加的力的反应（或剪应变）。如果沥青是一个完全的弹性材料，其反应就与瞬间施加的力相一致，两者间得时间滞后就为零。若是完全的粘性材料，荷载和反应之间的时间滞后就会很大，如下图所示。冰冷沥青的情形就像弹性材料，温度高的沥青就像粘性材料。 复数剪切模量和相位角 在大多数路面承受交通的温度下，沥青的状况既像一个弹性固体，又像一个粘性液体。在DSR中施加的应力和应变之间的关系，量化了两种状况，提供了为计算两种沥青胶结料重要特性的必要参数—复数线切模量（G*）和相位角（δ） G*是最大剪应力和最大剪应变的比率，施加的应力和由此产生的应变的时间滞后是相位角δ。对于完全的弹性材料，相位角δ是零，所有变形都是暂时的。在DSR中，像沥青这样的粘弹性材料在正常温度下显示的事两个极端状态之间的应力—应变反应 粘弹性表现的不同方式 G*是反复受剪力后，某种材料抗变形的总量，它由两部分组成：一部分是弹性（暂时变形），如下图水平轴所示；另一部分是粘性（永久变形），如垂直轴箭头所示。 δ 是与水平轴产生的角，表示暂时和永久变形的相对量。在此例中，尽管两种沥青都具有粘弹性，但沥青2比沥青1有较多的弹性，因为其δ值较小。通过测定G* 和δ，DSR提供了沥青在路面工作温度下行为（状态）更完整的描述。 最大剪应力和最大剪应变的计算 流变仪用来计算最大剪应力和最大剪应变的公式为 DSR公式示意图如下图所示 温度控制和试样半径、高度 由于沥青胶结料对温度有较大的依赖性，因此流变仪必须要能精确地控制试样温度。这通常是通过循环流体浴或者强制空气浴完成。流体浴一般用水环绕试样。温度控制器使水循环，这样可以精确地调节，使试样温度一直保持在所需温度。空气浴工作原理同水浴一样，只不过在试验期间围绕试样的是加热的空气。两个情况的任一种，即其水温或者气温的控制都必须使整个试样温度一致，变化不应大于0.1℃。 使用者也不必担心进行这种计算，因为其计算是由流变仪软件自动完成的。然而，试样的半径是重要因素，因为，G*是半径的4次方关系，所以，对试样仔细地修整是非常重要的，试样的高度（即两板间的间隙）也是非常重要的，它受控制设备以及使用者水平的影响很大。 试样准备 夹在旋转轴和固定板之间的沥青试样的厚度，必须谨慎控制，此合适的厚度是通过旋转轴和固定板之间的间隙调节得到的。必须在安装沥青试样之前，即对此间隙进行设定。间隙设定是将旋转轴和固定板安装好，在试验温度时设定。间隙通过微米轮调节。微米轮是渐进式的，通常以微米为单位。旋转微米轮可以给旋转轴和固定板的相对位置精确到位。有些流变仪，是把旋转轴向下调节，而有的流变仪是把基板向上调节。间隙的大小取决于试验温度和沥青的老化条件。 未老化和RTFO老化的沥青的沥青，试验温度为46℃或者更高的温度，要求用1㎜的小间隙。PAV老化的沥青和中等试验温度的（4~40 ℃ ），要求采用2 ㎜的大间隙，两种旋转轴的使用，与上同理。高温试验需要大旋转轴（25 ㎜），中等测试温度需要小旋转轴（8 ㎜ ）. 使用者通常在安装试样前设置间隙，而设置间隙值是在期望值（1㎜或2㎜）上，增加0.05㎜，在试验最终修整后，再用微米轮把这0.05㎜的额外间隙去掉。 试验用的沥青试样直径和DSR的振荡板的直径相同。准备试样有两