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从原始未老化样品的流动数据预测老化沥青的高温流变性

Aroon Shenoy1,*

特纳-费尔班克公路研究中心，乔治敦派克大街6300号，麦克莱恩，弗吉尼亚州22101，美国

2001年7月7日收到；以2002年4月17日修订本收到；接受2002年5月31日

摘 要

沥青的老化对人行道的施工及其长期性能具有影响。已知沥青粘合剂在混合和铺放操作期间以及人行道的使用寿命期间会变硬。已经建立了实验室老化程序，以通过使用加速测试来模拟现场的老化过程。进行老化沥青的流变学表征以测量由于老化引起的硬化程度。然而，实验室老化程序以及老化样品的流变学表征是一个耗时的过程。研究人员一直在寻找缩短产生这些信息的时间的方法。本工作概述了从原始未老化样品的流动数据信息生成老化沥青流变数据的程序。该方法涉及对每种流变功能使用统一曲线。对于所有未改性沥青，无论是原始未老化形式还是滚动薄膜烘箱测试（RTFOT） 和压力老化容器（PAV）老化形式，每条统一曲线均具有独特性。通过流变性能的相关方程，可以看出，在实验室中不实际老化粘合剂的情况下，可以获得老化沥青的高温动态流变性能的估算值。通过消除实验室老化程序，可以节省大量时间。除了增加这些节省之外，本方法还依赖于材料的体积流率（MVR），该体积流率易于，高效且快速地从统一曲线生成必要的流变信息。copy;2002 Elsevier ScienceLtd。保留所有权利。

关键字：老化；流变学沥青粘合剂；材料的体积流量

*电话： 1-202-493-3105；传真： 1-202-493 3161。

电子邮件地址：aroon.shenoy@fhwa.dot.gov (A. Shenoy).

1高级研究员。

0950-0618 / 02 / $-见前题copy;2002 Elsevier ScienceLtd。保留所有权利。PII: S0950-0618 Ž 02 .00030-2

1.简介

已知沥青的老化分为两个阶段：（a）在混合和铺放作业中；（b）在人行道的使用寿命期间。在这两种情况下，沥青都会变硬，材料的流变特性的变化会直接影响粘合剂的性能。在战略公路研究计划-SHRP（1987年建立并资助的5年1.5 亿美元的研究工作）中，实验室老化程序得到了支持并设置了[1]，以便以加速方式模拟沥青可能的老化过程。在这两个阶段经历。滚动薄膜烤箱测试（RTFOT），本文开发了一种程序用来减少在实验室的实验时间以及演示如何通过测定原来的未老化沥青的流动参数来估算老化沥青的流变特性。为了产生这些信息，该方法依赖于先前开发的统一曲[11,12]，该曲线对于所有未改性沥青都是唯一的，而与它们是原始未老化形式还是RTFOT和PAV老化形式无关。建立了老化后沥青与老化前统一曲线的位移因子之间的关系。偏移因子取决于从先前[11,12]中所述的简单，廉价，易于使用的流量测量设备（FMD）生成的材料体积流量（MVR）信息。程序开发此处采用的操作消除了沥青老化的需要，并且能够仅通过相关方程和未老化样品的MVR来预测老化样品的动态流变行为。该方法使用非常简单的流量数据即可提供可靠的基本流变学信息，并且只需当前实践所需时间的一小部分即可。

2.实验

2.1 用于测试的材料

从SHRP材料参考库沥青中选择了十种沥青作为代表。这些是AAA-1，AAB-1，AAD-1，AAF-dash1系列中的1和AAM-1，以及dash-2系列中的AAA- 2，AAB-2，AAC-2，AAD-2和AAF-2。这些沥青的选定性能如表1所示。dash1系列和dash2系列的沥青一起覆盖了广泛的沥青质含量，较宽的分子量范围和良好的粘度值分布。每个样品都以其原始未老化形式进行测试，然后在老化后再次使用滚动薄膜烘箱测试（RTFOT）在163℃下老化85分钟，然后在压力老化容器（PAV）在100℃下持续20 h 符合AASHTO临时标准程序[2]

2.2流变学表征设备

如ASTM标准方法D2872所述，已被公认为是模拟在混合和铺放过程中发生的沥青老化的可靠方法。该协议使用163℃的温度持续85分钟。使用压力老化容器对RTFOT残留物进行进一步老化（PAV），遵循AASHTO [2]概述的标准做法。这样做是为了模拟老化发生在人行道的使用寿命内。该方案包括将沥青暴露在100℃的温度下20小时。另一种方法建议使用微波辐射[3– 10]替代AASHTO PP1过程[2]。该方法一步一步地模拟了纯沥青在摊铺过程中以及在使用过程中发生的氧化老化。该程序的残留物被认为等同于组合的“ RTFOTqPAV”老化过程后获得的残留物。该协议将沥青暴露在147℃的温度下保持4小时，从而大大减少了实验时间。正在不断努力完善此程序。

1.流变动力学动态剪切流变仪（DSR）用于为第一组沥青在46、58和70℃的三个不同温度下生成动态数据，为第二组沥青在52和64℃的两个不同温度下生成动态数据。所有资料按照AASHTO临时规格[13]中给出的程序

表 1 所选用沥青的详细数据

按照AASHTO临时规格[13]中给出的程序，用一组直径为25mm的平行板产生的样品,使用硅橡胶模具预制该测试。为了保持特定的恒定温度，将样品完全浸入温度受控的水中，在整个测试过程中，使用装有泵的水浴将其循环。流变仪和温度控制单元通过个人计算机进行操作， 数据采集分析是使用运行中的专用软件完成的。

在Windows95下。数据使用频率范围为0.1到100 rad./s的频率扫描产生，具有33个数据点。注意确保建立目标应变并加以使用，以确保生成的数据在线性粘弹性响应范围内。

2 Kayeness熔体分度器D4002型被用作流量测量设备（FMD），以测量物料的体积流量（MVR）。材料的流动特性从基于活塞向下运动的体积位移随时间的变化。在一次运行的样本中获得了三个MVR读数，并使用了平均值。数据是在不同的负载（L）条件下生成的， 以便按照先前建立的过程计算幂律指数n和移位因子omega;/MVR的值[11,12].获得的移位因子的值表2-4 分别显示了原始未老化样品以及RTFOT 和PAVaged样品，这些样品用于形成从DSR获得的粘弹性参数的统一曲线

3.结果

从DSR获得的流变数据以|G*|，G”和SHRP参数表示

表 2 RTFOT老化样品的载荷，MVR和n数据

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