SBS改性沥青粘度测试新方法

针对现有的粘度测试方法很难适用于 SBS 改性沥青，也很难做到高效准确的对温拌剂的 降粘性能做出评价，因此，本研究提出基于动态剪切流变仪（DSR）并采用固定剪切速率的沥 青旋转平板表观粘度测试方法（Rotational Plate Viscosity Test，RPV）。上海昌吉对比了该方法与 传统 BV 方法在 70#基质沥青，SBS 改性沥青和温拌-SBS 改性沥青粘度测试中的结果；详细 阐述 RPV 方法的原理、特点和操作方法。希望能为 SBS 改性沥青的施工温度确定和温拌剂对 于 SBS 改性沥青的降粘评价提供一种行之有效的解决方案。

SBS 改性沥青的粘温特性

沥青是一种典型的粘弹性材料，在高温和长期荷载下，会表现出明显的粘流特性，但在低 温和短期荷载下，会表现出更多的弹性性能。沥青混合料在生产和施工过程中，其加热温度一 般都高于其使用沥青的软化点，体现出粘性流动的特征。对于普通基质沥青而言，在高于其 自身软化点 30℃（不同标号的沥青略有不同）以上时可以视作牛顿流体，即粘度值仅受温度 影响，这意味着在相同温度下，无论测试剪切速率的大小，粘度测试值基本恒定。

SBS 改性沥青与基质沥青不同，从其软化点至 180℃左右，都会表现出很强的非牛顿流体 特性，其粘度值受到温度和测试剪切速率的共同影响。这也意味着在同一个温度点，使用不同 测试剪切速率将得到不同的粘度值。进一步的，非牛顿流体还可以分为很多种类，例如：假塑 性、塑性和膨胀性等等。而 SBS 改性沥青属于假塑性流体，即在相同温度下，测试剪切速率 增加，被测流体的粘度减小（通常称为剪切变稀特性）。因此，通过 BV 方法测试 SBS 改性沥青得到的粘度又被称为表观粘度（当剪切速率为 0 时，才为该流体的绝 对粘度，但不能直接通过测试得到，在本文中，所有测试的粘度均为表观粘度，后简称粘度）， 这并不是沥青真实的粘度，而是在某一剪切速率下表现出的粘度。 正如引言中指出的，使用 BV 方法确定 SBS 改性沥青的粘温曲线时，很难实现在较大的 温度范围内都使用同一剪切速率，导致了 BV 方法预测的施工温度偏大（这一点将在 3.3 中通 过实例进行详解）。

因此，解决 SBS 改性沥青粘度测试问题的关键是能够实现在测试温度区 间内对剪切速率进行控制。

分析出现差异的原因是由于 BV 方法的剪切速率在整个升温过程中始终处于变化状态造 成的。在 135℃附近，沥青粘稠，此时沥青的粘度对于测试采用的剪切率极为敏感，BV 采用 较小的剪切率（BV 采用的剪切率一般为 2.5 s-1 或 5 s-1，远小于 RPV 采用的 25 s-1）导致测试 得到粘度值偏高。而 175℃附近，BV 方法采用的剪切率在 9.3-18.6 s-1 范围，其测试结果与 RPV 方法接近但还是略大。因此，BV 方法下两点粘度拟合的直线粘温曲线整体斜率是大于固定剪 切率的 RPV 扫描的到粘温曲线的。而在 175℃以上的粘度测试中，BV 方法的剪切速率变化 很剧烈（从 18.6 s-1 变化至 46.5 s-1），因此，其曲线仍然保持很高的粘度下降斜率，且明显大 于 RPV 方法的斜率。

综合上述各个温度段的粘度信息：对于同一种 SBS 改性沥青，在相同的半对数坐标系中， RPV 方法测试的到粘温曲线斜率的整体斜率低于 BV 方法两点数据拟合的粘温曲线；在 175℃ 之上，随温度上升，RPV 方法下沥青的粘度测试值有下降放缓的趋势，但 BV 方法仍是线性 关系。因此，在计算等粘温度时，RPV 方法确定的施工温度总小于 BV 方法；对于温拌剂的 降温评价，RPV 方法给出的结果也更显著。这也解释了大量文献中指出的采用 AASTO T312 和 T 0625 规范的测试方法得到的 SBS 改性沥青的施工温度范围相较公路沥青路面施工技术 规范给出的建议范围偏高的原因。


两种方法的测试效能对比

正如前文试验中所描述的：BV 方法在测试中要及时的更换转速和转子搭配以保证测试的 量程与精度；每次更换转子后，还需要更换新的沥青试样以保证转子在试管中的正确姿态；单 次测试消耗的沥青量约为 9-11g，因此，BV 方法恒温时间较长，约为 40min，转子开始旋转 后达到读数时亦需要耗费约 20min。确定粘温曲线（2 个温度点）耗时超过 2h。目前，我国大 量道路工程材料试验室内配备的均为 NDJ-1 型布氏旋转粘度计，该仪器的有效粘度测试范围 约 0.02Pa.s-200 Pa･s。因此，对于 SBS 改性沥青的粘度测试而言，在考虑其在 90℃以下会 出现爬杆效应后进行可操作温度计算可知：BV 方法的实际有效的测试温度范围为 90-220℃。 此外，BV 方法由于不能对变温测试过程中的剪切速率控制，导致其判断出的 SBS 改性沥 青混合料拌和压实温度均偏高，导致沥青老化和能耗浪费。上海昌吉用这种方法来衡量温拌剂对于 SBS 沥青的粘度改变，会弱化温拌剂的降粘降温效果，使温拌剂不能充分发挥降低施工温度，节能 减排，减小沥青的老化程度的优势。

结论

(1)本研究提出的平板旋转粘度测试方法（Rotational Plate Viscosity Test，RPV）采用固定 剪切速率，解决了布氏旋转粘度测试方法（Brookfield Viscosity Test，BV）进行 SBS 改性沥青 的粘温曲线测试过程中，不能使用同一剪切速率而导致预测施工温度（拌和温度和压实温度） 偏高的问题。
(2)分别使用 RPV 和 BV 方法确定三种温拌-SBS 改性沥青混合料拌合与压实温度，并利用 其指导其他条件相同的马歇尔试件制作。虽然所有试件的空隙率均满足规范要求，但 BV 方 法确定的各沥青施工温度降低幅度均比 RPV 方法的小 50%，这意味着其通过 BV 方法确定的 施工温度低估了温拌剂的降粘能力，不能真正发挥出温拌剂的节能减排的优势，也容易造成 沥青的老化。