文档介绍：评价路面沥青的实用流变性指标
流变学研究的流体,可分为牛顿型流体和非牛顿型流体,所谓流变性实质是固—液两相同存,是一种粘弹性的表现。沥青也是一种高分子化合物,具有粘性和弹性,属于非牛顿型流体,其流变特性与沥青的针入度、延度、粘度及路面的性能等都有很大的关系。
沥青的组成对其流变特性的影响
根据流变学沥青粘度定义有:
τ=ηγc (1)
取对数得沥青的复合流动度为:
c= Δlgτ/Δlgγ(2)
从式(2)可看出,当复合流动系数c较小时,即剪应力(τ)随剪变率(γ)的变化较小,L・W・科尔贝特曾用上式考察沥青各组分对其流变特性的影响。他将沥青质分别分散于饱和酚(At)、环烷—芳香酚(N—A)和极性—芳香酚(P—A)中,配成不同含量组成成分的沥青样品,在各种样品的组成中沥青质含量均为35%,然后测定各样品的剪应力(τ)与剪变率(γ)之关系。当组成的样品为极性—芳香酚(P—A)与沥青质(A)时,c=,为牛顿型流体,其他各组成样品皆为非牛顿型流体。由此表明沥青分散介质的性质与沥青的流变特性有密切的关系,即沥青的组成不同,其流变特性也不同。
理想弹性元件
理想弹性元件的基本元件只有一个弹簧,即材料是线弹性的,不存在粘性,遵循Hooke定律,用数学模型来描述即为σ=E ε,其中E为杨氏模量。
粘性元件
粘性元件的基本元件是阻尼器,材料的变形与材料所受的力不是正比关系,当加上荷载之后,杆被拉长,伸长的时间变化率 d(εl) /dt与作用力成正比,用应力应变表示,有:σ=Fdε/dt=Fε,此处用“・”表示对时间t的常微分或偏微分,量ε称为应变率。应力正比于应变率的材料叫作粘性材料,F为粘性系数。
Maxwell模型
Maxwell模型是由弹性元件与阻尼器元件相互串联,总应变为:
ε=ε′+ε″(3)
其中,ε′为弹性元件的应变;ε″为阻尼元件的应变,对式(3)进行微分可得:
ε=ε′+ε″=σ/E +σ/F
将此式改写为标志形式后可得Maxwell流体的本构方程为:
σ+p1σ=q1ε(p1=F/E ,q1=F) (4)
方程(4)可以分为两个阶段理解,第一阶段假设在初始时刻对杆施加一个突加恒值荷载σ=σ0H(t),H(t)称为单位阶跃函数或Heaviside函数,求此式应变ε为多少;第二阶段从t=t1开始,应变ε固定为ε1,也就是说杆端固定不动,此时应力将发生怎样的变化。
Kelvin模型
Kelvin模型是由弹性元件和粘壶元件相互并联组成的,在所有时刻,两个元件的伸长ε总是相同的,其总应力为
△ε=ε′+ε″= Eε+Fε,将其改写成标准形式:
σ=q0ε+q1ε(q0=E,q1=F) (5)
式(5)为Kelvin模型的本构方程。
以上四种模型为粘弹性材料的最基本模型,在实际应用中可以根据实际情况选择,也可以根据实际情况应用这几种基本元件构建更复杂的模型,其本构方程可根据以上四个方程的思路来建立,只是方程更为复杂而已。
用Burgers流变模型评价沥青与混合料的关系
沥青与沥青混合料在高温和长时间荷载作用下,其变形则以粘性流动为主;在大多数实际使用情况下,它们的变形处于粘弹性状态,因此可以用Burgers