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1、Hans汉斯Hans Journal of Civil Engineering 土木工程,2018, 7(6), 950-958Published Online November 2018 in Hans. http:/www.hanspub.org/journal/hjcQ https:/doiorfi/1012677/hCQ2(n876114Mixing Viscosity and Workability of Different Bituminous MixturesJianglang Zhu1, Haixin An2, Juniing Liu3, Aug Li1, Xili Yan1*
2、1 School of Highway, Chang'an University, Xi'an ShaanxiXinjiang Communications Construction Administrative Bureau, Wulumuqi XinjiangSichuan Dazhou Traffic Investment Construction and Development Group Ltd., Dazhou Sichuan Email: xili.yanReceived: Oct. 28： 2018; accepted: Nov. 20： 2018; publi
3、shed: Nov. 27thz 2018AbstractIn order to research the mixing viscosity and the workability of different mixtures, five different bitumen such as 70* matrix bitumen, SBS modified bitumen, rubber bitumen and two kinds of warm bitumen were selected to prepare five asphalt mixtures in type of AC 13C, an
4、d the Brookfield viscosities were tested for each bitumen Using an experimental device of mixing power measurement at different velocities, the variable mixing velocity experiment was carried out for the five different asphalt mixtures at different mixing temperatures (140eC 180°C) and mixing v
5、elocities (20 50By analyzing the rheogram of mixing power and mixing velocity, themixing viscosity and the workability index of the mixtures were studied The result shows that the mixing rheological characteristic of mixture obeys the linear visco-plastic Bingham model； the mixing viscosity of mixtu
6、res has a positive correlation with the bitumen viscosity； the mixing viscosity influences greatly the workability of mixture, and at the same temperature, compared to 70w matrix asphalt mixture, the SBS modified and rubber asphalt mixture present a madder wor- kability, and the warm asphalt mixture
7、 is observably better； the workability indexes increase significantly by increasing the mixing temperatureKeywordsRoad Engineering, Asphalt Mixture, Mixing Viscosity, Mixing Rheological Model, Workability不同沥青混合料的拌和黏度及和易性朱江浪】，安海新'，刘巨明'，李 昂I,延西利"】长安大学，公路学院，陕西西安2新關交通建设管理局.新鴉乌鲁木齐'四川达州市交
8、通投资建设集团有限责任公司.四川 达州通讯作者。文章引用：朱江浪，安海新，刘巨明，李昂，延西利.不同沥青混合料的拌和黏度及和易性J土木工程，2018, 7(6)：950-958. DOI: 10.12677/hjce.2018.76114朱江浪等Email: kili.yan收稿日期：2018年10月28H:录用日期：2018年11月20H:发布日期：2018年11月27日摘要为了研究不同沥青混合料的拌和黏度及和易性，试验选取了70基质沥青、SBS改性沥青、椽胶沥青和两 种温拌沥青等5种不同种类的沥青.测试了布氏黏度，制备了AC-13C型沥青混合料.利用变速拌和功率 测试试验装置.在不同拌和温
9、度（140C180C）和不同拌和速率（20-50minY下.对5种沥青混合料 进行了变速拌和试验，通过分析“拌和功率一拌和速率，流变图，研宪了混合料的拌和黏度及和易性指 数。结果表明：沥青混合料的拌和流变特性服从线性黏塑性的宾汉模型：混合料的拌和黏度和沥青的黏 度之间具有良好的正相关性；拌和黏度对混合料的和易性有重大影响，相同拌和温度时，SBS改性和橡 胶沥青混合料的和易性较差，温拌沥青混合料的和易性较好，随着拌和温度的升高.拌和和易性有明显 改善.关镀词道路工程，沥青混合料，拌和黏度，拌和流变模型，拌和和易性Copyright © 2018 by authors and Hans
10、Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http:crGativecomm on s.org/lice nses/by/4.0/Open Access1. 引言沥青混合料是由黏性的沥青和松散的集料搅拌混合而成，广泛应用于路面工程。不同沥青混合料主 耍是指不同级配类型的混合料（如AC、SKIA, OGFC等）和不同沥青种类的混介料（如基质沥青、改性沥 靑、橡胶沥青、温拌沥靑等）。本文针对不同沥青种类的混介料，主要研究其样和黏
11、度及和易性，是文献 2研究成果的续篇.沥青混合料的拌和黏度是其和易性的根本起源，拌和黏度决定J'其拌和的和易性，即拌和的难易程 度，和易性则彩响着沥青路而的铀筑质量。目前关于和易性的评述仍然停留在宏观的泄性概念上，并无 具体的定量折标和规范性的评价方法。然而相关研究人员己经开展了大量的定量分析研究1卜6,并取得 了一些有价值的研究成果.Manillet等4较早提出沥青混合料拌和和易性指标的概念，并试验测试了搅拌叶片在特定转速（22 r/rnui）下的扭矩值，以扭矩值评价混合料的拌和和易性。Gudimettla 习基于热拌沥青混合料的拌和扭矩, 研究了和易性。侯曙光等6开发了沥青混合料的
12、和易性指数测试设备，定义了和易性指数为特运转速（30 r/min）下扭矩测试值的倒数。Tao和Austerman 7 8通过扭矩值，研究分析了不同温样剂掺量与沥青 混合料的和易性之间的关系。延術利等1自行开发了变速拌和功率测试装置，研究了不同拌和速率下的 拌和流动特性，以流变模型为基础定义J"拌和利易性指敎（广义黏度的倒数），但并未提交不同沥青种类的 样和和易性成果。其它一些研9 10 11 12 13通过样和扭矩值或压实度分析了沥青混合料的和易 性及施工质量控制耍素，未涉及只它和易性评价方法。上述拌和扭矩值评价方法，没有利用现有的拌和设备平台、且需要加装昂贵的扭矩传感器并需要标 立
13、，不利于工程应用：数据分析仅为给宦拌和速率下的单一扭矩值，没有从混合料的拌和黏度出发，來 研究其拌和流动特性及其和易性，无法应用流变学理论来分析问题。因此，论文研究团队自行开发了一种“变速拌和功率测试试验装程”，用以分析不同样和温度、不 同拌和速率下混合料的样和流动特性，一些研究成果已撰文介绍1 2 3。本文选用5种不同性质的沥 青，制备了 AC-13C型沥青混合料，通过变速拌和功率测试试验，研究了混合料的样和流变模型及昭丫 和黏度，定义了拌和和易性指数，分析了沥青种类对混合料拌和和易性的影响。2. 沥靑及混合料2.1. 沥的种类试验选用了 5种沥青：70棊质沥青、SBS改性沥青.橡胶沥靑、E
14、votherm温拌沥青和ACMP1温样 沥青。改性沥青与温拌沥青的基础沥青均采用70基质沥青，SDS改性沥青和橡胶沥青的制备采用常规方 法和剂量2, Evotlierm. ACMP 1两种温拌剂的剂量依次为0.6%、6%。按照公路工程沥青及沥青混合 料试验规程(JTGE20-2011),对其进行了基本技术性能测试，结果见表1。2.2. 沥靑的布氏黏度按照公路工程沥青及沥存混介料试脸规程(JTGE2O2O11),采用布氏黏度计，在不同试验温度(120、 130、135、140、150、160、170、18(TC)下对5种沥青进行了布什黏度测试14 15,试验结果见表2。 由此可以看出，SBS改性
15、沥青和橡胶沥青的黏度明显髙于呈质沏苛，表面活性剂型的温拌剂Evotherm对 沥青本身的黏度没有影响，而降黏型温拌剂ACMP1则对沥青有明靠的降黏作用。Table 1. Basic technical paiameters of different bitumen 丧1不同沥靑的基本技术参数沥青种类25°C针入度/0 1mm15fC 针入度/0.1mm软化点/C159C延度心n10gC延度,E5，C延度,cm70毎质70.6/480>10082.6/SBS74.2/684/367橡胶61.2/68 7609/Etothenn71.4/479408/ACMP1/83.243 8/
16、135.5/Table 2. Viscosity of different bitumen at different temperatures (Pa s) 唳2.不同温度卞不同沥的布氏黏度(Pas)温度/c沥青种类12013013514015016017018070基质0.8550.5800.4880.3810.2410.1680.1110.082SBS2.4281.5601.2710.9490.59004020.2450.155橡胶3.6582.3882.0681.6171.1180 6920.4850 360Evotherm0858056204940.389025601630.1130
17、081ACMP10.53303800.3120.2600.17601190.0850.0612.3. 混合料的制备试验研究选用AC-13C型沥靑混合料，碎石和矿粉的岩性均为石灰岩，碎石的压碎值为10.6%、表 观相对密度为2.715,矿粉的表观相对密度为2.683。沥青用量按照公路工程沥青及沥青混合料试验规 程KJTGE20-2011),采用马歇尔配合比试验法确定。5种沥青混合料的处佳沥青用量基本上在4.8%5.0% 之间，变化幅度较小，反映了级配类型AC-13C确定后，矿料的比表而积也为一定值，在理论上对沥疔 的吸附及薄膜的形成具有一致性。因此，试验研究对5种沥靑混合料的沥青用量统一取tfl
18、 4 9%3. 变速拌和试验试验采用研究团队自行开发的变速IT和功率测试试验装Hl 2 3,其特点为：英特点为：在现有 弓歇尔拌和设备的平台卜増加了变速拌和系统、功率测试系统和数据储存系统，可通过控制面板进行转 速调冑，实现沥青混合料的变速拌和及其功率测试，并对测试数据进行实时记录与存储。在不同拌和温 度和不同样和速率下，对5种沥青混合料进行了拌和功率测试，具体试验方案见农3,拌和功率测试结 果见表4。Table 3 Test scheme of different mixing velocities表3变速拌和试验方案沥育混合料种类7L基质.SBS、橡胶.Evothenn. ACMP1级配类
19、劇AC-13C沥青用量/%4.9混介料拌和质垦心12持和温度厂 C140. 150. 160. 170. 180拌和速mm"120. 30、40. 504. 拌和流动特性根据衣4试验结果，可分别绘制出5种沥讶混介料在不同温度下的“拌和功率一It和速率”流变图， 以160°C为例，不同沥青混合料的流变图如图1：以7(/基质沥青混合料为例，不同温度下的流变图如图 2.分析发现，对于不同沥青混合料在不同温度时，样和功率随着样和速率的增大而线性增加，表现为典 型的线性黏塑性特性；给定拌和速率下，拌和功率随着幷和温度的升高而显著减小，揭小门知变对黏性 的影响。若记拌和功率为P、样和速
20、率为？，则各种沥疔混合料在给沱温度下的样和流动规律可写为P = F + 2 K(1)式中：F称为内在塑限,表示图1(或图2)中直线的截距;2称为广义黏度,表示图1(或图2)中直线的斜 率：图1(或图2)即为It和流变图，也称P7流变图。式(1)所描述的拌和流动特性，在物理属性和力学原理上，正好反映了宾汉(Bingham)模型，如图3,说明沥青混合料的拌和流动特性服从Bingham模型，是一种线杵黏塑性流动。宾汉模型的本构方程为r = / + 7(2)式中：r为剪切应力：D为剪切速率：/为材料的内在塑限：为材料的黏度。5拌和黏度分析从线性黏塑性流动变形的原理来讲，式中的广义黏度久表征了混合料的黏
21、度为混合料的样和黏度，直接关联着混合料的拌和和易性。拌和黏度大,和易性差:拌和黏度小,和易性好。沥青混合料的 这个样和黏度称为广义黏度/I 1.也可以简称为样和黏度。对试验结果(表4)进行线性回归分析(相关系数大于0 99).得到不同沥青混合料在不同温度下的样和 黏度值见表5。从表5可以看出：不同沥青混合料的拌和黏度明靠不同，与70基质沥青混合料相比，SBS改性和橡 胶沥青混合料的拌和黏度2提高了 6.0%30.7%,而两种温拌沥青混合料的拌和黏度x则降低了 5一1沧26.5%：随着温度的升高，沥青混合料的拌和黏度久初期衰减较快、后期衰减较弱。混合料的样和黏度久，在本质上起源于沥青的黏度&qu
22、ot;，因此，二者必然存在某种内在的联系.取Table 4. Testing result of mixing power (W)农4拌和功率测试结果(W)混合料胖和温度/c一样和速率/(r nun-i)20304050140139.1187.9247.3303.11501193162.0210.8254.370基质沥青1601079147.8185.0228.2170101.81389175.9211.718096.9131.6168.5201.7140160.8218.5279.6350.3150142.8193.5252.6309.3SBS改性沥音1601310174.1222.3279
23、.2170113.2161.3204.5238.01801058148.7184.1217.91401650231.1299 1360.3150145.7208 1266 1317.3橡胶沥青160137.31861241.2292.1170124.5165.8212.0260.6ISO115.7151.1192.6235.8140116.9167.1216.5254.6150103.1146.8187.8223.2Eve therm 温样沥16099.1136.4169.5209.917095.3127.3163.1199.918091.8122.8155.6191.41401092153.
24、0193.2242.715010041383174.3220.2ACXIP1漏拌浙舌1609601308165.3206.917091.1123 8156.4196.0180863122.9153.2186.501020304050拌和速率/r機inr igure 1. Mixing rheogram of different asphalt mixtures (160°C) 图1.不同沥青混合料的拌和流变图(1605C)300140V150V200i6or 170 V -i8or100102030拌和速率/r min "Figure 2. Mixing rheogram
25、of 70s matrix asphalt mixture 图2.7(r基质沥青混合料的拌和流变图4050Figure 3. Bingham model and its rheogramS 3宾汉模型及其流变图沥青的黏度"as7654 SBS改性 一 橡胶沥青30.0L01.52.0Table 5 Mixing nscosity of asphalt mixnires (60 J r"1) 農5沥青混合料的拌和黏度久(60JF】)沥青混合料拌利洱度/c14015016017018070,基质5.514.543.973.673.51SBS改性6.305.594.934.183
26、.72橡胶沥育6.545.725.194.504.01Eothenn4.634013663.493.31ACMP14.413 943.673.473.33沥青的黏度/PasFigure 4. Changing rules of mixture s mixing viscosity with bitwmen viscosity, (a) 70* matrix binunen and two kinds of warm bitumem (b) SBS modified bitumen and rubber bitumenffi4.混合料的拌和黏度随沥青黏度的变化规律。(a) 70”基质沥青和两种温
27、拌沥青；(b) SBS改性沥青和橡胶沥青140C180C时沥青的黏度"（表2）和混合料的样和黏度2（表5）.可绘制图，见图4。由于黏度比例 相差较大，故绘制成两个图。从图4可以发现：混介料的样和黏度人与沥青的黏度儿有EL好的线性相关性，相关系数大于0.97,沥青黏度越犬，混合料的邛和黏度也越大。但沥汗黏度相同时，不同沥汗混合料的样和黏度却不同，表 现为其拌和和易性的不同，反映了沥靑种类对混合料和易性的影响。6拌和和易性分析沥青混介料的拌和和易性在本质上为混合料的样和黏度问题.混介料的样和黏度越小，样和和易性 越好，反之亦然，即混合料的和易性与JUt和黏度人负相关，可以定义拌和和易性指
28、数(人)为拌和黏度広 的倒数的百分率即式中：厶的量纲为：人的量纲为60J r-1oIU搏式(3)讣算不同沥青混合料的和易性捋数见k 6,畀绘制成冈5以考察梵随温度的变化规律。从 表6可以发现，不同沥汗混介料的和易性指数明显不同，与70穰基质沥疔混介料相比，SBS改性沥汙和橡 胶沥青混合料的和易性指数降低了 5.6%23.5%,另外两种温样沥靑混合料的和易性指数则提奇了 5.1%25.0%0从图5也可以发现，和易性指数随温度线性增长.相关系数大于0.98,温度越高，和易性指数越大.Tabled. Workability index of asphalt mixtures (%) 表6.沥靑混合料
29、的和易性指数()沥育混合料拌和温度/X1401501601701807(f基质18.1522.0325.1927.2528.49SBS改件15.88179020.2923.952689橡胶沥青15.2917.4819.2724.94Evothenn21.6024.94273228.6530.21ACMP122.6825.3827.2528.8230.0335 r10 140150160170180拌和温度/Figure 5. Changing rules of workability index with the temperature 图5.和易性指数随温度的变化规律混合料样和和易性越好：当
30、样和温度由i4(rc升髙到i8(rc时，三种热样沥青混介料的和易性指数增加 幅度为57.0%693%,另外两种温拌沥讶混介料增加幅度为32.4%39.9%：不同沥汗混合料的和易性指 数的大小排序为：ACMPl>Evotherm>70-基质沥青> SBS改性 > 橡胶沥靑。7结语1) 沥青混合料的样和流动特性服从线性黏塑性的宾汉模型，其样和黏度可用来描述混合料的拌和和 易性。2) 混合料的拌和黏度与沥青的黏度呈良好的正相关性，但沥青黏度相同时，混合料的拌利黏度却不 同，表现为其拌和和易性的不同。3) 为了定量评价沥疔混合料的捋和和易性，可引入一个样和和易性指数，定义为样和
31、黏度的倒数的 百分率.4) 沥青种类不同，混合料的拌和黏度或和易性也不同，SBS改性沥青和橡胶沥青混合料的和易性较 差，温拌沥青混合料的和易性较好。5) 随着拌和温度的升髙，混合料的和易性指数增大：不同沥青混合料的和易性指数大小排序为： ACMP1 >Evotherm>70!S基质沥青> SBS改性：*橡胶沥青。基金项目陕西省交通科技项n(17-llK),四川省交通科技项目(2017F01).參考文献1 延西利，HJ辉黎，延总乐，等.沥青混介料的变速拌和功率测试与拌和流变模型几 交通运输工程学报.2016, 16(3): 1-7.2 李昂.不同性质沥青混合料的变速拌和及和易件
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