本发明公开了一种改进的动态剪切流变仪平行板及其测试方法。所述改进的动态剪切流变仪平行板包括上平行板和下平行板，所述上平行板包括底部平台和第一手柄，下平行板包括第二手柄、顶部平台、凸台和套筒；顶部平台下表面固定连接第二手柄，顶部平台上表面固定连接凸台；顶部平台上表面的四周边缘处可拆卸连接直立的套筒；凸台的顶部相对应设置底部平台，底部平台的上表面固定连接第一手柄；待测试样放置在凸台和底部平台之间；第一手柄和第二手柄均与动态剪切流变仪安装连接。本发明可定量测试有水条件下，在真实矿料表面接触状态时的沥青或胶浆的流变性能，使得基于沥青剪切流变仪完成对不同类型沥青或胶浆的抗水损害能力的定量评价成为可能。
1.一种改进的动态剪切流变仪平行板，其特征在于，包括上平行板和下平行板，所述上平行板包括底部平台（1）和第一手柄（201），下平行板包括第二手柄（202）、顶部平台（3）、凸台（4）和套筒（5）；顶部平台（3）下表面固定连接第二手柄（202），顶部平台（3）上表面固定连接凸台（4）；顶部平台（3）上表面的四周边缘处可拆卸连接直立的套筒（5），形成一个可盛装液体的凹槽，套筒（5）构成凹槽的侧面，顶部平台（3）构成凹槽的底面；凸台（4）的顶部相对应设置上平行板的底部平台（1），底部平台（1）的上表面固定连接第一手柄（201）；顶部平台（3）、第二手柄（202）、凸台（4）、底部平台（1）和第一手柄（201）同心轴设置；待测试样放置在凸台（4）和底部平台（1）之间；第一手柄（201）和第二手柄（202）均与动态剪切流变仪安装连接。
2.根据权利要求1所述的改进的动态剪切流变仪平行板，其特征在于，底部平台（1）、顶部平台（3）、凸台（4）和套筒（5）均为圆形，底部平台（1）和凸台（4）的直径相同，直径为5~
3.根据权利要求2所述的改进的动态剪切流变仪平行板，其特征在于，底部平台（1）的直径为25mm或8mm。
4.根据权利要求1所述的改进的动态剪切流变仪平行板，其特征在于，顶部平台（3）上表面的四周边缘处与套筒（5）通过榫卯结构相连接，顶部平台（3）上表面的四周边缘处具有榫结构，所述榫结构和套筒（5）底部的卯结构相配合。
5.根据权利要求1所述的改进的动态剪切流变仪平行板，其特征在于，第一手柄（201）和第二手柄（202）为中间直径小于两端直径的哑铃结构，以便安装在动态剪切流变仪上；第一手柄（201）和第二手柄（202）利用螺钉卡位与动态剪切流变仪安装连接。
6.根据权利要求1所述的改进的动态剪切流变仪平行板，其特征在于，上平行板和下平行板采用金属材料制作，所述金属材料在-20℃ 500℃的温度下不与盐溶液发生物理化学~反应；底部平台（1）、顶部平台（3）、凸台（4）的厚度均为1 10mm；凸台（4）、顶部平台（3）和第~二手柄（202）一体成型；底部平台（1）和第一手柄（201）一体成型。
7.利用权利要求1至6任一项所述改进的动态剪切流变仪平行板进行沥青或沥青胶浆流变性能测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）根据测试目的和要求选择相应规格的上平行板和下平行板，在顶部平台（3）上装配套筒（5），将第二手柄（202）通过螺钉卡位固定于动态剪切流变仪的底座和加热系统上方，将第一手柄（201）通过螺钉卡位固定于动态剪切流变仪的套杆；
2）完成平行板规格的选择、系统的校正、上平行板和下平行板的间隙归零；
3）根据测试目的，或按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011、中华人民共和国石油化工行业标准SH/T0777-2005、美国道路交通官方协会标准AASHTO T315-
09的规定调节控制模式、试验目标温度、频率、测试时间；
4）在凸台（4）的上表面放入预先浇筑的沥青或沥青胶浆试样，利用动态剪切流变仪的加热装置加热上平行板和下平行板，使上平行板和下平行板升温至温度T，T≥46℃，沥青或沥青胶浆试样加热软化后，调整上平行板和下平行板的间距，去除上平行板和下平行板挤压溢出的沥青，再通过冷却系统或加热系统使沥青或沥青胶浆试样降温或者升温到试验目标温度，在试验目标温度下保温15min 60min；
5）向凹槽中加入已经处于试验目标温度下的水或盐溶液，加入的水或盐溶液在凹槽中的高度在沥青或沥青胶浆试样的上表面和底部平台（1）的上表面之间，再根据试验目的，在试验目标温度下保温若干时间；
8.根据权利要求7所述的利用改进的动态剪切流变仪平行板进行沥青或沥青胶浆流变性能测试的方法，其特征在于，在底部平台（1）的下表面和凸台（4）的上表面分别固定预先制备的圆柱体矿料，圆柱体矿料包括底部平台（1）的下表面固定的上部目标矿料（6）和凸台（4）的上表面固定的下部目标矿料（7）；圆柱体矿料、底部平台（1）和凸台（4）同轴心设置，在下部目标矿料（7）的上表面放入预先浇筑的沥青或沥青胶浆试样。
9.根据权利要求8所述的利用改进的动态剪切流变仪平行板进行沥青或沥青胶浆流变性能测试的方法，其特征在于，圆柱体矿料与底部平台（1）的下表面和凸台（4）的上表面通过胶水粘结固定。
10.根据权利要求8所述的利用改进的动态剪切流变仪平行板进行沥青或沥青胶浆流变性能测试的方法，其特征在于，加入的水或盐溶液在凹槽中的高度为上部目标矿料（6）的上表面。
一种改进的动态剪切流变仪平行板及其测试方法
技术领域
[0001] 本发明属于沥青性能测试设备，涉及一种改进的动态剪切流变仪平行板及其测试方法。
背景技术
[0002] 沥青路面的水损害是沥青路面损害的主要形式之一，根据已有的研究表明，沥青路面水损害是引起路面早期病害的关键因素之一，正是由于水损害问题与道路路用性能联系密切，近年来其愈发地成为世界性范围的问题。目前对于水损害的破坏形式主要归结为三种：粘聚破坏、粘附破坏及粘聚粘附复合型破坏。粘附破坏指在沥青与集料界面薄弱处产生粘附失效，粘聚破坏指在沥青或沥青胶浆内部由于内聚力下降导致开裂失效。针对水损害问题，不同学者基于不同的理论方法(断裂力学、损伤力学等)和不同尺度(宏观、微观甚至纳观)展开了深入研究，业已形成不少成果，国内外针对沥青与集料的粘附性、沥青的抗剥落能力的评价表征，也纳入了相应的规范，然而，在目前已有规范中，对沥青或沥青胶浆的抗水损害能力的评价以定性评价为主，存在评价指标与工程实际应用情况的关联性不强的问题，量化评价方法大多复杂，操作要求高。因而，探索一种新的沥青或沥青胶浆抗水损害能力的评价方法具有重要的意义和价值。
[0003] 虽然沥青混合料中沥青的质量百分数仅占3％～6％左右，但沥青作为典型的热流变材料，其流变性能的优劣将会对沥青混合料的高低温性能及疲劳性能产生显著影响，这在道路行业已形成共识。道路上的行车荷载对路面产生作用的过程，表现为道路受压，然后受拉，再受压的循环过程，因此，采用动态加载模式对沥青及其混合料在动态荷载作用下的变形特性展开研究，从而分析其动态力学响应行为，将具有重要的实际意义。在此背景下，国内外学者利用动态剪切流变仪(DSR)作为沥青及其混合料动态流变性能的分析仪器，对沥青及其混合料的动态力学特性展开研究。基于DSR，可以获得沥青在较宽温度和频率范围内的流变数据，从而能够比传统沥青指标更全面地分析沥青的流变特性。
[0004] 然而，目前主流的剪切流变仪均是默认为测定沥青常规状态下的流变性能，具体的实施方式为：将浇好的沥青样品放置于上、下夹具之间，然后升温使沥青软化，然后控制上下夹具间距到合适位置，形成一个“三明治”结构完成对中间沥青层流变性能的测试。显然，基于DSR设备，探索沥青或沥青胶浆在非常规试验条件下(水甚至盐水环境及真实矿料表面接触状态时)的流变性能，一方面，将能够进一步挖掘DSR设备的应用潜力，另一方面，也为探究沥青及胶浆粘附破坏及粘聚破坏的失效机理提供了一种新的量化分析评价方法和途径。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于，提供一种改进的动态剪切流变仪平行板及其测试方法，从而可以模拟有水条件下，真实矿料接触状态时的沥青及沥青胶浆的动态流变特性，为表征沥青及其胶浆的抗水损害能力提供了新的分析及评价途径。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下。
[0007] 一种改进的动态剪切流变仪平行板，包括上平行板和下平行板，所述上平行板包括底部平台和第一手柄，下平行板包括第二手柄、顶部平台、凸台和套筒；顶部平台下表面固定连接第二手柄，顶部平台上表面固定连接凸台；顶部平台上表面的四周边缘处可拆卸连接直立的套筒，形成一个可盛装液体的凹槽，形成密封结构，套筒构成凹槽的侧面，顶部平台构成凹槽的底面；凸台的顶部相对应设置上平行板的底部平台，底部平台的上表面固定连接第一手柄；顶部平台、第二手柄、凸台、底部平台和第一手柄同心轴设置；待测试样放置在凸台和底部平台之间；第一手柄和第二手柄均与动态剪切流变仪安装连接。
[0008] 优选地，底部平台、顶部平台、凸台和套筒均为圆形，底部平台和凸台的直径相同，直径为5～40mm。
[0009] 优选地，底部平台的直径为25mm或8mm。
[0010] 优选地，顶部平台上表面的四周边缘处与套筒通过榫卯结构相连接。
[0011] 优选地，第一手柄和第二手柄为中间直径小于两端直径的哑铃结构，以便安装在动态剪切流变仪上固定；第一手柄和第二手柄利用螺钉卡位与动态剪切流变仪安装连接。
[0012] 优选地，上平行板和下平行板采用金属材料制作，所述金属材料在-20℃～500℃的温度下，物理化学性质稳定，具有一定的硬度，不与盐溶液发生物理化学反应。
[0013] 优选地，底部平台、顶部平台、凸台的厚度均为1mm～10mm。
[0014] 优选地，凸台、顶部平台和第二手柄一体成型；底部平台和第一手柄一体成型。
[0015] 本发明还提供了一种利用所述改进的动态剪切流变仪平行板进行沥青或沥青胶浆流变性能测试的方法，包括如下步骤：
[0016] 1)根据测试目的和要求选择相应规格的上平行板和下平行板，在顶部平台上装配套筒，将第二手柄通过螺钉卡位固定于动态剪切流变仪的底座和加热系统上方，将第一手柄通过螺钉卡位固定于动态剪切流变仪的套杆；
[0017] 2)完成平行板规格的选择、系统的校正、上平行板和下平行板的间隙归零；
[0018] 3)根据测试目的，或按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011、中华人民共和国石油化工行业标准SH/T0777-2005、美国道路交通官方协会标准AASHTO T315-09的规定调节控制模式、试验目标温度、频率、测试时间；
[0019] 4)在凸台的上表面放入预先浇筑的沥青或沥青胶浆试样，利用动态剪切流变仪的加热装置加热上平行板和下平行板，使上平行板和下平行板升温至温度T，T≥46℃，沥青或沥青胶浆试样加热软化后，调整上平行板和下平行板的间距，去除上平行板和下平行板挤压溢出的沥青，再通过冷却系统或加热系统使沥青或沥青胶浆试样降温或者升温到试验目标温度，在试验目标温度下保温15min～60min；
[0020] 5)向凹槽中加入已经处于试验目标温度下的水或盐溶液，加入的水或盐溶液在凹槽中的高度在沥青或沥青胶浆试样的上表面和底部平台的上表面之间，再根据试验目的，在试验目标温度下保温若干时间；
[0021] 6)进行动态流变测试。
[0022] 优选地，在底部平台的下表面和凸台的上表面分别固定预先制备的圆柱体矿料，圆柱体矿料包括底部平台的下表面固定的上部目标矿料和凸台的上表面固定的下部目标矿料；圆柱体矿料、底部平台和凸台同轴心设置，在下部目标矿料的上表面放入预先浇筑的沥青或沥青胶浆试样。
[0023] 优选地，圆柱体矿料与底部平台的下表面和凸台的上表面通过胶水粘结固定。
[0024] 优选地，加入的水或盐溶液在凹槽中的高度为上部目标矿料的上表面。
[0025] 优选地，动态剪切流变仪的机器型号为TA公司生产的AR-2000流变仪。
[0026] 优选地，调节动态剪切流变仪的试验目标温度为5℃～85℃。
[0027] 优选地，调节动态剪切流变仪的试验目标温度为-20～150℃。
[0028] 优选地，调节动态剪切流变仪的频率为7.5E-7～628rad/s。
[0029] 和现有技术相比，本发明具有以下有益效果和优点：
[0030] 本发明改进的动态剪切流变仪平行板，上平行板和下平行板均可粘结矿料，在不外接套筒时可测试无水条件下，基于真实矿料表面的沥青或沥青胶浆的流变性能。外接套筒后，可测试水(或盐溶液)在沥青或胶浆中扩散时沥青或沥青胶浆试样的动态流变性能，通过与无水状态下的试样的动态流变性能数据的对比，可以分析沥青或沥青胶浆试样由于水损害(粘聚损伤和粘附损伤)的性能衰减情况。因此，本发明提供的改进动态剪切流变仪平行板提供了定量分析沥青或沥青胶浆试样的抗水损害能力的一种途径，具备一定的应用价值。
附图说明
[0031] 图1是本发明提供的上平行板的示意图；
[0032] 图2是本发明提供的下平行板的示意图；
[0033] 图3是本发明提供的模拟矿物沥青接触及水环境下的平行板示意图；
[0034] 图4是动态剪切流变仪(DSR)标准试验夹具及旋转方向；
[0035] 图5是剪应力(应变)及相位差示意图。
[0036] 图中的标号分别表示：1、底部平台，201、第一手柄，202、第二手柄，3、顶部平台，4、凸台，5、套筒，6、上部目标矿料，7、下部目标矿料，8、待测试样，9、水或盐溶液，10、上金属板，11、下金属板。
[0037] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
[0038] 如图1、图2及图3所示，本实施例提供了一种改进的动态剪切流变仪平行板，包括上平行板和下平行板，所述上平行板包括底部平台1和第一手柄201，下平行板包括第二手柄202、顶部平台3、凸台4和套筒5；顶部平台3下表面固定连接第二手柄202，顶部平台3上表面固定连接凸台4；顶部平台3上表面的四周边缘处可拆卸连接直立的套筒5，形成一个可盛装液体的凹槽，套筒5构成凹槽的侧面，顶部平台3构成凹槽的底面；凸台4的顶部相对应设置上平行板的底部平台1，底部平台1的上表面固定连接第一手柄201；顶部平台3、第二手柄202、凸台4、底部平台1和第一手柄201同心轴设置；沥青试样8放置在凸台4和底部平台1之间；第一手柄201和第二手柄202均与动态剪切流变仪安装连接。底部平台1、顶部平台3、凸台4和套筒5均为圆形，底部平台1和凸台4的直径相同，直径为25mm，顶部平台3上表面的四周边缘处与套筒5通过榫卯结构相连接，顶部平台3上表面的四周边缘处具有榫结构，套筒5底部具有卯结构。第一手柄201和第二手柄202为中间直径小于两端直径的哑铃结构，以便安装在动态剪切流变仪上通过螺钉卡位固定。凸台4、顶部平台3和第二手柄202一体成型；
底部平台1和第一手柄201一体成型。
[0039] 本实施例还提供了一种利用所述改进的动态剪切流变仪平行板进行沥青的流变性能测试的方法，包括如下步骤：
[0040] 1)进行试验目标温度为40℃的沥青时间扫描试验，选择直径为25mm的底部平台1和凸台4。在顶部平台3上装配套筒5，将第二手柄202通过螺钉卡位固定于动态剪切流变仪的底座和加热系统上方，将第一手柄201通过螺钉卡位固定于动态剪切流变仪的套杆；在底部平台1的下表面和凸台4的上表面分别通过高强度胶水固定预先制备的圆柱体矿料，圆柱体矿料包括底部平台1的下表面固定的上部目标矿料6和凸台4的上表面固定的下部目标矿料7；圆柱体矿料、底部平台1和凸台4同轴心设置；其中底部平台1和凸台4的直径相同，直径为25mm。
[0041] 2)在DSR控制软件完成平行板规格选择、系统校正、上平行板和下平行板粘结目标矿料后的间隙归零；
[0042] 3)本实施例采用的DSR机器型号为TA公司生产的AR-2000流变仪，根据试验研究目的，调整上部目标矿料和下部目标矿料间距为1mm，调节试验模式为时间扫描，频率设置为10HZ，应力控制模式，应力设置为30kpa，试验时长2h，采样时间间隔10s。
[0043] 4)在下部目标矿料7的上表面放入预先浇筑的沥青试样8，利用动态剪切流变仪的加热装置加热上平行板和下平行板至60℃，平行板升温带动圆柱体矿料、沥青试样8升温，待沥青试样8软化后，调整上部目标矿料6和下部目标矿料7的间距，去除上部目标矿料6和下部目标矿料7挤压溢出的沥青，通过自然冷却使沥青试样8降温到40℃，在40℃的目标温度下保温15min；
[0044] 5)向凹槽中加入已经处于40℃下的水，加入的水在凹槽中的高度为上部目标矿料6的上表面，在40℃下保温1h，在该时间内水将在沥青中进行渗透扩散；
[0045] 6)进行时间扫描试验，最终可以获得复数模量、损失模量、储存模量、相位角等试验数据，可绘制复数模量—加载次数或时间的y-x曲线，另外进行仅改变有水条件为无水条件，其他参数不变的对比试验，通过对比两组实验结果，可得有水环境下的沥青流变性能衰减情况，从而实现对沥青水损害下的疲劳损伤情况的定量分析。
[0046] DSR试验原理如图4和图5，DSR可以施加正弦交变剪切应力测试材料的粘弹性行为，相位角δ为材料应变与应力之间的滞后角，理想弹性材料和理想粘性材料的相位角分别为0°和90°，粘弹性材料的相位角在0°～90°之间。通过加热试样及金属板间距调整，待测试样与上金属板10、下金属板11形成夹层结构，仪器提供扭矩带动上金属板10进行转动，下金属板则固定于仪器的底座上，通过施加的动态剪切荷载实现对沥青试样的流变性能测试。
[0047] 上部目标矿料6及下部目标矿料7的加工方法如下：按照试验要求选择相应规格的平行板，并依照平行板规格确定块石圆柱直径，对块石进行钻心，利用切割机器将岩芯切割成片状，建议岩石厚度在3～6mm范围进行整数选取。此外，因尽量使被测试矿料表面粗糙度与未加工矿料相仿，粗糙度检测可采用激光测试设备或其他细微观纹理检测设备，需对已切割矿料进行粗糙度改变时可选用合适目数的砂纸打磨处理。通过以上方法保证DSR试验的合理性及准确性。
[0048] 待测试样在有水条件下浸泡过程的时长，可以根据试验目的自行选定。
[0049] 本发明提供的一种改进的动态剪切流变仪平行板，在可测试水(或盐溶液)在沥青或胶浆中扩散时沥青或沥青胶浆试样的动态流变性能，通过与无水状态下的试样的动态流变性能数据的对比，可以分析沥青或沥青胶浆试样由于水损害(粘聚损伤和粘附损伤)的性能衰减情况。因此，本发明提供的改进动态剪切流变仪平行板提供了定量分析沥青或沥青胶浆试样的抗水损害能力的一种途径，具备一定的应用价值。
[0050] 以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
