流变学是研究物质流动及同时发生形变规律的一门科学。它包括材料的塑性、弹性、粘性 和形变等内容,并将应力、应变、时间、温度、分子结构和界面性质等因素对材料力学性质的影响作为研究对象,它是一门边缘学科,处于弹性塑性理论和流体力学的前沿,是物理、化学和力 学交界处的一门新生分支学科。
流变学是研究物质流动及同时发生形变规律的一门科学。它包括材料的塑性、弹性、粘性 和形变等内容,并将应力、应变、时间、温度、分子结构和界面性质等因素对材料力学性质的影响作为研究对象,它是一门边缘学科,处于弹性塑性理论和流体力学的前沿,是物理、化学和力 学交界处的一门新生分支学科。
根据流变学理论,材料的力学特性表现为弹、粘、塑及其组合。对沥青材料来说,在不同的 温度下,表现出不同的性质,其反映指标也不同。在低于玻璃化温度时,材料呈弹性态,釆用弹 性模量指标;在高温的粘流态釆用粘度指标;在路面使用期的大多数温度下,路面呈粘弹塑性 状态,采用劲度模量指标。所谓的玻璃化温度,是指沥青材料的玻璃状坚硬状态与粘弹状态间 相互转化的温度入,7;通常认为在・37Y〜-15T之间,平均为-27Y。由于沥青材料没有 明显的融溶温度,在从很低到很高温度全温度区域中,是逐渐由玻璃态向弹性态、粘流态转化, 显示出复杂的粘弹性性质。
(一) 弹性
弹性是指沥青及其混合料荷载作用时间很短,或温度很低情况下,应力与应变呈直线关系 符合虎克定律,弹性模量是一个常数。对一般的弹性体来说,弹性模量是随温度变化而变化, 并且有两种不同的变化趋势,即一是随温度的上升弹性模量减小的能量弹性,二是随温度的下 降弹性模量增加的橡胶弹性。
(二) 塑性
塑性是指沥青混合料受外力作用后不可回复的变形,沥青混合料产生剪切变形但并不断 裂,它表明了固体材料的可变形的能力o与塑性有关的有脆性、延性和韧性等性质C
① 脆性,是指材料在外力作用下直至破坏仍不出现塑性变形的性质。沥青材料在快速降 温及快速加载时常表现为脆性破坏;
② 延性,与脆性相反,是指材料在破坏前承受塑性变形的能力;
③ 韧性,是指材料塑性变形过程中吸收能量的能力。如掺加橡胶类的改性沥青,沥青的韧 性得到明显的改善。
(三) 粘性
粘性是指沥青及其混合料受力后产生的不可瞬时的回复性。
粘度是对其流变特性的一种量度,反映流体发生流动时内部分子间摩阻力的大小。实际 上是在给定的温度和剪变率条件下,剪应力和剪变率之比。就液体沥青而言,当在很高的施工 温度下,沥青接近牛顿液体,粘性是牛顿粘性,其特点是剪切粘性系数即粘度是与剪变率无关 的常数,或者说,剪应力和剪变率之比是常数。但事实上,即使在温度高于软化点的液体沥青, 也不服从牛顿定律,因而评价非牛顿液体粘性的表观粘度也并非为一定值,粘度与剪变率的C 次蓦成反比,C被称为复合流通指数,它是剪切敏感度的量度。
动力粘度。沥青试样处于牛顿粘性体的流动状态时,层与层之间产生的阻力(剪应力)与层 间相互离开的速度(剪变率)的比例,称为动力粘度,以Pa・s表示;动力粘度与试样密度的比值称 为运动粘度,以m2/s表示。当沥青表现为牛顿型的粘弹性体状态时,称为视粘度或表观粘度。
(四) 粘弹性
粘弹性是指沥青混合料在外力的作用下,既产生弹性变形又产生粘性流动的性质。这种 两性同时并存的性质使得问题的硏究变得相当复杂。在温度高、时间长时,沥青材料的弹性成 分逐渐减小而粘性成分会逐渐增加。沥青材料在较高温度下产生的不可恢复的永久变形即所 谓的塑性流动变形。沥青混合料在使用期内即是综合的粘弹塑性体。众所周知,虎克弹性体的应力应变是直线关系,应力增大及减小过程是沿直线上升及返 回,即应力和应变是一次函数。但是粘弹塑性体的应力上升与下降过程则并不呈一直线,并且 不沿原曲线返回,下降曲线往往位于上升曲线的下部,在同一应力水平上,卸下外力后回复时 残留应变要比上升时应变大。这种上升曲线与回复曲线不一致的现象称之为弹性迟后,它是 粘弹性体的一个重要特征。此外阻滞弹性、弹性余效现象也是粘弹体流变性能的显著特征。
(五)劲度模
沥青的劲度模量是一定时间3)和温度(T)条件下应力与总应变的比值,S(£,
T) = (a/ €)
t,
To沥青的劲度模量是温度与时间的函数。当温度较低时,在很短时间的荷载作用下,其劲 度模量趋近弹性模量;当长期荷载作用时,劲度随时间急剧下降,在双对数座标上呈线性关系。 随温度的上升,其劲度模量随之减小。