提及流變儀,很多公路人都會感到很陌生,什么是流變儀?它有哪些用途?其與公路建設(shè)有何聯(lián)系?目前,流變儀在公路工程中的應(yīng)用并不是十分廣泛,但已被證實在瀝青和乳化瀝青的性能評價中有重要的作用,十分有必要進行進一步的研究與應(yīng)用。
流變儀是用于測定物質(zhì)流變性能的儀器,流變性質(zhì)則是某一種物質(zhì)對外力表現(xiàn)為彈性和粘性雙重特性,即粘彈性。其中,粘性對應(yīng)物質(zhì)的流動,與物質(zhì)本身固有的性質(zhì)有關(guān),為非可逆變形過程;對某一物體外加壓力,其內(nèi)部各部分的形狀和體積發(fā)生的變化則為彈性,是可逆的變形過程。
流變儀分為旋轉(zhuǎn)流變儀、毛細管流變儀、轉(zhuǎn)矩流變儀和界面流變儀。其中,旋轉(zhuǎn)流變儀應(yīng)用廣,適用于非牛頓流體(不滿足牛頓黏性實驗定律的流體,即其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變之間不是線性關(guān)系的流體,如石油、瀝青、油漆、涂料)的測試。旋轉(zhuǎn)流變儀是在穩(wěn)定或變速情況下測量扭矩,用夾具因子將物理量轉(zhuǎn)化為流變學(xué)的參數(shù),根據(jù)夾具的不同,可以測定不同粘度的樣品。
毛細管流變儀和轉(zhuǎn)矩流變儀主要用于測定高聚物的流變性能。毛細管流變儀可測定高聚物熔體的粘度及粘流活化性,轉(zhuǎn)矩流變儀可測定高聚物的熱穩(wěn)定性、剪切穩(wěn)定性、流動和固化行為,其大特點是能在類似實際加工過程中,連續(xù)、準(zhǔn)確、可靠地對體系的流變性能進行測定。這兩種流變儀與旋轉(zhuǎn)流變儀相比,可測定樣品的范圍相對較小。
界面流變儀不同于上述三種流變儀,是用于測定界面粘彈性的儀器。根據(jù)工作方式不同可以分為界面擴張流變儀、界面剪切流變儀和界面膨脹流變儀。界面擴張流變儀是通過使用微量注射器,在溶液中注入一個懸掛的氣泡或液滴,從而構(gòu)建氣液界面或液液界面,通過氣泡或液滴體積的周期變化,將物理量轉(zhuǎn)化為流變學(xué)參數(shù),可以得到擴張模量、粘性(彈性)模量、相角。界面剪切流變儀和界面膨脹流變儀則是在一個溶液槽內(nèi)構(gòu)建上下兩層接觸的界面,前者與旋轉(zhuǎn)流變儀類似,通過轉(zhuǎn)子剪切進行測定,后者則是通過吊片在界面上提拉,由吊片重量的變化,轉(zhuǎn)換得到流變學(xué)參數(shù)。
旋轉(zhuǎn)流變儀和界面流變儀,在瀝青和乳化瀝青研究中有較為廣泛的應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)流變儀除了可以測定美國公路戰(zhàn)略研究計劃性能指標(biāo)(以下簡稱“SHRP性能指標(biāo)”)中車轍因子和疲勞因子外,通過考察瀝青或乳化瀝青殘留物的復(fù)合模量和相角,可以用于評價瀝青的改性效果、瀝青老化情況,以及乳化瀝青的穩(wěn)定性和施工和易性。界面流變儀在原油乳狀液中的應(yīng)用十分廣泛,因此同樣適用于相近體系即乳化瀝青的測試,根據(jù)界面張力、擴張模量和相角的數(shù)據(jù),可以得到乳化劑的乳化能力以及乳化瀝青的穩(wěn)定性等信息。