黏度的定義當(dāng)相鄰流層存在著速度差時(shí),快速流層力圖加快速流層,而慢速流層則力圖減慢快速流層,這種相互作用隨層間速度的增加而加劇,流速所具有的這種特性就是黏性。流層間的作用力稱為內(nèi)摩擦力或黏性力。液體粘度由于分子引力所致,當(dāng)液體流動(dòng)時(shí),快層的分子力圖拉的慢層的分子前進(jìn),而慢層的則盡量的將快層分子往后拽。流體分子間的這些相互作用使得運(yùn)動(dòng)得以逐層傳遞,并保持著層間的速度差,呈現(xiàn)流體的黏性。根據(jù)對(duì)黏度的表達(dá)意義、測量方法的不同,可以分為以下幾種。
(1) 動(dòng)力黏度
黏度是黏性的程度也稱為動(dòng)力黏度,是表征流體對(duì)形變的抵抗,隨形變速率的增加而增加的性質(zhì)。在流體中取兩面積各為1㎡、相距1m、相對(duì)移動(dòng)速度為1m/s時(shí)所產(chǎn)生的阻力稱為動(dòng)力黏度(Pa。S,流動(dòng)阻力的度量)。
瀝青動(dòng)力黏度
(2) 運(yùn)動(dòng)黏度
流體的動(dòng)力黏度η與同溫度下該流體的密度ρ的比值,稱為運(yùn)動(dòng)黏度。運(yùn)用重力型毛細(xì)管黏度計(jì)可以很方便地測得運(yùn)動(dòng)黏度。
在ASTMD445標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用運(yùn)動(dòng)黏度來計(jì)算動(dòng)力粘度,即動(dòng)力粘度(Pa.s)=密度(Kg/m3)×運(yùn)動(dòng)黏度(m2/s)。
瀝青運(yùn)動(dòng)黏度
(3) 條件黏度
條件黏度是使用特定的“黏度計(jì)”在特定條件下測得的流動(dòng)時(shí)間和采用的標(biāo)準(zhǔn)液的流動(dòng)時(shí)間之比值。道路工程中用的瀝青條件黏度有恩格勒黏度、賽波特黏度、瀝青標(biāo)準(zhǔn)黏度等
恩格勒黏度:從恩格勒黏度計(jì)中流出200ml試液所需的時(shí)間與20℃下流出同體積蒸餾水的時(shí)間之比值。
賽波特黏度:在試驗(yàn)溫度下從賽波特黏度計(jì)流出60ml試液所需的時(shí)間。
瀝青標(biāo)準(zhǔn)黏度:在特定的溫度條件下,從瀝青標(biāo)準(zhǔn)黏度計(jì)中流出50ml瀝青所需要的時(shí)間。
瀝青標(biāo)準(zhǔn)黏度
一般來說,條件黏度與動(dòng)力黏度與運(yùn)動(dòng)黏度之間沒有理論關(guān)系,他們與運(yùn)動(dòng)粘度之間的關(guān)系只是一種經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。
二、黏度的測試方式
根據(jù)黏度反應(yīng)的物理意義和測試的手段,液體粘度的測試方法有毛細(xì)管法、旋轉(zhuǎn)法、落體法、振動(dòng)法、滑板法、流出杯法等。根據(jù)測量的溫度范圍和目的不同,公路工程中常用的瀝青的黏度測定方法主要有以下幾種。采用真空減壓毛細(xì)管法測量瀝青的60℃動(dòng)力黏度;對(duì)135℃和更高溫度采用逆流毛細(xì)管黏度計(jì)、Brookfield黏度計(jì);為了評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能,一般采用落柱式和滑板式黏度計(jì);為了反應(yīng)在特定條件下的瀝青的流動(dòng)性能,采用的黏度計(jì)有道路瀝青標(biāo)準(zhǔn)黏度計(jì)、恩格拉黏度計(jì)、賽波特黏度計(jì)等。
1、 毛細(xì)管法
毛細(xì)管法是建立在液體在毛細(xì)管中的運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定的層流的基礎(chǔ)上,按照其施加的外力可分為重力型毛細(xì)管和加壓型毛細(xì)管。重力型毛細(xì)管黏度計(jì)是一定體積的液體在重力的作用下流經(jīng)毛細(xì)管所需的時(shí)間。黏度計(jì)的基本要求是有足夠長的毛細(xì)管和計(jì)時(shí)球,測量的結(jié)果是液體的運(yùn)動(dòng)黏度的方法?!豆饭こ虨r青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》列出了兩種毛細(xì)管測量方法在測量瀝青黏度時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)方法。ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的黏度分級(jí)也是采用以上兩種方法來測量瀝青的黏度。在毛細(xì)管黏度測定時(shí)要注意保證試管不傾斜,以免引起液體有效高度的改變,不正確的裝液方法也將導(dǎo)致試驗(yàn)誤差的產(chǎn)生。
2、 旋轉(zhuǎn)法
旋轉(zhuǎn)法測黏度的原理基于浸入流體中的物體旋轉(zhuǎn),或這些物體靜止而使用周圍的流體旋轉(zhuǎn)時(shí),這些物體將受到流體的黏度力矩的作用,黏性力矩的大小與流體的黏度成正比,通過測量黏性力矩及旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速求取黏度。
根據(jù)其采用的旋轉(zhuǎn)的物體不同可分為以下7種方法。(1)同軸銅筒式:一般同軸同筒式、單圓筒式、雙間隙式、錐筒式;(2)錐-板式(對(duì)于非牛頓流體的測量是理想的結(jié)構(gòu));(3)圓板式:雙圓板式、單圓板式、三圓板式(4)雙錐式:等頂角雙錐式、共頂點(diǎn)雙錐式;(5)雙半球式(6)雙半橢球式(7)圓球式。在黏度試驗(yàn)中,為了保證測量精度,減小試驗(yàn)誤差,旋轉(zhuǎn)法黏度試驗(yàn)應(yīng)該注意的問題有末端效應(yīng)、湍流、二次流、偏心、壁滑移、剪切熱,儀器的熱膨脹,儀器的自身摩擦等,在試驗(yàn)中應(yīng)盡量消除和減少以上的問題的存在。末端效應(yīng)應(yīng)對(duì)非牛頓體不可忽略。道路工程中一般采用Brookfield旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測量石油瀝青的黏度。該黏度計(jì)根據(jù)其測定液體的特點(diǎn),有不同的轉(zhuǎn)子。用于石油瀝青黏度測試的RVDVⅡ型是采用同軸錐筒的測量方式,盡可能的消除了末端效應(yīng)、二次流的影響,并具有精確的控溫設(shè)備和良好的對(duì)中方式,因此測量方便、結(jié)果客觀。
3、 滑板黏度計(jì)和落柱式黏度計(jì)
道路工程中用來測量瀝青低溫黏度的黏度計(jì)和落柱式黏度計(jì)。滑板黏度計(jì)是在兩塊平行板中間放試液,其中一塊固定不動(dòng),施一恒定力于另一塊平板,使其平行于固定板運(yùn)動(dòng),一般用來測定軟化點(diǎn)以下至0℃的瀝青黏度。另外測量瀝青低溫黏度的還有落柱式黏度計(jì)黏度計(jì),其測量原理和滑板黏度計(jì)一樣只是其滑板是由兩個(gè)同軸圓筒組成,在兩筒之間填充瀝青,通過對(duì)內(nèi)筒施加恒力使之平行于外筒運(yùn)動(dòng)。
4、 流出杯法
流出杯法是用于工廠和現(xiàn)場等作較粗略分析的較簡單的黏度計(jì)。道路工程中使用的有道路標(biāo)準(zhǔn)黏度計(jì)、恩格拉黏度計(jì)、賽波特黏度計(jì)。道路標(biāo)準(zhǔn)黏度計(jì)是測定在規(guī)定溫度下,50ml瀝青從規(guī)定的孔徑中流出所需的時(shí)間。賽波特黏度計(jì)和恩格拉黏度計(jì)的工作原理與道路標(biāo)準(zhǔn)黏度計(jì)的工作原理相似,只是流出液的體積和消除外地壓強(qiáng)差異方面有所不同。以上三種方法測量的黏度都只是條件黏度,一般用于現(xiàn)場的簡單檢測,它與動(dòng)力黏度和運(yùn)動(dòng)黏度之間沒有理論關(guān)系,一般與運(yùn)動(dòng)黏度有經(jīng)驗(yàn)換算關(guān)系。