مقدمة
يرتبط عمر مادة البيتومين الرابطة ارتباطًا وثيقًا بخصائصها اللزجة المرنة. ومن الطرق السهلة لتحديد هذه الخصائص إجراء قياسات مسح التردد باستخدام مقياس الانسيابية الدورانية. يتوافق نطاق التردد المنخفض لمثل هذا الاختبار مع المقاييس الزمنية الطويلة، بينما يوفر النطاق الأعلى معلومات حول سلوك العينة في المقاييس الزمنية القصيرة. من الناحية العملية، غالبًا ما يكون من الصعب جدًا إجراء اختبارات بترددات منخفضة جدًا لأنها تتطلب عدة أيام أو أسابيع. ومع ذلك، من المهم التنبؤ بسلوك مادة الأسفلت الرابطة أو البيتومين خلال فترات زمنية طويلة.
كيف يمكن التنبؤ بالسلوك طويل الأمد للمواد الرابطة الأسفلتية؟
والإجابة هي التراكب بين الزمن ودرجة الحرارة، أو TTS. يعتمد هذا المبدأ على حقيقة أن التحول في درجة الحرارة له نفس التأثير على خصائص اللزوجة المرنة مثل التحول في التردد أو الوقت. وبعبارة أخرى، يمكنك توسيع نطاق التردد للقياس عن طريق إجراء اختبارات في نفس نطاق التردد، ولكن في درجات حرارة مختلفة.
كيفية استخدام التراكب الزمني-الحرارة الزمنية
الهدف هو توسيع المنحنى الناتج عن مسح التردد إلى نطاق تردد أوسع. الطريقة سهلة:
- قياس عمليات مسح التردد عند درجات حرارة مختلفة
- إنشاء منحنى رئيسي عند درجة حرارة يحددها المستخدم. تم دمج التسلسل الذي يسمح بإنشاء منحنى رئيسي في برنامج rSpace1.
مثال لإنشاء منحنى رئيسي لمنحنى أسفلت غير معدل الموثق الأسفلتي غير المعدل
تم إجراء عمليات مسح التردد في درجات حرارة مختلفة على مادة رابطة أسفلتية غير معدلة. ويوضح الجدول 1 ظروف القياس.
مجموعة اللزوجة اللزوجة الخطية المرنة
LVER هو نطاق السعة حيث يكون الإجهاد والإجهاد متناسبين. في نطاق السعة المنخفضة المنخفضة، تكون الضغوط (أو الإجهادات) المطبقة غير كافية لإحداث انهيار هيكلي، ومن ثم يتم قياس الخواص البنيوية المجهرية.
الجدول 1: شروط القياس
| الجهاز | كينيكسوس DSR-III | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| الهندسة | اللوح، القطر: 8 مم | اللوح، القطر: 25 مم | ||||
| الفجوة | 2 مم | 1 مم | ||||
| درجة الحرارة | 5°C | 15°C | 25°C | 35°C | 45°C | 65°C |
| سعة القص | مصممة لتكون في الحد الأدنى المسموح به | |||||
| التردد | 0.01 إلى 402 هرتز | |||||
1 يشتمل برنامج Kinexus Prime DSR على كل من إجراءات القياس والتقييم
2 مقيد بالقصور الذاتي للجهاز
نتائج القياس
يعرض الشكل 1 معامل القص المرن (G') لدرجات الحرارة المختلفة المختبرة (المنحنيات الملونة). كلما ارتفعت درجة الحرارة، انخفض معامل القص المرن. وهذا يعني أن المادة تفقد المرونة مع ارتفاع درجات الحرارة لتردد ثابت. عند 0.01 هرتز، يزداد معامل المرونة من 1E-01 باسكال عند درجة حرارة 65 درجة مئوية إلى ما يقرب من 1E+07 باسكال عند درجة حرارة 5 درجات مئوية، وهو فرق يبلغ حوالي 8 عقود! هذا التأثير القوي لدرجات الحرارة يفسر أيضاً تباين خواص الأسفلت حسب الفصول. ففي فصل الشتاء، قد تكون الطرق هشة مع ميلها إلى التشقق، بينما قد تصبح لزجة في الصيف شديد الحرارة. وهذا هو السبب في تصميم درجات أداء مختلفة للمواد الرابطة من أجل ملاءمة الظروف المختلفة وفقًا للبلد والولاية/المنطقة والاستخدام (على سبيل المثال الطرق الريفية مقابل الطرق السريعة).
يتم الحصول على المنحنى الرئيسي عند درجة حرارة مرجعية تبلغ 25 درجة مئوية (المنحنى الأسود) عن طريق إزاحة نقاط مسحات التردد عند درجات حرارة مختلفة (انظر أمثلة النقاط في الشكل 1). كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت مرونة سلاسل البوليمر وزادت سرعة حركة الجزيئات. ولذلك، فإن عملية الاسترخاء، التي تحدث عند درجة حرارة أقل وتردد أقل، هي نفسها عند درجة حرارة أعلى وتردد أعلى.1
يمتد المنحنى الرئيسي (المنحنى الأسود) الذي تم الحصول عليه عند درجة حرارة مرجعية تبلغ 25 درجة مئوية من 1E-06 هرتز إلى 1E04 هرتز، وبالتالي فإن توسع نطاق التردد يبلغ 7 عقود تقريبًا! يتوافق تردد 1E-06 هرتز مع أكثر من 11 يومًا. هذه المدة لقياس نقطة واحدة فقط غير مناسبة من الناحية العملية. ولذلك، فإن قياس الترددات القصيرة ضروري للغاية.
يصور الشكل 2 المنحنى الرئيسي عند درجة حرارة 25 درجة مئوية لمعاملات المرونة والقص المفقود. ويوضح تقاطع G´ و G" عند 11 هرتز، مما يعني أن الموثق يصبح مهيمنًا مرنًا لمقاييس زمنية أقصر من 90 مللي ثانية. يتوافق الوقت الزمني لتردد التقاطع مع
1 يمكن الاطلاع على مزيد من المعلومات حول اعتماد زمن الاسترخاء على درجة الحرارة في المذكرة التطبيقية AN 256 (التراكب الزمني لدرجة الحرارة على المادة الرابطة الأسفلتية)
وعلى سبيل المقارنة، تم أيضًا إنشاء منحنيات رئيسية لدرجات حرارة مرجعية تبلغ 5 درجات مئوية (الشكل 3) و45 درجة مئوية (الشكل 4). كلما ارتفعت درجة الحرارة، ارتفع تردد التقاطع. ويفترض التراكب بين الزمن ودرجة الحرارة أن درجة الحرارة تغيّر المقياس الزمني لعملية الاسترخاء، ولكن ليس لها تأثير على العملية نفسها.
الخاتمة
يعد التراكب الزمني لدرجة الحرارة (TTS) طريقة سهلة للتنبؤ بالسلوك الزمني القصير والطويل للإسفلت دون إجراء قياسات تستغرق وقتًا طويلاً.
يقوم برنامج rSpace بحساب وعرض المنحنى الرئيسي لدرجة حرارة محددة من قبل المستخدم من قياسات مسح التردد عند درجات حرارة مختلفة. يشرح هذا الفيديو كيفية إنشاء منحنى رئيسي في برنامج rSpace: