Въведение
Животът на битумното свързващо вещество е тясно свързан с неговите вискоеластични характеристики. Лесен начин за определяне на тези свойства е да се извършат измервания с честотна амплитуда с ротационен реометър. Нискочестотният диапазон на такова изпитване съответства на дълготрайните скали, докато по-високият диапазон предоставя информация за поведението на пробата в кратките скали. На практика често е много трудно да се провеждат изпитвания при много ниски честоти, тъй като те изискват няколко дни или седмици. И все пак е важно да се предвиди поведението на асфалтовото свързващо вещество или битума през дълги периоди от време.
Как да прогнозираме дългосрочното поведение на асфалтовите свързващи вещества?
Отговорът е суперпозиция на времето и температурата или TTS. Този принцип се основава на факта, че промяната в температурата има същото въздействие върху вискозно-еластичните свойства като промяната в честотата или времето. С други думи, можете да разширите честотния обхват на измерването, като извършвате тестове в същия честотен обхват, но при различни температури.
Как да използваме суперпозицията на времето и температурата
Целта е да се разшири получената крива на честотното измерване до по-широк честотен диапазон. Методът е лесен:
- Измерване на честотни колебания при различни температури
- Създаване на основна крива при определена от потребителя температура. Последователността, позволяваща създаването на основна крива, е интегрирана в софтуера rSpace1.
Пример за създаване на основна крива за Немодифицирано асфалтово свързващо вещество
Честотните измервания са извършени при различни температури върху немодифицирано асфалтово свързващо вещество. В таблица 1 са представени условията на измерване.
Линеен вискозно-еластичен диапазон
Линейна вискоеластична област (LVER)При LVER приложените напрежения са недостатъчни, за да предизвикат структурно разрушаване (поддаване) на конструкцията, и следователно се измерват важни микроструктурни свойства.LVER е амплитудният диапазон, в който деформацията и напрежението са пропорционални. В Линейна вискоеластична област (LVER)При LVER приложените напрежения са недостатъчни, за да предизвикат структурно разрушаване (поддаване) на конструкцията, и следователно се измерват важни микроструктурни свойства.LVER приложените напрежения (или деформации) не са достатъчни, за да предизвикат структурно разрушение, и следователно се измерват микроструктурни свойства.
Таблица 1: Условия за измерване
| Устройство | Kinexus DSR-III | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Геометрия | Плоча-пластина, диаметър: 8 mm | Диаметър на плочата: 25 mm | ||||
| Пролука | 2 mm | 1 mm | ||||
| Температура | 5°C | 15°C | 25°C | 35°C | 45°C | 65°C |
| Амплитуда на срязване | ||||||
| Честота | 0.01 до 402 Hz | |||||
1 Софтуерът Kinexus Prime DSR включва както процедури за измерване, така и за оценка
2 Ограничена от инерцията на устройството
Резултати от измерването
На фигура 1 е показан модулът на еластично срязване (G') за различните изпитвани температури (цветни криви). Колкото по-висока е температурата, толкова по-нисък е модулът на еластично срязване. Това означава, че материалът губи еластичност с увеличаване на температурата при фиксирана честота. При 0,01 Hz модулът на еластичност се увеличава от 1E-01 Pa при 65 °C до почти 1E+07 Pa при 5 °C, което е разлика от почти 8 десетилетия! Това силно влияние на температурата обяснява и варирането на свойствата на асфалта в зависимост от сезоните. През зимата пътищата могат да бъдат крехки и със склонност към напукване, докато през много горещите лета могат да станат лепкави. Това е причината да се проектират различни класове на свързващото вещество, за да се пригодят към различните условия в зависимост от страната, държавата/региона и начина на използване (напр. селски път срещу магистрала).
Основната крива при референтна температура от 25°C (черна крива) се получава чрез изместване на точките на честотните обхвати при различни температури (вж. примерните точки на фигура 1). Колкото по-висока е температурата, толкова по-гъвкави са полимерните вериги и толкова по-бърза е подвижността на молекулите. Следователно процесът на релаксация, който протича при по-ниска температура и по-ниска честота, е същият и при по-висока температура и по-висока честота.1
Главната крива (черната крива), получена при референтна температура 25°C, се простира от 1E-06 до 1E04 Hz, като по този начин разширява честотния диапазон с почти 7 десетилетия! Честота от 1E-06 Hz съответства на повече от 11 дни. Такава продължителност за измерване само на една точка не е подходяща в практиката. Затова е абсолютно необходимо да се използва ТТС.
На фигура 2 е представена главната крива при 25 °C за модулите на еластичност и на срязване при загуба. Тя показва пресичане на G´ и G" при 11 Hz, което означава, че свързващото вещество става еластично доминирано за времеви интервали, по-кратки от 90 ms. Периодът на честотата на кръстосване съответства на
1 Повече информация за зависимостта на времето на релаксация от температурата е обяснена в нашата приложна бележка AN 256 (Суперпозиция на времето и температурата на асфалтовото свързващо вещество)
За сравнение бяха създадени и основни криви за референтни температури от 5°C (Фигура 3) и 45°C (Фигура 4). Колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е честотата на кросоувър. Температурно-времевата суперпозиция предполага, че температурата измества времевата скала на процеса на релаксация, но не оказва влияние върху самия процес.
Заключение
Суперпозицията на времето и температурата (TTS) е лесен начин за прогнозиране на краткосрочното и дългосрочното поведение на вашия асфалт, без да е необходимо да извършвате времеемки измервания.
Софтуерът rSpace изчислява и показва основната крива за зададена от потребителя температура от измервания с честотно размахване при различни температури. В това видео е обяснено как се генерира главна крива в rSpace: