Úvod
Životnost asfaltového pojiva úzce souvisí s jeho viskoelastickými vlastnostmi. Snadným způsobem, jak tyto vlastnosti určit, je provést měření s frekvenčním rozptylem pomocí rotačního reometru. Nízkofrekvenční rozsah takové zkoušky odpovídá dlouhodobým měřítkům, zatímco vyšší rozsah poskytuje informace o chování vzorku v krátkodobých měřítcích. V praxi je často velmi náročné provádět zkoušky při velmi nízkých frekvencích, protože vyžadují několik dní nebo týdnů. Přesto je důležité předpovídat chování asfaltového pojiva nebo asfaltu během dlouhých časových období.
Jak předpovídat dlouhodobé chování asfaltových pojiv?
Odpovědí je časově-teplotní superpozice neboli TTS. Tento princip vychází ze skutečnosti, že posun teploty má na viskoelastické vlastnosti stejný vliv jako posun frekvence nebo času. Jinými slovy, frekvenční rozsah měření lze rozšířit provedením zkoušek ve stejném frekvenčním rozsahu, ale při různých teplotách.
Jak používat časově-teplotní superpozici
Cílem je rozšířit výslednou křivku frekvenčního rozsahu na širší frekvenční rozsah. Metoda je jednoduchá:
- Měření frekvenčních rozsahů při různých teplotách
- Vytvoření hlavní křivky při teplotě definované uživatelem. Sekvence umožňující vytvoření hlavní křivky je integrována do softwaru rSpace 1 .
Příklad vytvoření hlavní křivky pro Nemodifikované asfaltové pojivo
Frekvenční měření byla prováděna při různých teplotách na nemodifikovaném asfaltovém pojivu. Podmínky měření jsou uvedeny v tabulce 1.
Lineární viskoelastický rozsah
Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER je amplitudový rozsah, ve kterém jsou deformace a napětí úměrné. V Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER jsou aplikovaná napětí (nebo deformace) nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturní poruchu, a proto se měří mikrostrukturní vlastnosti.
Tabulka 1: Podmínky měření
| Zařízení | Kinexus DSR-III | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Geometrie | Deska, průměr: 8 mm | Deska o průměru 25 mm | ||||
| Mezera | 2 mm | 1 mm | ||||
| Teplota | 5°C | 15°C | 25°C | 35°C | 45°C | 65°C |
| Amplituda smyku | ||||||
| Frekvence | 0.01 až 402 Hz | |||||
1 Software Kinexus Prime DSR+ obsahuje měřicí i vyhodnocovací procedury
2 Omezeno setrvačností zařízení
Výsledky měření
Na obrázku 1 je zobrazen Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. modul pružnosti ve smyku (G') pro různé testované teploty (barevné křivky). Čím vyšší je teplota, tím nižší je Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. modul pružnosti ve smyku. To znamená, že materiál ztrácí pružnost se zvyšující se teplotou pro pevnou frekvenci. Při frekvenci 0,01 Hz se Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. modul pružnosti zvyšuje z 1E-01 Pa při 65 °C na téměř 1E+07 Pa při 5 °C, což je rozdíl téměř 8 dekád! Tento silný vliv teploty také vysvětluje změny vlastností asfaltu v závislosti na ročním období. V zimě mohou být silnice křehké s tendencí k praskání, zatímco ve velmi horkém létě mohou být lepivé. To je důvod, proč jsou navrženy různé výkonnostní třídy pojiva, aby vyhovovaly různým podmínkám podle země, státu/regionu a použití (např. venkovská silnice vs. dálnice).
Hlavní křivka při referenční teplotě 25 °C (černá křivka) se získá posunutím bodů frekvenčních rozptylů při různých teplotách (viz příklad bodů na obrázku 1). Čím vyšší je teplota, tím pružnější jsou polymerní řetězce a tím rychlejší je pohyblivost molekul. Proto je relaxační proces, který probíhá při nižší teplotě a nižší frekvenci, stejný pro vyšší teplotu a vyššífrekvenci1
Hlavní křivka (černá křivka) získaná při referenční teplotě 25 °C se rozprostírá od 1E-06 do 1E04 Hz, tedy rozšíření frekvenčního rozsahu o téměř 7 dekád! Frekvence 1E-06 Hz odpovídá více než 11 dnům. Taková doba měření pouze jednoho bodu není v praxi vhodná. Proto je TTS naprosto nezbytná.
Na obrázku 2 je znázorněna hlavní křivka při 25 °C pro Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. modul pružnosti a ztrátový smykový modul. Je na něm vidět křížení G´ a G" při 11 Hz, což znamená, že pojivo se stává elasticky dominantním pro časové úseky kratší než 90 ms. Doba periody frekvence křížení odpovídá
1 Více informací o závislosti relaxační doby na teplotě je vysvětleno v našem aplikačním listu AN 256 (Časově-teplotní superpozice na asfaltovém pojivu)
Pro srovnání byly vytvořeny také hlavní křivky pro referenční teploty 5 °C (obrázek 3) a 45 °C (obrázek 4). Čím vyšší je teplota, tím vyšší je křížová frekvence. Časově-teplotní superpozice předpokládá, že teplota posouvá časovou škálu relaxačního procesu, ale na samotný proces nemá žádný vliv.
Závěr
Časově-teplotní superpozice (TTS) je snadný způsob, jak předpovědět krátkodobé a dlouhodobé chování asfaltu bez provádění časově náročných měření.
Software rSpace vypočítá a zobrazí hlavní křivku pro uživatelem definovanou teplotu z měření frekvenčního rozmítání při různých teplotách. Toto video vysvětluje, jak generovat hlavní křivku v aplikaci rSpace: