Πώς θα συμπεριφέρεται στο μέλλον το συνδετικό υλικό ασφάλτου ή η άσφαλτος Πρόβλεψη μέσω της υπέρθεσης χρόνου-θερμοκρασίας

Εισαγωγή

Η διάρκεια ζωής του συνδετικού υλικού ασφάλτου συνδέεται στενά με τα ιξωδοελαστικά χαρακτηριστικά του. Ένας εύκολος τρόπος για τον προσδιορισμό αυτών των ιδιοτήτων είναι η εκτέλεση μετρήσεων σάρωσης συχνότητας με ένα ρεόμετρο περιστροφής. Η περιοχή χαμηλών συχνοτήτων μιας τέτοιας δοκιμής αντιστοιχεί σε κλίμακες μεγάλου χρόνου, ενώ η υψηλότερη περιοχή παρέχει πληροφορίες για τη συμπεριφορά του δείγματος σε κλίμακες μικρού χρόνου. Στην πράξη, είναι συχνά πολύ δύσκολο να πραγματοποιηθούν δοκιμές σε πολύ χαμηλές συχνότητες, επειδή απαιτούν αρκετές ημέρες ή εβδομάδες. Ωστόσο, είναι σημαντικό να προβλεφθεί η συμπεριφορά του ασφαλτικού συνδετικού υλικού ή της ασφάλτου κατά τη διάρκεια μεγάλων χρονικών περιόδων.

Πώς να προβλέψουμε τη μακροχρόνια συμπεριφορά των ασφαλτικών συνδετικών υλικών

Η απάντηση είναι η υπέρθεση χρόνου-θερμοκρασίας ή TTS. Η αρχή αυτή βασίζεται στο γεγονός ότι η μετατόπιση της θερμοκρασίας έχει τον ίδιο αντίκτυπο στις ιξωδοελαστικές ιδιότητες με τη μετατόπιση της συχνότητας ή του χρόνου. Με άλλα λόγια, μπορείτε να επεκτείνετε το εύρος συχνοτήτων μιας μέτρησης εκτελώντας δοκιμές στο ίδιο εύρος συχνοτήτων, αλλά σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

Πώς να χρησιμοποιήσετε την υπέρθεση χρόνου-θερμοκρασίας

Ο στόχος είναι να επεκταθεί η καμπύλη που προκύπτει από μια σάρωση συχνότητας σε ένα ευρύτερο εύρος συχνοτήτων. Η μέθοδος είναι εύκολη:

1. Μέτρηση σάρωσης συχνότητας σε διαφορετικές θερμοκρασίες
2. Δημιουργία μιας κύριας καμπύλης σε μια θερμοκρασία που ορίζει ο χρήστης. Η ακολουθία που επιτρέπει τη δημιουργία μιας κύριας καμπύλης είναι ενσωματωμένη στο λογισμικό ^rSpace1.

Παράδειγμα για τη δημιουργία μιας κύριας καμπύλης για ένα μη τροποποιημένο ασφαλτικό συνδετικό υλικό

Πραγματοποιήθηκαν σαρώσεις συχνότητας σε διαφορετικές θερμοκρασίες σε μη τροποποιημένο ασφαλτικό συνδετικό υλικό. Στον πίνακα 1 παρουσιάζονται οι συνθήκες μέτρησης.

Γραμμική ιξωδοελαστική σειρά

Το Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή (LVER)Στο LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις δεν επαρκούν για να προκαλέσουν δομική διάσπαση (yielding) της δομής και, ως εκ τούτου, μετρούνται σημαντικές μικροδομικές ιδιότητες.LVER είναι η περιοχή εύρους όπου η παραμόρφωση και η τάση είναι ανάλογες. Στο Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή (LVER)Στο LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις δεν επαρκούν για να προκαλέσουν δομική διάσπαση (yielding) της δομής και, ως εκ τούτου, μετρούνται σημαντικές μικροδομικές ιδιότητες.LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις (ή παραμορφώσεις) είναι ανεπαρκείς για να προκαλέσουν δομική διάσπαση και, ως εκ τούτου, μετρούνται οι μικροδομικές ιδιότητες.

Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης

¹ Το λογισμικό Kinexus Prime DSR περιλαμβάνει ρουτίνες μέτρησης και αξιολόγησης
2 Περιορίζεται από την αδράνεια της συσκευής

Αποτελέσματα μέτρησης

Στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται το μέτρο ελαστικής διάτμησης (G') για τις διάφορες θερμοκρασίες που δοκιμάστηκαν (πολύχρωμες καμπύλες). Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο χαμηλότερο είναι το μέτρο ελαστικής διάτμησης. Αυτό σημαίνει ότι το υλικό χάνει την ελαστικότητά του με την αύξηση της θερμοκρασίας για σταθερή συχνότητα. Στα 0,01 Hz, το μέτρο ελαστικότητας αυξάνεται από 1E-01 Pa στους 65°C σε σχεδόν 1E+07 Pa στους 5°C, δηλαδή μια διαφορά σχεδόν 8 δεκαετιών! Αυτή η ισχυρή επίδραση της θερμοκρασίας εξηγεί επίσης τη μεταβολή των ιδιοτήτων της ασφάλτου ανάλογα με τις εποχές. Το χειμώνα, οι δρόμοι μπορεί να είναι εύθραυστοι με τάση να ραγίσουν, ενώ μπορεί να γίνουν κολλώδεις τα πολύ ζεστά καλοκαίρια. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο σχεδιάζονται διαφορετικοί βαθμοί απόδοσης του συνδετικού υλικού, ώστε να ανταποκρίνονται σε διαφορετικές συνθήκες ανάλογα με τη χώρα, την πολιτεία/περιοχή και τη χρήση (π.χ. επαρχιακός δρόμος έναντι αυτοκινητόδρομου).

Η κύρια καμπύλη σε θερμοκρασία αναφοράς 25°C (μαύρη καμπύλη) προκύπτει από τη μετατόπιση των σημείων των σαρώσεων συχνότητας σε διαφορετικές θερμοκρασίες (βλ. παραδείγματα σημείων στο Σχήμα 1). Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο πιο εύκαμπτες είναι οι πολυμερικές αλυσίδες και τόσο ταχύτερη είναι η κινητικότητα των μορίων. Επομένως, η διαδικασία χαλάρωσης, η οποία λαμβάνει χώρα σε χαμηλότερη θερμοκρασία και χαμηλότερη συχνότητα, είναι η ίδια για υψηλότερη θερμοκρασία και υψηλότερη συχνότητα^.1

Η κύρια καμπύλη (μαύρη καμπύλη) που λαμβάνεται σε θερμοκρασία αναφοράς 25°C εκτείνεται από 1E-06 έως 1E04 Hz, επομένως μια επέκταση του εύρους συχνοτήτων κατά σχεδόν 7 δεκαετίες! Μια συχνότητα 1E-06 Hz αντιστοιχεί σε περισσότερες από 11 ημέρες. Μια τέτοια διάρκεια για τη μέτρηση ενός μόνο σημείου δεν ενδείκνυται στην πράξη. Συνεπώς, η TTS είναι απολύτως απαραίτητη.

Στο Σχήμα 2 απεικονίζεται η κύρια καμπύλη στους 25°C για τα ελαστικά και διατμητικά μόρια απώλειας. Δείχνει μια διασταύρωση των G´ και G" στα 11 Hz, που σημαίνει ότι το συνδετικό υλικό γίνεται ελαστικά κυρίαρχο για χρονικές κλίμακες μικρότερες από 90 ms. Ο χρόνος περιόδου της συχνότητας διασταύρωσης αντιστοιχεί

¹ Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την εξάρτηση του χρόνου χαλάρωσης από τη θερμοκρασία επεξηγούνται στο σημείωμα εφαρμογής AN 256 (Υπερθέσεις χρόνου-θερμοκρασίας σε ασφαλτικό συνδετικό υλικό)

Για λόγους σύγκρισης, δημιουργήθηκαν επίσης κύριες καμπύλες για θερμοκρασίες αναφοράς 5°C (Σχήμα 3) και 45°C (Σχήμα 4). Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο υψηλότερη είναι η συχνότητα διασταύρωσης. Η υπέρθεση χρόνου-θερμοκρασίας υποθέτει ότι η θερμοκρασία μετατοπίζει τη χρονική κλίμακα της διαδικασίας χαλάρωσης, αλλά δεν επηρεάζει την ίδια τη διαδικασία.

Συμπέρασμα

Η υπέρθεση χρόνου-θερμοκρασίας (TTS) είναι ένας εύκολος τρόπος πρόβλεψης της βραχυχρόνιας και μακροχρόνιας συμπεριφοράς της ασφάλτου σας χωρίς την εκτέλεση χρονοβόρων μετρήσεων.

Το λογισμικό rSpace υπολογίζει και εμφανίζει την κύρια καμπύλη για μια καθορισμένη από τον χρήστη θερμοκρασία από μετρήσεις σάρωσης συχνότητας σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Αυτό το βίντεο εξηγεί τον τρόπο δημιουργίας μιας κύριας καμπύλης στο rSpace: