Introducción
La vida útil del ligante bituminoso está estrechamente ligada a sus características viscoelásticas. Una forma sencilla de determinar estas propiedades es realizar mediciones de barrido de frecuencia con un reómetro rotacional. El rango de baja frecuencia de una prueba de este tipo corresponde a escalas de tiempo largas, mientras que el rango más alto proporciona información sobre el comportamiento de la muestra en escalas de tiempo cortas. En la práctica, suele ser muy difícil realizar ensayos a frecuencias muy bajas porque requieren varios días o semanas. Sin embargo, es importante predecir el comportamiento del ligante asfáltico o del betún durante largos periodos.
¿Cómo prever el comportamiento a largo plazo de los ligantes asfálticos?
La respuesta es la Superposición Tiempo-Temperatura, o TTS. Este principio se basa en el hecho de que un cambio de temperatura tiene el mismo impacto en las propiedades viscoelásticas que un cambio de frecuencia o de tiempo. En otras palabras, se puede ampliar la gama de frecuencias de una medición realizando ensayos en la misma gama de frecuencias, pero a diferentes temperaturas.
Cómo utilizar la superposición tiempo-temperatura
El objetivo es ampliar la curva resultante de un barrido de frecuencias a una gama de frecuencias más amplia. El método es sencillo:
- Medición de barridos de frecuencia a diferentes temperaturas.
- Creación de una curva maestra a una temperatura definida por el usuario. La secuencia que permite la creación de una curva maestra está integrada en el software rSpace1.
Ejemplo de creación de una curva maestra para un ligante asfáltico no modificado
Los barridos de frecuencia se realizaron a diferentes temperaturas sobre un ligante asfáltico no modificado. La tabla 1 muestra las condiciones de medición.
Gama viscoelástica lineal
El Región Viscoelástica Lineal (LVER)In the LVER, applied stresses are insufficient to cause structural breakdown (yielding) of the structure and hence important micro-structural properties are being measured.LVER es el intervalo de amplitud en el que la deformación y la tensión son proporcionales. En el Región Viscoelástica Lineal (LVER)In the LVER, applied stresses are insufficient to cause structural breakdown (yielding) of the structure and hence important micro-structural properties are being measured.LVER, las tensiones (o deformaciones) aplicadas son insuficientes para provocar una rotura estructural y, por tanto, se están midiendo las propiedades microestructurales.
Cuadro 1: Condiciones de medición
| Dispositivo | Kinexus DSR-III | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Geometría | Placa, diámetro: 8 mm | Placa, diámetro: 25 mm | ||||
| Separación | 2 mm | 1 mm | ||||
| Temperatura | 5°C | 15°C | 25°C | 35°C | 45°C | 65°C |
| Amplitud de cizalladura | Determinada en el LVER | |||||
| Frecuencia | 0.01 a 402 Hz | |||||
1 El software Kinexus Prime DSR incluye rutinas de medición y de evaluación
2 Limitado por la inercia del aparato
Resultados de las mediciones
La figura 1 muestra el módulo de cizallamiento elástico (G') para las diferentes temperaturas ensayadas (curvas de colores). Cuanto mayor es la temperatura, menor es el módulo de cizallamiento elástico. Esto significa que el material pierde elasticidad al aumentar la temperatura para una frecuencia fija. A 0,01 Hz, el Módulo elásticoEl módulo complejo (componente elástico), módulo de almacenamiento o G', es la parte "real" del módulo complejo global de la muestra. Este componente elástico indica la respuesta sólida, o en fase, de la muestra que se está midiendo. módulo elástico pasa de 1E-01 Pa a 65°C a casi 1E+07 Pa a 5°C, ¡lo que supone una diferencia de casi 8 décadas! Esta fuerte influencia de la temperatura explica también la variación de las propiedades del asfalto en función de las estaciones. En invierno, las carreteras pueden ser quebradizas con tendencia a agrietarse, mientras que pueden volverse pegajosas en veranos muy calurosos. Esta es la razón por la que se diseñan diferentes grados de rendimiento del ligante, con el fin de adaptarse a las diferentes condiciones según el país, el estado/región y el uso (por ejemplo, carretera nacional frente a autopista).
La curva maestra a una temperatura de referencia de 25°C (curva negra) se obtiene desplazando los puntos de los barridos de frecuencia a diferentes temperaturas (véanse los puntos de ejemplo en la figura 1). Cuanto mayor es la temperatura, más flexibles son las cadenas poliméricas y más rápida es la movilidad de las moléculas. Por tanto, el proceso de RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación, que tiene lugar a menor temperatura y menor frecuencia, es el mismo a mayor temperatura y mayor frecuencia.1
La curva maestra (curva negra) obtenida a una temperatura de referencia de 25°C se extiende de 1E-06 a 1E04 Hz, ¡lo que supone una ampliación de la gama de frecuencias de casi 7 décadas! Una frecuencia de 1E-06 Hz corresponde a más de 11 días. Semejante duración para medir un solo punto no es adecuada en la práctica. Por lo tanto, el TTS es absolutamente necesario.
La figura 2 representa la curva maestra a 25°C para los módulos de cizallamiento elástico y de pérdida. Muestra un Punto de cruceEn ensayos reológicos como un barrido de frecuencia o un barrido de tiempo/temperatura, el punto de cruce es un punto de referencia conveniente para indicar un punto de "transición" de la muestra. cruce de G' y G" a 11 Hz, lo que significa que el ligante pasa a estar dominado elásticamente para escalas de tiempo inferiores a 90 ms. El periodo de tiempo de la frecuencia de Punto de cruceEn ensayos reológicos como un barrido de frecuencia o un barrido de tiempo/temperatura, el punto de cruce es un punto de referencia conveniente para indicar un punto de "transición" de la muestra. cruce corresponde a
1 Encontrará más información sobre la dependencia del tiempo de RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación con respecto a la temperatura en nuestra nota de aplicación AN 256 (Superposición tiempo-temperatura en ligante asfáltico)
A modo de comparación, también se crearon curvas maestras para temperaturas de referencia de 5 °C (Figura 3) y 45 °C (Figura 4). Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la frecuencia de Punto de cruceEn ensayos reológicos como un barrido de frecuencia o un barrido de tiempo/temperatura, el punto de cruce es un punto de referencia conveniente para indicar un punto de "transición" de la muestra. cruce. La superposición tiempo-temperatura supone que la temperatura desplaza la escala temporal del proceso de RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación, pero no influye en el proceso en sí.
Conclusión
La Superposición Tiempo-Temperatura (TTS) es una forma sencilla de predecir el comportamiento a corto y largo plazo de su asfalto sin realizar mediciones que requieren mucho tiempo.
El software rSpace calcula y muestra la curva maestra para una temperatura definida por el usuario a partir de mediciones de barrido de frecuencia a diferentes temperaturas. Este vídeo explica cómo generar una curva maestra en rSpace: