Bevezetés
A bitumenes kötőanyag élettartama szorosan összefügg annak viszkoelasztikus tulajdonságaival. E tulajdonságok meghatározásának egyszerű módja a frekvenciasöpréses mérések elvégzése rotációs reométerrel. Egy ilyen vizsgálat alacsony frekvenciatartománya megfelel a hosszú idejű skáláknak, míg a magasabb tartomány a minta rövid idejű skálákon való viselkedéséről nyújt információt. A gyakorlatban gyakran nagy kihívást jelent a nagyon alacsony frekvenciájú vizsgálatok elvégzése, mivel ezekhez több napra vagy hétre van szükség. Pedig fontos az aszfaltkötőanyag vagy a bitumen hosszú időszakok alatti viselkedésének előrejelzése.
Hogyan lehet előrejelezni az aszfaltkötőanyagok hosszú távú viselkedését?
A válasz az idő-hőmérséklet szuperpozíció, vagy TTS. Ez az elv azon a tényen alapul, hogy a hőmérséklet eltolódása ugyanolyan hatással van a viszkoelasztikus tulajdonságokra, mint a frekvencia vagy az idő eltolódása. Más szóval, a mérés frekvenciatartományát úgy lehet kiterjeszteni, hogy ugyanabban a frekvenciatartományban, de különböző hőmérsékleten végez vizsgálatokat.
Hogyan használjuk az idő-hőmérséklet szuperpozíciót
A cél az, hogy a frekvenciasöprés eredményül kapott görbét szélesebb frekvenciatartományra terjesszük ki. A módszer egyszerű:
- A frekvenciapásztázások mérése különböző hőmérsékleteken
- Egy mestergörbe létrehozása a felhasználó által meghatározott hőmérsékleten. A mestergörbe létrehozását lehetővé tevő szekvencia az rSpace szoftverbe1 van integrálva.
Példa a nem módosított aszfaltkötőanyag mester görbéjének létrehozására
A frekvenciaméréseket különböző hőmérsékleteken végezték el egy nem módosított aszfaltkötőanyagon. Az 1. táblázat a mérési körülményeket mutatja be.
Lineáris viszkoelasztikus tartomány
Az Lineáris viszkoelasztikus régió (LVER)Az LVER-ben az alkalmazott feszültségek nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését (engedékenységét) okozzák, ezért fontos mikroszerkezeti tulajdonságokat mérnek.LVER az az amplitúdótartomány, ahol a nyúlás és a feszültség arányos. Az Lineáris viszkoelasztikus régió (LVER)Az LVER-ben az alkalmazott feszültségek nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését (engedékenységét) okozzák, ezért fontos mikroszerkezeti tulajdonságokat mérnek.LVER-ben az alkalmazott feszültségek (vagy feszültségek) nem elegendőek ahhoz, hogy szerkezeti szétesést okozzanak, ezért a mikroszerkezeti tulajdonságokat mérik.
Táblázat: Mérési feltételek
| Készülék | Kinexus DSR-III | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Geometria | Lemezlemez, átmérő: 8 mm | Lemezlemez, átmérő: 25 mm | ||||
| Rés | 2 mm | 1 mm | ||||
| Hőmérséklet | 5°C | 15°C | 25°C | 35°C | 45°C | 65°C |
| Nyírási amplitúdó | ||||||
| Frekvencia | 0.01 és402 Hz között | |||||
1 A Kinexus Prime DSR szoftver mérési és kiértékelési rutinokat is tartalmaz
2 Az eszköz tehetetlensége által korlátozott
Mérési eredmények
Az 1. ábra a különböző vizsgált hőmérsékletekhez tartozó nyírási rugalmassági modulust (G') mutatja (színes görbék). Minél magasabb a hőmérséklet, annál alacsonyabb a rugalmas nyírási modulus. Ez azt jelenti, hogy az anyag a hőmérséklet növekedésével veszít rugalmasságából egy rögzített frekvencia esetén. 0,01 Hz-en a Rugalmassági modulusA komplex modulus (rugalmas komponens), tárolási modulus vagy G', a minták "valós" része a teljes komplex modulus. Ez a rugalmas komponens jelzi a mérendő minta szilárd, vagy fázisban lévő válaszát. rugalmassági modulus 65°C-on 1E-01 Pa-ról 5°C-on közel 1E+07 Pa-ra nő, ami közel 8 dekádnyi különbség! A hőmérsékletnek ez az erős hatása megmagyarázza az aszfalt tulajdonságainak évszakoktól függő változását is. Télen az utak ridegek lehetnek, és hajlamosak a repedésre, míg nagyon forró nyáron ragadósak lehetnek. Ez az oka annak, hogy különböző kötőanyag-teljesítményű osztályokat terveznek, hogy megfeleljenek az ország, az állam/régió és a felhasználás (pl. országút vs. autópálya) szerinti különböző körülményeknek.
A 25 °C-os referencia-hőmérsékleten mért főgörbét (fekete görbe) a különböző hőmérsékleteken végzett frekvencia-söprések pontjainak eltolásával kapjuk (lásd az 1. ábra példapontjait). Minél magasabb a hőmérséklet, annál rugalmasabbak a polimerláncok és annál gyorsabb a molekulák mozgékonysága. Ezért a RelaxációAmikor egy gumikeverékre állandó feszültséget alkalmazunk, a feszültség fenntartásához szükséges erő nem állandó, hanem idővel csökken; ezt a viselkedést nevezzük feszültségrelaxációnak. A feszültséglazulásért felelős folyamat lehet fizikai vagy kémiai, és normál körülmények között mindkettő egyszerre következik be. relaxációs folyamat, amely alacsonyabb hőmérsékleten és alacsonyabb frekvencián zajlik, magasabb hőmérsékleten és magasabb frekvencián ugyanúgy zajlik.1
A 25°C-os referencia-hőmérsékleten kapott mestergörbe (fekete görbe) 1E-06-tól 1E04 Hz-ig terjed, tehát a frekvenciatartomány közel 7 dekáddal bővül! Az 1E-06 Hz frekvencia több mint 11 napnak felel meg. Egy ilyen időtartam egyetlen pont méréséhez a gyakorlatban nem megfelelő. Ezért a TTS feltétlenül szükséges.
A 2. ábra a 25 °C-on a rugalmas és a veszteséges nyírási modulusokra vonatkozó mestergörbét mutatja. A G´ és a G" átmenetét mutatja 11 Hz-nél, ami azt jelenti, hogy a kötőanyag 90 ms-nál rövidebb időskálán rugalmasan dominálttá válik. Az átmenő frekvencia periódusideje megfelel
1 A RelaxációAmikor egy gumikeverékre állandó feszültséget alkalmazunk, a feszültség fenntartásához szükséges erő nem állandó, hanem idővel csökken; ezt a viselkedést nevezzük feszültségrelaxációnak. A feszültséglazulásért felelős folyamat lehet fizikai vagy kémiai, és normál körülmények között mindkettő egyszerre következik be. relaxációs idő hőmérsékletfüggésével kapcsolatos további információkat az AN 256 alkalmazási megjegyzésünkben talál (Time-Temperature Superposition on Asphalt Binder)
Összehasonlításképpen 5°C-os (3. ábra) és 45°C-os (4. ábra) referencia-hőmérsékletekre is elkészültek a mestergörbék. Minél magasabb a hőmérséklet, annál magasabb a keresztfrekvencia. Az idő-hőmérséklet szuperpozíció feltételezi, hogy a hőmérséklet eltolja a RelaxációAmikor egy gumikeverékre állandó feszültséget alkalmazunk, a feszültség fenntartásához szükséges erő nem állandó, hanem idővel csökken; ezt a viselkedést nevezzük feszültségrelaxációnak. A feszültséglazulásért felelős folyamat lehet fizikai vagy kémiai, és normál körülmények között mindkettő egyszerre következik be. relaxációs folyamat időskáláját, de magára a folyamatra nincs hatással.
Következtetés
Az idő-hőmérséklet szuperpozíció (TTS) egyszerű módja annak, hogy megjósolja az aszfalt rövid és hosszú távú viselkedését időigényes mérések elvégzése nélkül.
Az rSpace szoftver kiszámítja és megjeleníti a főgörbét egy felhasználó által meghatározott hőmérsékletre különböző hőmérsékleten végzett frekvencia-söprési mérésekből. Ez a videó elmagyarázza, hogyan lehet az rSpace-ben mester görbét létrehozni: