Introduzione
La durata del legante bituminoso è strettamente legata alle sue caratteristiche viscoelastiche. Un modo semplice per determinare queste proprietà è quello di eseguire misure di frequency sweep con un reometro rotazionale. L'intervallo di bassa frequenza di tale test corrisponde a scale di tempo lunghe, mentre l'intervallo più alto fornisce informazioni sul comportamento del campione in scale di tempo brevi. In pratica, è spesso molto impegnativo eseguire prove a frequenze molto basse perché richiedono diversi giorni o settimane. Tuttavia, è importante prevedere il comportamento del legante per asfalto o del bitume per lunghi periodi.
Come prevedere il comportamento a lungo termine dei leganti per asfalto?
La risposta è la sovrapposizione tempo-temperatura, o TTS. Questo principio si basa sul fatto che una variazione di temperatura ha lo stesso impatto sulle proprietà viscoelastiche di una variazione di frequenza o di tempo. In altre parole, è possibile ampliare l'intervallo di frequenza di una misurazione eseguendo test nello stesso intervallo di frequenza, ma a temperature diverse.
Come utilizzare la sovrapposizione tempo-temperatura
L'obiettivo è quello di espandere la curva risultante da uno sweep di frequenza a una gamma di frequenze più ampia. Il metodo è semplice:
- Misurazione di sweep di frequenza a diverse temperature.
- Creazione di una curva master a una temperatura definita dall'utente. La sequenza che consente la creazione di una curva master è integrata nel software rSpace1.
Esempio di creazione di una curva master per un legante per asfalto non modificato
Gli sweep di frequenza sono stati eseguiti a diverse temperature su un legante per asfalto non modificato. La Tabella 1 illustra le condizioni di misura.
Gamma visco-elastica lineare
Il Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER è l'intervallo di ampiezza in cui la deformazione e la sollecitazione sono proporzionali. Nel Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER, le sollecitazioni (o le deformazioni) applicate non sono sufficienti a causare una rottura strutturale e quindi si misurano le proprietà microstrutturali.
Tabella 1: Condizioni di misura
| Dispositivo | Kinexus DSR-III | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Geometria | Piastra, diametro: 8 mm | Piastra, diametro: 25 mm | ||||
| Spazio | 2 mm | 1 mm | ||||
| Temperatura di esercizio | 5°C | 15°C | 25°C | 35°C | 45°C | 65°C |
| Ampiezza del taglio | ||||||
| Frequenza | 0.da 01 a 402 Hz | |||||
1 Il software Kinexus Prime DSR comprende sia le routine di misura che quelle di valutazione
2 Limitato dall'inerzia del dispositivo
Risultati della misurazione
La Figura 1 mostra il modulo di taglio elastico (G') per le diverse temperature testate (curve colorate). Più alta è la temperatura, più basso è il modulo di taglio elastico. Ciò significa che il materiale perde elasticità all'aumentare della temperatura per una frequenza fissa. A 0,01 Hz, il Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico passa da 1E-01 Pa a 65°C a quasi 1E+07 Pa a 5°C, con una differenza di quasi 8 decadi! Questa forte influenza della temperatura spiega anche la variazione delle proprietà dell'asfalto a seconda delle stagioni. In inverno, le strade possono essere fragili e tendenti alla fessurazione, mentre possono diventare appiccicose nelle estati molto calde. Questo è il motivo per cui vengono progettati diversi gradi di prestazione del legante, per adattarsi a condizioni diverse a seconda del paese, dello stato/regione e dell'uso (ad esempio, strada statale o autostrada).
La curva master a una temperatura di riferimento di 25°C (curva nera) è ottenuta spostando i punti degli sweep di frequenza a temperature diverse (vedere i punti di esempio nella Figura 1). Più alta è la temperatura, più flessibili sono le catene polimeriche e più veloce è la mobilità delle molecole. Pertanto, il processo di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento, che avviene a temperature più basse e frequenze più basse, è lo stesso per temperature più alte e frequenze più alte.1
La curva master (curva nera) ottenuta a una temperatura di riferimento di 25°C si estende da 1E-06 a 1E04 Hz, con un'espansione dell'intervallo di frequenza di quasi 7 decadi! Una frequenza di 1E-06 Hz corrisponde a più di 11 giorni. Una tale durata per misurare un solo punto non è appropriata nella pratica. Pertanto, la TTS è assolutamente necessaria.
La Figura 2 illustra la curva master a 25°C per i moduli di taglio elastico e di perdita. Mostra un crossover tra G´ e G" a 11 Hz, il che significa che il legante diventa elasticamente dominante per tempi inferiori a 90 ms. Il periodo di tempo della frequenza di crossover corrisponde a
1 Ulteriori informazioni sulla dipendenza del tempo di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento dalla temperatura sono riportate nella nostra nota applicativa AN 256 (Superposizione tempo-temperatura sul legante per asfalto)
A titolo di confronto, sono state create anche curve master per temperature di riferimento di 5°C (Figura 3) e 45°C (Figura 4). Più alta è la temperatura, più alta è la frequenza di crossover. La sovrapposizione tempo-temperatura presuppone che la temperatura sposti la scala temporale del processo di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento, ma non abbia alcuna influenza sul processo stesso.
Conclusione
La sovrapposizione tempo-temperatura (TTS) è un modo semplice per prevedere il comportamento a breve e a lungo termine dell'asfalto senza dover eseguire misure che richiedono molto tempo.
Il software rSpace calcola e visualizza la curva master per una temperatura definita dall'utente a partire da misure di sweep di frequenza a diverse temperature. Questo video spiega come generare una curva master in rSpace: