Introdução
A vida útil do aglutinante de betume está intimamente ligada às suas características viscoelásticas. Uma maneira fácil de determinar essas propriedades é realizar medições de varredura de frequência com um reômetro rotacional. A faixa de baixa frequência desse tipo de teste corresponde a escalas de tempo longo, enquanto a faixa mais alta fornece informações sobre o comportamento da amostra em escalas de tempo curto. Na prática, geralmente é muito desafiador realizar testes em frequências muito baixas, pois eles exigem vários dias ou semanas. No entanto, é importante prever o comportamento do ligante asfáltico ou do betume durante longos períodos.
Como prever o comportamento de longo prazo dos ligantes asfálticos?
A resposta é Superposição de Tempo-Temperatura, ou TTS. Esse princípio baseia-se no fato de que uma mudança na temperatura tem o mesmo impacto sobre as propriedades viscoelásticas que uma mudança na frequência ou no tempo. Em outras palavras, é possível expandir a faixa de frequência de uma medição realizando testes na mesma faixa de frequência, mas em temperaturas diferentes.
Como usar a superposição de tempo e temperatura
O objetivo é expandir a curva resultante de uma varredura de frequência para uma faixa de frequência mais ampla. O método é fácil:
- Medição de varreduras de frequência em diferentes temperaturas
- Criação de uma curva principal em uma temperatura definida pelo usuário. A sequência que permite a criação de uma curva principal está integrada ao software rSpace1 .
Exemplo de criação de uma curva mestre para um ligante asfáltico não modificado
As varreduras de frequência foram realizadas em diferentes temperaturas em um aglutinante de asfalto não modificado. A Tabela 1 descreve as condições de medição.
Faixa visco-elástica linear
O Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER é a faixa de amplitude em que a deformação e a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão são proporcionais. No Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER, as tensões (ou deformações) aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural e, portanto, as propriedades microestruturais estão sendo medidas.
Tabela 1: Condições de medição
| Dispositivo | Kinexus DSR-III | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Geometria | Placa, diâmetro: 8 mm | Placa, diâmetro: 25 mm | ||||
| Folga | 2 mm | 1 mm | ||||
| Temperatura: 5°C | 5°C | 15°C | 25°C | 35°C | 45°C | 65°C |
| Amplitude de cisalhamento | Determinada como estando no Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER | |||||
| Frequência | 0.01 a 402 Hz | |||||
1 O software Kinexus Prime DSR inclui rotinas de medição e avaliação
2 Limitado pela inércia do dispositivo
Resultados da medição
A Figura 1 exibe o módulo de cisalhamento elástico (G') para as diferentes temperaturas testadas (curvas coloridas). Quanto mais alta a temperatura, menor o módulo de cisalhamento elástico. Isso significa que o material perde elasticidade com o aumento da temperatura para uma frequência fixa. A 0,01 Hz, o Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo de elasticidade aumenta de 1E-01 Pa a 65°C para quase 1E+07 Pa a 5°C, o que representa uma diferença de quase 8 décadas! Essa forte influência da temperatura também explica a variação das propriedades do asfalto de acordo com as estações do ano. No inverno, as estradas podem ser frágeis, com tendência a rachar, enquanto podem ficar pegajosas em verões muito quentes. Essa é a razão pela qual diferentes graus de desempenho do ligante são projetados para atender a diferentes condições de acordo com o país, o estado/região e o uso (por exemplo, estrada rural versus rodovia).
A curva principal em uma temperatura de referência de 25 °C (curva preta) é obtida pelo deslocamento dos pontos das varreduras de frequência em diferentes temperaturas (veja os pontos de exemplo na Figura 1). Quanto mais alta a temperatura, mais flexíveis são as cadeias de polímeros e mais rápida é a mobilidade das moléculas. Portanto, o processo de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento, que ocorre em temperatura mais baixa e frequência mais baixa, é o mesmo para temperatura mais alta e frequência mais alta.1
A curva principal (curva preta) obtida em uma temperatura de referência de 25 °C se estende de 1E-06 a 1E04 Hz, portanto, uma expansão da faixa de frequência de quase 7 décadas! Uma frequência de 1E-06 Hz corresponde a mais de 11 dias. Essa duração para medir apenas um ponto não é adequada na prática. Portanto, o TTS é absolutamente necessário.
A Figura 2 mostra a curva principal a 25 °C para os módulos de cisalhamento elástico e de perda. Ela mostra um cruzamento de G' e G" a 11 Hz, o que significa que o aglutinante se torna elasticamente dominado em escalas de tempo menores que 90 ms. O período de tempo da frequência de cruzamento corresponde a
1 Mais informações sobre a dependência do tempo de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento em relação à temperatura são explicadas em nossa nota de aplicação AN 256 (Time-Temperature Superposition on Asphalt Binder)
Como comparação, as curvas mestras também foram criadas para temperaturas de referência de 5°C (Figura 3) e 45°C (Figura 4). Quanto maior a temperatura, maior a frequência de cruzamento. A superposição tempo-temperatura pressupõe que a temperatura altera a escala de tempo do processo de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento, mas não tem influência sobre o processo em si.
Conclusão
A Superposição de Tempo-Temperatura (TTS) é uma maneira fácil de prever o comportamento de curto e longo prazo de seu asfalto sem realizar medições demoradas.
O software rSpace calcula e exibe a curva principal para uma temperatura definida pelo usuário a partir de medições de varredura de frequência em diferentes temperaturas. Este vídeo explica como gerar uma curva mestre no rSpace: