Введение
Срок службы битумного вяжущего тесно связан с его вязкоупругими характеристиками. Простой способ определить эти свойства - провести измерения частотной развертки с помощью ротационного реометра. Низкочастотный диапазон такого теста соответствует долговременным шкалам, в то время как более высокий диапазон дает информацию о поведении образца в кратковременных шкалах. На практике проведение испытаний на очень низких частотах часто оказывается весьма затруднительным, поскольку они требуют нескольких дней или недель. Тем не менее, важно предсказать поведение асфальтового вяжущего или битума в течение длительного времени.
Как спрогнозировать поведение асфальтовых вяжущих в течение длительного времени?
Ответ - временно-температурная суперпозиция, или TTS. Этот принцип основан на том, что изменение температуры оказывает такое же влияние на вязкоупругие свойства, как и изменение частоты или времени. Другими словами, вы можете расширить частотный диапазон измерений, проводя испытания в том же частотном диапазоне, но при разных температурах.
Как использовать временно-температурную суперпозицию
Задача состоит в том, чтобы расширить результирующую кривую частотной развертки на более широкий диапазон частот. Метод прост:
- Измерение частотных разверток при различных температурах
- Создание эталонной кривой при заданной пользователем температуре. Последовательность, позволяющая создать эталонную кривую, встроена в программное обеспечение rSpace1.
Пример создания основной кривой для немодифицированного асфальтового вяжущего
Частотные измерения проводились при различных температурах на немодифицированном асфальтовом вяжущем. Условия измерений приведены в таблице 1.
Линейный вязкоэластичный ряд
Линейная вязкоупругая область (LVER)В LVER приложенные напряжения недостаточны для того, чтобы вызвать структурное разрушение (текучесть) конструкции, поэтому измеряются важные микроструктурные свойства.LVER - это диапазон амплитуд, в котором деформация и напряжение пропорциональны. В области Линейная вязкоупругая область (LVER)В LVER приложенные напряжения недостаточны для того, чтобы вызвать структурное разрушение (текучесть) конструкции, поэтому измеряются важные микроструктурные свойства.LVER приложенные напряжения (или деформации) недостаточны, чтобы вызвать разрушение структуры, поэтому измеряются микроструктурные свойства.
Таблица 1: Условия измерений
| Устройство | Kinexus DSR-III | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Геометрия | Пластина-тарелка, диаметр: 8 мм | Пластина, диаметр: 25 мм | ||||
| Зазор | 2 мм | 1 мм | ||||
| Температура | 5°C | 15°C | 25°C | 35°C | 45°C | 65°C |
| Амплитуда сдвига | Определена как находящаяся в области Линейная вязкоупругая область (LVER)В LVER приложенные напряжения недостаточны для того, чтобы вызвать структурное разрушение (текучесть) конструкции, поэтому измеряются важные микроструктурные свойства.LVER | |||||
| Частота | 0.от 01 до 402 Гц | |||||
1 Программное обеспечение Kinexus Prime DSR включает в себя как измерительные, так и оценочные процедуры
2 Ограничено инерцией прибора
Результаты измерений
На рисунке 1 показан модуль упругого сдвига (G') для различных температур (цветные кривые). Чем выше температура, тем ниже модуль упругого сдвига. Это означает, что материал теряет эластичность с ростом температуры для фиксированной частоты. При частоте 0,01 Гц модуль упругости увеличивается с 1E-01 Па при 65°C до почти 1E+07 Па при 5°C, то есть разница составляет почти 8 декад! Такое сильное влияние температуры также объясняет изменение свойств асфальта в зависимости от времени года. Зимой дороги могут быть хрупкими и склонными к образованию трещин, в то время как очень жарким летом они могут стать липкими. По этой причине разрабатываются различные марки вяжущего, чтобы соответствовать различным условиям в зависимости от страны, штата/региона и использования (например, проселочная дорога против автомагистрали).
Основная кривая при контрольной температуре 25°C (черная кривая) получена путем сдвига точек частотной развертки при различных температурах (см. примеры точек на рис. 1). Чем выше температура, тем гибче полимерные цепи и тем быстрее подвижность молекул. Поэтому процесс релаксации, происходящий при более низкой температуре и низкой частоте, протекает так же, как при более высокой температуре и высокой частоте.1
Основная кривая (черная кривая), полученная при эталонной температуре 25°C, простирается от 1E-06 до 1E04 Гц, что означает расширение частотного диапазона почти на 7 декад! Частота 1E-06 Гц соответствует более чем 11 дням. Такая продолжительность для измерения только одной точки не подходит на практике. Поэтому TTS является абсолютно необходимым.
На рисунке 2 представлена кривая эталонных значений модулей упругости и сдвига потерь при 25°C. На ней видно пересечение G´ и G" на частоте 11 Гц, что означает, что связующее становится упруго доминирующим на временах короче 90 мс. Период времени частоты пересечения соответствует
1 Более подробная информация о зависимости времени релаксации от температуры приведена в нашем руководстве по применению AN 256 (Временно-температурная суперпозиция на асфальтовом вяжущем)
Для сравнения были также построены эталонные кривые для эталонных температур 5°C (рис. 3) и 45°C (рис. 4). Чем выше температура, тем выше частота кроссовера. Временно-температурная суперпозиция предполагает, что температура смещает временные рамки процесса релаксации, но не влияет на сам процесс.
Заключение
Временно-температурная суперпозиция (TTS) - это простой способ предсказать кратковременное и долговременное поведение асфальта без проведения трудоемких измерений.
Программное обеспечение rSpace рассчитывает и отображает мастер-кривую для заданной пользователем температуры на основе измерений частотной развертки при различных температурах. В этом видео объясняется, как сгенерировать мастер-кривую в rSpace: