Giriş
Bitüm bağlayıcının ömrü viskoelastik özellikleriyle yakından bağlantılıdır. Bu özellikleri belirlemenin kolay bir yolu, rotasyonel reometre ile frekans tarama ölçümleri yapmaktır. Böyle bir testin düşük frekans aralığı uzun zaman ölçeklerine karşılık gelirken, daha yüksek aralık numunenin kısa zaman ölçeklerindeki davranışı hakkında bilgi sağlar. Pratikte, çok düşük frekanslarda test yapmak genellikle çok zordur çünkü birkaç gün veya hafta gerektirir. Yine de, asfalt bağlayıcı veya bitümün uzun süreler boyunca davranışını tahmin etmek önemlidir.
Asfalt Bağlayıcıların Uzun Süreli Davranışları Nasıl Tahmin Edilir?
Cevap Zaman-Sıcaklık Süperpozisyonu veya TTS'dir. Bu prensip, sıcaklıktaki bir değişimin viskoelastik özellikler üzerinde frekanstaki veya zamandaki bir değişimle aynı etkiye sahip olduğu gerçeğine dayanır. Başka bir deyişle, aynı frekans aralığında ancak farklı sıcaklıklarda testler yaparak bir ölçümün frekans aralığını genişletebilirsiniz.
Zaman-Sıcaklık Süperpozisyonu Nasıl Kullanılır
Amaç, bir frekans taramasının sonuç eğrisini daha geniş bir frekans aralığına genişletmektir. Yöntem kolaydır:
- Farklı sıcaklıklarda frekans taramalarının ölçümü
- Kullanıcı tanımlı bir sıcaklıkta ana eğrinin oluşturulması. Bir ana eğrinin oluşturulmasını sağlayan sekans rSpace yazılımına entegre edilmiştir1.
Modifiye Edilmemiş Asfalt Bağlayıcı için Ana Eğri Oluşturma Örneği
Frekans taramaları, modifiye edilmemiş bir asfalt bağlayıcı üzerinde farklı sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Tablo 1'de ölçüm koşulları gösterilmektedir.
Doğrusal Visko-Elastik Aralığı
Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER, gerilme ve gerinimin orantılı olduğu genlik aralığıdır. Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER'de, uygulanan gerilmeler (veya gerinimler) yapısal bozulmaya neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle mikroyapısal özellikler ölçülmektedir.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Cihaz | Kinexus DSR-III | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Geometri | Plaka plakası, çap: 8 mm | Plaka plakası, çap: 25 mm | ||||
| Boşluk | 2 mm | 1 mm | ||||
| Sıcaklık | 5°C | 15°C | 25°C | 35°C | 45°C | 65°C |
| Kayma genliği | Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER içinde olduğu tespit edildi | |||||
| Frekans | 0.01 ila 402 Hz | |||||
1 Kinexus Prime DSR yazılımı hem ölçüm hem de değerlendirme rutinlerini içerir
2 Cihazın ataleti ile sınırlıdır
Ölçüm Sonuçları
Şekil 1, test edilen farklı sıcaklıklar için elastik kayma modülünü (G') göstermektedir (renkli eğriler). Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, elastik kesme modülü o kadar düşük olur. Bu, malzemenin sabit bir frekans için artan sıcaklıklarla elastikiyetini kaybettiği anlamına gelir. 0.01 Hz'de, Elastik modülKarmaşık modül (elastik bileşen), depolama modülü veya G', numunelerin genel karmaşık modülünün "gerçek" kısmıdır. Bu elastik bileşen, ölçüm yapılan numunenin katı benzeri veya faz içi tepkisini gösterir. elastik modül 65°C'de 1E-01 Pa'dan 5°C'de neredeyse 1E+07 Pa'ya yükselir, bu da yaklaşık 8 on yıllık bir farktır! Sıcaklığın bu güçlü etkisi, mevsimlere bağlı olarak asfalt özelliklerinin değişimini de açıklamaktadır. Kışın, yollar çatlama eğilimi ile kırılgan olabilirken, çok sıcak yaz aylarında yapışkan hale gelebilir. Ülkeye, eyalete/bölgeye ve kullanıma göre (örneğin köy yoluna karşı otoyol) farklı koşullara uymak için farklı bağlayıcı performans derecelerinin tasarlanmasının nedeni budur.
25°C referans sıcaklığındaki ana eğri (siyah eğri), frekans taramalarının noktalarının farklı sıcaklıklarda kaydırılmasıyla elde edilir (bkz. Şekil 1'deki örnek noktalar). Sıcaklık ne kadar yüksek olursa polimer zincirleri o kadar esnek ve moleküllerin hareketliliği o kadar hızlı olur. Bu nedenle, daha düşük sıcaklık ve daha düşük frekansta gerçekleşen gevşeme süreci, daha yüksek sıcaklık ve daha yüksek frekans için aynıdır.1
25°C referans sıcaklığında elde edilen ana eğri (siyah eğri) 1E-06'dan 1E04 Hz'e kadar uzanır, böylece frekans aralığında neredeyse 70 yıllık bir genişleme olur! 1E-06 Hz'lik bir frekans 11 günden fazla bir süreye karşılık gelmektedir. Sadece bir noktayı ölçmek için böyle bir süre pratikte uygun değildir. Bu nedenle, TTS kesinlikle gereklidir.
Şekil 2, elastik ve kayıp kayma modülleri için 25°C'deki ana eğriyi göstermektedir. G´ ve G" arasında 11 Hz'de bir geçiş olduğunu göstermektedir, bu da bağlayıcının 90 ms'den daha kısa zaman ölçeklerinde elastik olarak baskın hale geldiği anlamına gelmektedir. Geçiş frekansının periyot süresi aşağıdakilere karşılık gelir
1 Gevşeme süresinin sıcaklığa bağımlılığı hakkında daha fazla bilgi AN 256 (Asfalt Bağlayıcıda Zaman-Sıcaklık Süperpozisyonu) uygulama notumuzda açıklanmıştır
Bir karşılaştırma olarak, 5°C (Şekil 3) ve 45°C (Şekil 4) referans sıcaklıkları için de ana eğriler oluşturulmuştur. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa geçiş frekansı da o kadar yüksek olur. Zaman-sıcaklık süperpozisyonu, sıcaklığın gevşeme sürecinin zaman ölçeğini değiştirdiğini, ancak sürecin kendisi üzerinde hiçbir etkisi olmadığını varsayar.
Sonuç
Zaman-Sıcaklık Süperpozisyonu (TTS), zaman alıcı ölçümler yapmadan asfaltınızın kısa ve uzun süreli davranışını tahmin etmenin kolay bir yoludur.
RSpace yazılımı, farklı sıcaklıklardaki frekans tarama ölçümlerinden kullanıcı tanımlı bir sıcaklık için ana eğriyi hesaplar ve görüntüler. Bu video, rSpace'te bir ana eğrinin nasıl oluşturulacağını açıklamaktadır: