Использование реометров TA Instruments для контроля качества дорожного покрытия

1. РЕОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АСФАЛЬТОВ С ПОМОЩЬЮ РЕОМЕТРОВ СЕРИИ AR Dr. Terri Chen TA Instruments - Waters LLC 109 Lukens Drive New Castle, DE 19720 USA August 28, 2007 Acknowledgment to Abel Gaspar-Rosas, Raoul Smith, Greg Kamykowski, Aadil Elmoumni, Russ Ulbrich

6. Эмпирический подход Пенетрация Вязкость

7. Оценка качества Растрескивание при низкой температуре Усталостное разрушение Образование колейности Удобство использования -20°C 20°C 60°C 135°C Температура полотна , °C

13. Основополагающие зависимости Модуль (G) Сдвиг (  ) Нагрузка (  )  Вязкость (  ) Скорость течения (  ) Нагрузка (  )  .

15. Геометрии при исследовании асфальтов Параллельные плоскости Кручение прямоугольного образца Для тестирования смесей Для асфальтов используют : Плоскости 25 мм Плоскости 8 мм

16. Деформация сдвига Динамическая деформация сдвига Модуль G =    = F A y 0 x(t)  V y x A z  . =   t Взкость  =   .

17. Динамическая нагрузка прилагается синусоидально Пользователь задает амплитуду нагрузки или смещения и частоту Динамический эксперимент Нагрузка ,  * Смещение ,  Угол сдвига фаз 

18. Угол сдвига фаз  Нагрузка Смещение  = 90° Идеальный эластичный отклик ( Твердое тело Гука ) Идеальный вязкий отклик ( Ньютоновская жидкость )  = 0° Нагрузка Смещение Нагрузка Смещение Сдвиг 0° <  < 90° Вязкоупругий отклик

19. Параметры вязкоупругости Модуль упругости : мера эластичности материала – свойство материала сохранять энергию. G' = ( нагрузка */ сдвиг )cos   нагрузка ’/ сдвиг G&quot; = ( нагрузка */ сдвиг )sin   нагрузка ”/ сдвиг Модуль вязкости : способность материала рассеивать энергию в виде тепла. Комплексный модуль : определяет общее сопротивление материала деформации G* = Нагрузка */ Сдвиг G* = G’ + iG” Tan  = G&quot;/G' Tan Delta: Мера демпфирующей способности материала .

22. Оценка качества асфальта RTFO – тест асфальта в виде тонкой пленки с вращением PAV – тест асфальта в сосуде высокого давления Параметр Требования Исходное связующее Вязкость при 135°C  < 3 Па*сек Динамический сдвиг G*/sin  кПа RTFO Динамический сдвиг G*/sin    кПа PAV Динамический сдвиг G*sin  кПа

23. КОНЦЕПЦИИ Концепция 1: Связующее с высокой жесткостью более устойчиво к образованию колеи . [ колея возникает в результате избыточной нагрузки ] Концепция 2: Связующее с меньшей жесткостью более устойчиво к усталостным нагрузкам [ усталостные нагрузки зависят от деформации ]

25. Развертка сдвига : отклик материала Нелинейная область G = f(  ) Область линейности G = const  G 1000.0 0.010000 0.10000 1.0000 10.000 100.00 % сдвиг 1000 1.000 10.00 100.0 G ( Па ) 100.0 0.01000 осц. напряжение ( Па ) Конец LVR или Критический сдвиг  c

26. Значение LVR Реология Молекулярная структура Качество материала вязкоупругие свойства G’,G”, tan  ,  * Линейные Измерение линейных вязкоупругих свойств позволяет связать молекулярную структуру и качество материала .

29. Ползучесть / Восстановление : Отклик вязкоупругого материала Ползучесть  0 время t 1 t 2 Обратимый сдвиг Восстановление  = 0  /  Сдвиг Скорость сдвига снижается в зоне ползучести до финального значения в устойчивом состоянии . В зоне восстановления вязкоупругая жидкость «отскакивает» , в конечном счете достигает равновесия с небольшим сдвигом относительно приложенного в начале. Reference: Mark, J., et.al., Physical Properties of Polymers ,American Chemical Society, 1984, p. 102.

30. Ползучесть / Восстановление Свойство материала, полученное в ходе эксперимента: Податливость (= 1 /модуль ) J(t)  время Зона ползучести J r (t) время Зона восстановления Податливость ползучести Податливость восстановления J e 0 Более эластичный J r (t) = {  u –  (t)} /  J(t)  (t)/ 

32. Циклический тест Ползучесть / Восстановление Модифицированный асфальт : 3200 Па (1 сек )/0 Pa(9 сек ) x 10 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 Общее время, мин 0 1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0 7000.0 8000.0 % сдвиг

36. Характеристики AR Показатель TA AR1500ex TA AR2000ex TA AR G2 Мин. Момент [ мкН·м ] 0.1 0.03 0.003 Макс. Момент [ мкН·м ] 150 200 200 Мин. Частота [ Гц ] 1.00e-06 1.00e-07 1.00e-07 Макс. Частота [ Гц ] 100 100 100 Мин. ср. угл. скорость CS [ рад / сек ] 0 0 0 Мин. ср. угл. скорость CR [ рад / сек ] 1.00e-07 1.00e-08 1.00e-09 Макс. ср. угл. скорость CS [ рад / сек ] 300 300 300 Разрешение смещения [ мкрад ] 0.04 0.04 0.025 Тип подшипника Воздушный Воздушный Магнитный Датчик нормального усилия отс. Установлен в нижней части Установлен в нижней части Мин. нормальное усилие [ Н ] отс. 0.005 0.005 Макс. нормальное усилие [ Н ] отс. 50 50

38. Статус инструмента

39. Геометрии : 25 мм или 8 мм плоскости

40. Процедура – тестирование асфальта

41. Процедура : исходное связующее – кондиционирование Эта величина будет откорректирована запросом скрипта Navigator. Несмотря на то, что уравновешивание температуры не активно , убедитесь, что установлена временная задержка Options > Experiment > Conditioning > Waiting for Temperature > Duration = 10:00.

42. Процедура : Исходное связующее – измерение

43. Процедура : ползучесть – кондиционирование Необходимо убедиться, что установлено время уравновешивания температуры Options > Experiment > Conditioning > Waiting for Temperature > Duration = 10:00. Ввести температуру измерения

44. Процедура : ползучесть с повторениями Показана процедура из 10 циклов 100 Па (1 сек )/0 Па (9 сек ), затем 10 циклов 3200 Па (1 сек )/0 Па (9 сек ).

47. Условия анализа асфальтов Амплитуды сдвига должны выбираться с учетом области вязкоупругой линейности RTFO – тест асфальта в виде тонкой пленки с вращением PAV – тест асфальта в сосуде высокого давления Тест Геометрия Частота Сдвиг * Параметр для оценки Исходное связующее плоскости 25 мм 10 рад / сек 12% G*/sin  > 1 RTFO плоскости 25 мм 10 рад / сек 10% G*/sin  > 2.2 PAV плоскости 8 мм 10 рад / сек 1% G* sin  < 5000 Стандарт Cannon плоскости 25 мм 10 рад / сек 12% нет

48. Стандартный тест с разверткой сдвига

49. Интерпретация в соответствии с ASTM D7175 Конец линейной области

50. Динамический тест с температурной программой Потеря в темп. Исходное связующее

51. Стандартная развертка по частоте

52. Реологические измерения трех образцов Три образца : Изготовлены на одной и той же основе с добавками различных модификаторов для соответствия уровню PG 64–22 Образец 1 3% модификатора A Образец 2 1% модификатор A + 2% эластомера Образец 3 6% эластомера Валидированы при 64 º C по AASHTO TP5 ( осциллирующее течение ) Подтверждены при 64 º C по NCHRP 9-10 ( повторяющиеся нагрузки ) Почему ??? Различное поведение как функция от времени ( краткие и длительные )

53. Вывод : Образец 2 показывает лучшие свойства при 64 º C Валидация уровня качества по G*/sin  |G*| / sin  (K Pa)

54. Валидация уровня качества по  (f текучесть  ,  90 ° )  Вывод : Образец 2 показывает лучшие свойства при 64 º C

55. Валидация уровня качества по Tan  G”/G’ ( фактор потерь ) Вывод : Образец 2 показывает лучшие свойства при 64 º C

56. Вывод : Образец 1 показывает лучшее поведение при 64 º C после 500 циклов ( длительное время) Проверка валидации тестом периодической ползучести

57. Вывод : Образец 2 показывает лучшее поведение ограниченное число циклов p ( кратковременный Проверка валидации тестом периодической ползучести

59. Оценка качества с помощью многократного теста ползучесть/восстановление 3200 1600 800 400 200 100 50 25 T= 64 ° C

60. Подтверждение PG при многократно повторяющейся нагрузке Два образца с одинаковым показателем качества PG Вывод : Образцы имеют различное поведение при ползучести при повышении напряжения ( в кратковременный период )

61. Эксперимент MSCR ( разрабатываемый ASTM) 100Pa 3200Pa

62. AR Data Analysis Software

63. Тестирование асфальтовой смеси

64. Геометрия кручения : Тест смеси

65. Тестируемая смесь

66. Динамический тест ползучести асфальтовой смеси Olmsted Cty PG58-28 Olmsted Cty PG58-34 Отличие только в нижнем пределе эксплуатации

67. Olmsted Cty PG58-28 Olmsted Cty PG58-34 Накопление сдвига за первые 10 циклов

68. Устройства для задания температуры в реометрах AR

70. Верхняя нагреваемая плоскость (UHP) Кольцо для монтажа Крышка нагревательного элемента Пельтье столик Верхняя геометрия Крышка опущена

71. Сухая асфальтовая система с охлаждением Vortex Используется с охладителем Vortex Температурный диапазон от -5°C до 150°C

72. Электрически нагреваемые плоскости (EHP) Верхняя геометрия Нижняя геометрия Асфальт Крышка нагревателя

74. Специальные опции реометров AR для тестирования аяфальтов - Navigator Scripts

79. Можно следовать подсказкам на экране

80. Отчет Navigator

83. GRACIAS !!!