GRADBENI VESTNIK Poštnina plačana pri pošti 1102 Ljubljana Gradbeni vestnik GLASILO ZVEZE DRUŠTEV GRADBENIH INŽENIRJEV IN TEHNIKOV SLOVENIJE in MATIČNE SEKCIJE GRADBENIH INŽENIRJEV INŽENIRSKE ZBORNICE SLOVENIJE UDK-UDC 05 : 625; tiskana izdaja ISSN 0017-2774; spletna izdaja ISSN 2536-4332. Ljubljana, april 2019, letnik 68, str. 89-108 Izdajatelj: Zveza društev gradbenih inženirjev in tehnikov Slovenije (ZDGITS), Karlovška cesta 3, 1000 Ljubljana, telefon 01 52 40 200; faks 01 52 40 199 v sodelovanju z Matično sekcijo gradbenih inženirjev Inženirske zbornice Slovenije (MSG IZS), ob podpori Javne agencije za raziskovalno dejavnost RS, Fakultete za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani, Fakultete za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo Univerze v Mariboru in Zavoda za gradbeništvo Slovenije Izdajateljski svet: ZDGITS: mag. Andrej Kerin, predsednik Dušan Jukič prof. dr. Matjaž Mikoš IZS MSG: Gorazd Humar Ana Brunčič dr. Branko Zadnik UL FGG: izr. prof. dr. Sebastjan Bratina UM FGPA: doc. dr. Milan Kuhta Glavni in odgovorni urednik: prof. dr. Janez Duhovnik Lektor: Jan Grabnar Lektorica angleških povzetkov: Romana Hudin Tajnica: Eva Okorn Oblikovalska zasnova: Mateja Goršič Tehnično urejanje, prelom in tisk: Kočevski tisk Naklada: 500 tiskanih izvodov 3000 naročnikov elektronske verzije Podatki o objavah v reviji so navedeni v bibliografskih bazah COBISS in ICONDA (The Int. Construction Database) ter na http://www.zveza-dgits.si. Letno izide 12 številk. Letna naročnina za individualne naročnike znaša 23,16 EUR; za študente in upokojence 9,27 EUR; za družbe, ustanove in samostojne podjetnike 171,36 EUR za en izvod revije; za naročnike iz tujine 80,00 EUR. V ceni je vštet DDV. Poslovni račun ZDGITS pri NLB Ljubljana: SI56 0201 7001 5398 955 Navodila avtorjem za pripravo člankov in drugih prispevkov Uredništvo sprejema v objavo znanstvene in strokovne članke s področja gradbeništva in druge prispevke, pomembne in zanimive za gradbeno stroko. Znanstvene in strokovne članke pred objavo pregleda najmanj en anonimen recenzent, ki ga določi glavni in odgovorni urednik. Članki (razen angleških povzetkov) in prispevki morajo biti napisani v slovenščini. Besedilo mora biti zapisano z znaki velikosti 12 točk in z dvojnim presledkom med vrsticami. 6, Prispevki morajo vsebovati naslov, imena in priimke avtorjev z nazivi in naslovi ter besedilo. Clanki morajo obvezno vsebovati: naslov članka v slovenščini (velike crke); naslov članka v angleščini (velike črke); znanstveni naziv, imena in priimke avtorjev, strokovni naziv, navadni in elektronski naslov; oznako, ali je članek strokoven ali znanstven; naslov POVZETEK in povzetek v slovenščini; ključne besede v slovenščini; naslov SUMMARY in povzetek v angleščini; ključne besede (key words) v angleščini; naslov UVOD in besedilo uvoda; naslov naslednjega poglavja (velike črke) in besedilo poglavja; naslov razdelka in besedilo razdelka (neobvezno); ... naslov SKLEP in besedilo sklepa; naslov ZAHVALA in besedilo zahvale (neobvezno); naslov LITERATURA in seznam literature; naslov DODATEK in besedilo dodatka (neobvezno). Če je dodatkov več, so ti označeni še z A, B, C itn. 7. Poglavja in razdelki so lahko oštevilčeni. Poglavja se oštevilčijo brez končnih pik. Denimo: 1 UVOD; 2 GRADNJA AVTOCESTNEGA ODSEKA; 2.1 Avtocestni odsek ... 3 ...; 3.1 ... itd. 8. Slike (risbe in fotografije s primerno ločljivostjo) in preglednice morajo biti razporejene in omenjene po vrstnem redu v besedilu prispevka, oštevilčene in opremljene s podnapisi, ki pojasnjujejo njihovo vsebino. 9. Enačbe morajo biti na desnem robu označene z zaporedno številko v okroglem oklepaju. 10. Kot decimalno ločilo je treba uporabljati vejico. 11. Uporabljena in citirana dela morajo biti navedena med besedilom prispevka z oznako v obliki oglatih oklepajev: [priimek prvega avtorja ali kratica ustanove, leto objave]. V istem letu objavljena dela istega avtorja ali ustanove morajo biti označena še z oznakami a, b, c itn. 12. V poglavju LITERATURA so uporabljena in citirana dela razvrščena po abecednem redu priimkov prvih avtorjev ali kraticah ustanov in opisana z naslednjimi podatki: priimek ali kratica ustanove, začetnica imena prvega avtorja ali naziv ustanove, priimki in začetnice imen drugih avtorjev, naslov dela, način objave, leto objave. 13. Način objave je opisan s podatki: knjige: založba; revije: ime revije, založba, letnik, številka, strani od do; zborniki: naziv sestanka, organizator, kraj in datum sestanka, strani od do; raziskovalna poročila: vrsta poročila, naročnik, oznaka pogodbe; za druge vrste virov: kratek opis, npr. v zasebnem pogovoru. 14. Prispevke je treba poslati v elektronski obliki v formatu MS WORD glavnemu in odgovornemu uredniku na e-naslov: janez.duhovnik@fgg.uni-lj.si. V sporočilu mora avtor napisati, kakšna je po njegovem mnenju vsebina članka (pretežno znanstvena, pretežno strokovna) oziroma za katero rubriko je po njegovem mnenju prispevek primeren. Uredništvo 102 Gradbeni vestnik • letnik 68 • marec 2019 Vsebina • Contents Članki* Papers stran 90 dr. Lidija Ržek, univ. dipl. inž. grad REOLOŠKO OVREDNOTENJE ALTERNATIVNEGA POMLAJEVALCA, PRIDOBLJENEGA IZ ODPADNIH SNOVI RHEOLOGICAL CHARACTERIZATION OF ALTERNATIVE REJUVENATOR PRODUCED FROM WASTE MATERIALS stran 98 prof. dr. Andreja Istenič Starčič, univ. dipl. ped. in soc. prof. dr. Matjaž Mikoš, univ. dipl. inž. grad. DELOVNI MENTORJI ŠTUDENTOM UL FGG: POVEZOVALNI ČLEN MED AKADEMSKIM IN DELOVNIM OKOLJEM WORKING MENTORS FOR UL FGG STUDENTS: A LINK BETWEEN ACADEMIC AND WORK ENVIRONMENT Vabilo ZDGITS stran 106 REDNA SKUPŠČINA ZDGITS Poročila s strokovnih srečanj stran 106 doc. dr. Primož Može, univ. dipl. inž. grad. doc. dr. Jože Lopatič, univ. dipl. inž. grad. 40. ZBOROVANJE SDGK Pismo bralca stran 108 Simon Meglič GRADBENI ODPADKI PRI RUŠENJU FKKT UL Novi diplomanti Eva Okorn Koledar prireditev Eva Okorn Slika na naslovnici: Varovalna konstrukcija zidov Cukrarne v Ljubljani, foto Tomaž Strmole 89 Gradbeni vestnik • letnik 68 • marec 2019 dr. Lidija Ržek • REOLOŠKO OVREDNOTENJE ALTERNATIVNEGA POMLAJEVALCA, PRIDOBLJENEGA IZ ODPADNIH SNOVI REOLOŠKO OVREDNOTENJE ALTERNATIVNEGA POMLAJEVALCA, PRIDOBLJENEGA IZ ODPADNIH SNOVI RHEOLOGICAL CHARACTERIZATION OF ALTERNATIVE REJUVENATOR PRODUCED FROM WASTE MATERIALS dr. Lidija Ržek, univ. dipl. inž. grad Znanstveni članek lidija.rzek@zag.si UDK 6201:622.337 ZAG, Dimičeva 12, 1000 Ljubljana Povzetek l Zaradi sodobnega načina življenja je nastanek odpadkov neizogiben. Vse večja okoljska ozaveščenost, predvsem pa tržna naravnanost in ekonomičnost nas spodbujajo, da odpadke obravnavamo kot vir za nadaljnjo oz. ponovno uporabo. V raziskavi smo izdelali alternativni pomlajevalec iz odpadnih gum in pokazali, da lahko povrne prvotne lastnosti laboratorijsko postaranemu bitumnu. S postopkom pirolize smo izdelali več različnih produktov tako, da smo spreminjali čas trajanja in temperaturo pirolize. Med novo razvitimi produkti smo izbrali najprimernejšega za namen alternativnega pomlajevalca in preverjali njegov vpliv v različnih koncentracijah (3 %, 5 %, 10 % in 20 % glede na maso bitumna) na lastnosti svežega in laboratorijsko staranega bitumna. S pomočjo standardnih mehanskih raziskav, reoloških raziskav in reološkega modeliranja smo dokazali, da alternativni pomlajevalec izboljša lastnosti staranega bitumna. Ključne besede: pomlajevalec, piroliza, asfaltni granulat, reologija, viskoelastične lastnosti Summary l Modern way of life is the main factor for the occurrence of waste. Environmental awareness, and above all market orientation and cost-effectiveness of today's society, encourage us to treat waste as a source for new materials or to reuse waste material. In this study, we developed an alternative rejuvenator from waste tires and proved that it can revive the properties of a laboratory aged bitumen. By means of the pyrolysis process, several different products were produced, which were formed by changing the duration and the pyrolysis temperature. Among the newly developed products, we selected the most suitable for the purpose of an alternative rejuvenator. Its influence in various concentrations (3%, 5%, 10% and 20% by the bitumen mass) on the properties of fresh and laboratory aged bitumen was investigated. By using standard mechanical tests, rheological tests and rheological modelling, we have demonstrated that the alternative rejuvenator improves the properties of aged bitumen. Key words: rejuvenator, pyrolysis, reclaimed asphalt, rheology, viscoelastic properties 1*UVOD Asfalt je material, ki je že dolgo v uporabi in se je v zgodovini spreminjal, razvijal in izboljševal. Najzgodnejša uporaba materiala, podobnega asfaltu, je bila že v šestem tisočlet- ju pred našim štetjem na območju med Egiptom in Indijo [Henigman, 2011]. Širša raba ponovno pridobljenega asfalta se je začela šele v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je nastopila naftna kriza. Trenutno se asfaltni granulat največkrat uporabi za ponovno vgraditev v asfaltne voziščne konstrukcije. Ker proces odstranjevanja asfalta vpliva na njegovo homogenost, moramo pri odstranjevanju asfalta paziti, da pred nadaljnjo uporabo odstranimo vključke, kot so zemljina, oznake na cesti, in druge podobne materiale. 90 Asfalt je kompozitni material, saj je sestavljen iz treh osnovnih komponent: kamnitega agregata, veziva in zraka. Čeprav je delež bitumna, ki se najpogosteje uporablja za vezivo, v asfaltni mešanici majhen, ima veliko vlogo pri obnašanju asfalta. Bitumen je težko hlapljiva zmes različnih organskih substanc, ki nastane pri predelavi ustreznega zemeljskega olja. Kemijska sestava bitumna je zelo raznolika, saj ga sestavlja več kot dvajset tisoč različnih organskih spojin, večinoma ogljikovodikov. Trenutno so ce-stogradbeni bitumni razvrščeni v posamezne tipe zgolj na podlagi fizikalnih lastnosti, med katerimi sta za razvrščanje najpomembnejši vrednosti penetracije [SIST, 2007a] in zmeh-čišča [SIST, 2007b]. Ker se je bitumen v asfaltu med proizvodnjo in uporabo postaral, so se njegove lastnosti poslabšale. Staranje bitumna se začne že med proizvodnjo samo, transportom in vgradnjo asfalta (t. i. kratkotrajno staranje) ter se nadaljuje med uporabo asfalta (t. i. dolgotrajno staranje). Staranje lahko razdelimo na dva glavna mehanizma: povratno in nepovratno. Pomembnejše je nepovratno staranje, pri katerem se spremenijo kemijske lastnosti veziva. Med te procese štejemo: oksidacijo, izgubo hlapljivih komponent in izcejanje olja. O povratnem mehanizmu govorimo pri fizikalnem otrdevanju. Na procese staranja vpliva več dejavnikov: temperatura, UV-sevanje, izpostavljenost kisiku, izhlapevanje, izcejanje olj, vpliv vode, polimerizacija ... Zaradi staranja postane bitumen bolj trd in krhek, njegova viskoznost se poveča, poslabšata se adhezija in kohezija, kar vodi do površinskega izletavanja agregatnih zrn in nastanka razpok. Zaradi spreminjanja komponent se obnašanje postaranega bitumna razlikuje od obnašanja svežega bitumna. Da bi postarani bitumen ponovno zadostil tehničnim zahtevam, je treba pri vgradnji ponovno pridobljenega asfalta uporabiti posebne dodatke, t. i. pomlajevalce, ki bitumnu v asfaltnem granu-latu povrnejo prvotne lastnosti. Naloga pomlajevalca je, da obnovi lastnosti postaranega bitumna. V osnovi je njihovo delovanje tako, da vrnejo kemijsko sestavo 2*REOLOGIJA Vpliv pomlajevalca smo poleg klasičnih mehanskih testov ovrednotili s pomočjo reoloških preiskav [Avsenik, 2016]. Reologija je interdisciplinarna veda, ki določi obnašanje tekočin med tečenjem ali deformacijsko obnašanje trdnih snovi. To sta skrajni meji obravnavanih materialov. Med obema skrajnima mejama snovi je področje realnih snovi, ki jih opisujemo z obema komponentama dinamičnih modulov (viskoznega in elastičnega) v različnih deležih. Realne snovi imenujemo viskoe- lastične snovi in mednje spada bitumen. Zaradi enoličnosti določanja merjenih količin opravljamo reološke meritve znotraj linearnega viskoelastičnega odziva (LVO). LVO zagotavlja, da so reološke lastnosti neodvisne od amplitude strižne deformacije, struktura vzorca pa ostane nespremenjena. Tako lahko opredelimo viskozni in elastični prispevek k viskoelastičnemu odzivu. Deformacije, ki določajo meje LVO, so pri nižjih temperaturah nižje in višje pri višjih temperaturah. Meritve v 3'MATERIALI IN METODE 3.1 Materiali 3.1.1 Alternativni pomlajevalec Pirolitski produkti [Ržek, 2018] so bili v naših raziskavah pridobljeni s postopkom počasne pirolize. Proces pirolize smo spreminjali tako, da smo spreminjali čas trajanja (od 10 min. do 150 min.) in temperaturo pirolize (od 280 °C do 500 °C). Dobljene pirolitske produkte smo modificirali z različnimi olji in z drobljeno gumo. Končni pirolitski produkti so bili podobni bitumnu. Na podlagi rezultatov standardnih mehanskih testov smo izbrali pirolitski produkt, ki smo ga uporabili kot alternativni pomlajevalec (PP). 3.1.2 Referenčni bitumen Za referenčni oz. kontrolni bitumen smo uporabili bitumen B50/70 madžarskega proizvajalca MOL. Ker nas je zanimalo delovanje pomlajevalca, smo raziskave opravili na laboratorijsko staranem bitumnu. Pri dodajanju as- postaranega bitumna v prvotno stanje. Zmehčati morajo togost oksidiranega bitumna, znižati njihovo viskoznost in obnoviti razmerje med prvotnimi komponentami bitumna [Romera, 2006]. Nižje temperature pri vgrajevanju omogočajo, da se povečajo razdalje transportiranja in čas vgradnje. Poleg tega da pomlajevalec omogoča ponovno vgradnjo starega bitumna, hkrati optimizira tudi kemične lastnosti glede trajnosti. V raziskavi za pomlajevalec nismo uporabili komercialnih pomlajevalcev, temveč smo izdelali t. i. alternativni pomlajevalec [Ržek, 2018]. To je pomlajevalec, pridobljen iz odpadnih gum, predelanih s postopkom pirolize in z dodanimi olji iz pirolize. Piroliza je proces termičnega razkroja organskega materiala pri močno povišanih temperaturah brez prisotnosti kisika. V preteklosti so pirolitske produkte iz odpadnih gum že uporabili za modifikacijo bitumna ([Chaala, 1999], [Yousefi, 2000]), vendar pa so bili ti produkti uporabljeni kot dodatki za zmanjševanje temperaturne občutljivosti bitumna. Do sedaj se pirolitski produkt iz odpadnih gum še ni uporabljal kot pomla-jevalec. splošnem opravljamo z uporabo dveh merilnih tehnik [Zupančič Valant, 2007]: - dinamični testi - oscilatorni testi, - statični testi - testi lezenja in obnove. Celoten odpor snovi na deformacijo je določen s kompleksnim modulom G*. Njegovo vrednost izračunamo kot razmerje amplitud strižne napetosti,ra, in strižne deformacije, ya: |G'|=J (1) Dinamični količini, ki predstavljata viskozni in elastični prispevek, sta G, modul akumulacije energije, in G", modul energetskih izgub. Njuno razmerje opisuje fazni zamik, S. faltnega granulata v novo asfaltno mešanico moramo hkrati dodati svež bitumen, zato smo raziskave opravili tudi na svežem bitumnu. Za simuliranje staranja v laboratoriju je na voljo več metod. Za ponazoritev kratkotrajnega staranja smo v našem delu uporabili metodo RTFOT (angl. Rolling Thin Film Oven Test) [SIST, 2007 c], kjer je bitumen krajši čas izpostavljen povišani temperaturi, ki je v območju delovnih temperatur bitumna. Za ponazoritev dolgotrajnega staranja smo uporabili metodo PAV (angl. Pressure Ageing Vessel) [SIST, 2012], pri kateri je bitumen daljši čas izpostavljen povišanemu tlaku in povišani temperaturi, ki pa je nižja kot pri RTFOT-testu. 91 V laboratoriju smo pripravili mešanice bitumna in pomlajevalca v različnih koncentracijah: 3 %, 5 %, 10 % in 20 % mase pomlajevalca glede na referenčni bitumen. Vzorci in njihovo poimenovanje so zapisani v preglednici 1. Priprava vzorca se je začela s procesom mešanja. Najprej smo obe komponenti segreli na 130 °C za 60 minut, čemur je sledilo vlivanje zahtevanih količin nestaranega in laboratorijsko staranega (RTFOT + PAV) bitumna in pomlajevalca v manjšo posodo. Dobljeno zmes smo ročno mešali pet minut, da smo dobili enakomerno porazdeljeno in homoge-nizirano mešanico. Pripravljene mešanice smo nato hranili pri -18 °C do njihove uporabe. 3.2 Mehanski testi Metoda penetracije določa trdoto bitumna in je opisana v standardu SIST EN 1426 [SIST, 2007a]. Trdota bitumna je izražena kot globina, ki jo doseže standardizirana igla pri navpični penetraciji in pri temperaturi 7=25 °C. Rezultat meritve penetracije uvršča bitumne v različne razrede. Zmehčišče je določeno po metodi prstana in kroglice, opisanega v standardu SIST EN 1427 [SIST, 2007b]. Zmehčišče je temperatura, pri kateri se konsistenca bitumna spremeni iz trdne v tekočo. Pretrgališče po Fraassu opisuje krhko obnašanje bitumna v nizkotemperaturnem območju. Po standardni metodi, ki je opisana v SIST EN 12593 [SIST, 2007d], je pretr-gališče določeno kot temperatura, pri kateri plast bitumna, ki je nanesena na kovinsko ploščico in je izpostavljena izmeničnemu upogibanju in relaksiranju, pri stalnem ohlajevanju poči. 3.3 Reološke meritve 3.3.1 Dinamični testi - oscilatorni testi Dinamične reološke meritve, DSR, smo opravljali na strižnem reometru Physica MCR 301, Anton Paar. DSR meri viskoelastične lastnosti bitumna pri različnih temperaturah, frekvencah, strižnih silah in deformacijah. 3.3.1.1 Testi pri konstantni frekvenci oscilacije Da zagotovimo ponovljivost meritev, smo najprej določili meje območja LVO. To storimo tako, da opravljamo teste pri konstantni frekvenci oscilacije, pri tem pa smo zvezno povečevali amplitudo strižne deformacije. Ko se je struktura materiala porušila, tj. prehod zunaj LVO, so se merjene reološke lastnosti začele spreminjati. Meja območja LVO je določena kot deformacija, pri kateri vrednost kompleksnega strižnega modula G* pade na 95 % njegove začetne vrednosti (slika 1). 3.3.1.2 Testi pri konstantni amplitudi oscilacije S pomočjo testov pri konstantni amplitudi oscilacije smo frekvenco oscilacije zvezno zmanjševali v območju konstantne amplitude strižne deformacije, ki je zagotavljala linearen odziv, ylim. Rezultat je frekvenčna odvisnost dinamičnih količin, ki jo imenujemo tudi mehanski spekter. Posamezna področja mehanskega spektra odziva viskoelastične tekočine v zelo širokem frekvenčnem območju so prikazana na sliki 2. 3.3.2 Časovno-temperaturna superpozicija (TTSP) Zaradi viskoelastičnih lastnosti bitumna je pri njihovi obravnavi pomembna dolgoročna napoved obnašanja materiala. To lahko merimo Oznaka Delež referenčnega bitumna [%] Delež pomlajevalca [%] B50/70 100 0 B50/70_3% 97 3 Nestarani bitumen B50/70_5% 95 5 B50/70_10% 90 10 B50/70_20% 80 20 B50/70_50% 50 50 B_PAV 100 0 Starani bitumen (RTFOT + PAV) B_PAV_3% 97 3 B_PAV_5% 95 5 B_PAV_10% 90 10 B_PAV_20% 80 20 Pomlajevalec PP 0 100 Preglednica !• Poimenovanje vzorcev bitumna. Slika Način določanja meje območja LVO s pomočjo testov pri konstantni frekvenci oscilacije [Peterson, 1994). Slika 2^ Frekvenčna odvisnost G' in G' viskoelastične snovi v zelo širokem frekvenčnem območju [Zupančič Valant, 2007). 92 na dva načina: (i) direktno merimo odziv pri konstantni temperaturi in zelo dolgem času, vendar je to časovno in ekonomsko potratno. Drugi (ii) način izkoristi načela časovno-tem-peraturne superpozicije, TTSP. To pomeni, da so odzivi bitumna merjeni v kratkem časovnem območju pri določeni temperaturi. Meritve nato ponovimo pri več različnih temperaturah in sestavimo odziv. Sestavljeni odziv je enakovreden odzivu, kot ga določimo po načinu (i). TTSP pomeni, da se viskoelastična snov pri nizkih temperaturah obnaša enako kot pri velikih frekvencah (kratki časi obremenjevanja), pri visokih temperaturah pa se snov obnaša, kot bi se pri nizkih frekvencah (dolg čas obremenjevanja). Primernost uporabe načela TTSP preverimo s t. i. »black diagramom« oz. Van Gurp-Palmenovim diagramom (slika 5), ki prikazuje odvisnost kompleksnega strižnega modula G* od faznega zamika S, s čimer izločimo vpliv frekvence. Če je stopnja prekrivanja dobra in je krivulja gladka, je to dober znak za uporabo načela TTSP. Ta diagram je samo prva indikacija o primernosti uporabe TTSP, za dejansko uporabo pa mora biti izpolnjenih več kriterijev. Eden izmed njih je vsekakor dobro prekrivanje merjenih točk v nastalem mehanskem spektru. Drugi kriterij pravi, da morajo enaki faktorji zamika veljati za vse reološke količine, za katere želimo narediti mehanske spektre, npr. G*, G, G', S ..., poleg tega pa morajo faktorji zamika slediti uveljavljenim enačbam, ki opisujejo odvis- logar = -Ci(r-r„) (2) C2+(T-TQy kjer je T0 referenčna temperatura, T je temperatura, pri kateri so izmerjene reološke količine, C, in C2 sta konstanti, odvisni od vrste preiskovane snovi in referenčne temperature. C, poda informacije o volumnu pri temperaturi faznega prehoda (T) medtem ko C2 vsebuje informacije o koeficientu toplotnega raztezka in Tg [Gabbott, 2008]. Faktor zamika aT predstavlja vrednost, za katero moramo izotermo merjene dinamične količine premakniti vzdolž osi x, da tvorimo gladko krivuljo mehanskega spektra (slika 3). Faktorji zamika določajo novo, razširjeno območje frekvence. Nove frekvence izračunamo pri meritvah z DSR po enačbi: Mrec=MaT, kjer je ured nova frekvenca, m pa dejanska frekvenca, pri kateri je bila izmerjena reološka količina. Arrheniusova enačba je v splošnem podana kot: Ea ti = Aenr (3) oz. jo lahko po preureditvi zapišemo kot: l0gar=_^(i_i), (4) ° 2,303 K V7- T0J kjer je n viskoznost (Pas), Ea aktivacijska energija (kJ/mol), Rje splošna plinska konstanta (R = 8,3014 J/molK), A je konstanta. WLF-enačbo lahko preuredimo tako, da dobimo linearno zvezo, ki opisuje odvisnost aT od temperature: (T - TQyiogaT = -1/C^T - T0) + (-Cz/CJ. (5) Slika 3* (a) Izoterme kompleksnega modula G*, merjenega pri različnih temperaturah, in (b) sestavljen mehanski spekter. nost faktorjev zamika od temperature. Najbolj uveljavljeni sta enačbi Williams-Landau-Ferry (WLF) in Arrheniusova enačba. Prvo zapišemo kot: Enako lahko preoblikujemo tudi Arreniusovo enačbo in dobimo: logar = (EJ2,303 i?) (l/T) + (-£a/2,303i?)(l/ro). (6) 3.3.3 Statični testi - testi lezenja in obnove Teste lezenja in obnove uporabimo kot nedestruk-tivno metodo določanja viskoelastičnih lastnosti snovi. Pri testu lezenja vzorec obremenimo s konstantno strižno napetostjo in merimo nastalo strižno deformacijo. Deformacija je odvisna od časa delovanja strižne napetosti. Faza obnove nastopi, ko strižno napetost odvzamemo. Odvisnost deformacije od časa lahko opišemo z različnimi mehanskimi modeli in določimo viskozno in elastično komponento snovi. Za izračun viskoelastičnih reoloških količin snovi je treba teste opravljati v LVO-območju, ki ga zagotovimo z dovolj majhnimi deformacijami ali strižnimi napetostmi. Za preučevane bitumne smo uporabili šestparametrski mehanski model iz literature (Šušteršič, 2014]. V tem primeru enačbe deformacije v času lezenja zapišemo kot: r® =lT + ¥ + ft^H1 - e^^l (7) Vo "O <»i V fazi obnove pa: 7(t) + l2l=1 ^ ec-c-'i)/^u). (8) Reološke parametre modela (viskoznost n,, elastični strižni modul G,, parameter i ponazarja prispevek posameznih elementov, iz katerih je sestavljen šestparametrski mehanski model) določimo na podlagi izmerjene strižne deformacije, y(t), retardacijski časi faze lezenja (A^m/G) pa so v območju LVO enaki relaksacijskim časom (Arel) faze obnove. Proporcionalna količina med deformacijo in strižno napetostjo je strižni modul. Razmerje med strižno deformacijo in napetostjo lahko izrazimo tudi z voljnostjo J, (J(f)= 1/G(t)), ki je pri konstantni strižni napetosti sorazmerna strižni deformaciji: r(t) = Tj(t). (9) Voljnost pove, kako voljna je neka snov: večja ko je, lažje se snov deformira. V območju LVO je voljnost neodvisna od velikosti uporabljene strižne napetosti. Voljnost šestparametrskega modela lahko z upoštevanjem enačb 7, 8 in 9 zapišemo v fazi lezenja: J® = f+ f+ ZhŽ [1" = Vo bo J jT+Zo + S-i/iIl-e'-^] (10) Vo in v fazi obnove: /(t) = - + Zi-i1^-^^0 = Vo G; £! + E? ;.e(-(t-ti)/^) (11) Vo 1 Območje LVO smo določili na podlagi dejstva o neodvisnosti voljnosti od strižne napetosti, ki velja znotraj območja LVO. V našem delu smo teste opravljali pri različnih strižnih napetostih in preverili, ali se njihov odziv prekriva. Teste lezenja in obnove smo opravljali pri temperaturi 40 °C. 93 dr. Lidija Ržek • REOLOŠKO OVREDNOTENJE ALTERNATIVNEGA POMLAJEVALCA, PRIDOBLJENEGA IZ ODPADNIH SNOVI 4*REZULTATI IN DISKUSIJA 4.1 Rezultati standardnih mehanskih raziskav Primerjava penetracije in pretrgališča med B50/70 in PP kaže na njuno različno kemijsko sestavo (preglednica 2). PP izkazuje občutno nižjo vrednost zmehčišča in pretrgališča, hkrati pa precej višjo vrednost pene- tracije. Primerjava nestaranega in staranega bitumna pokaže vpliv staranja, saj se je pri staranem bitumnu penetracija zmanjšala, zmehčišče pa povišalo. Na sliki 4 je prikazan vpliv pomlajevalca na standardne mehanske lastnosti (penetracija, zmehčišče, pretrgališče po Fraassu) svežega in staranega bitumna. Vse dodane količine pomlajevalca so znižale vrednosti pretrga-lišča svežega bitumna, medtem ko se je pri staranem bitumnu pretrgališče po dodatku pomlajevalca glede na referenčni bitumen zvišalo. Vrednosti penetracije so naraščale, istočasno so vrednosti zmehčišča padale z naraščanjem koncentracije pomlajevalca. Nelinearni vpliv lahko opazimo pri pretrga-lišču po Fraassu in je jasen znak kompleksnih interakcij bitumna s pomlajevalcem (absorpcijski ali strukturni učinek). 4.2 Rezultati reoloških meritev Na podlagi testov pri konstantni frekvenci oscilacije smo pri vsaki temperaturi določili mejno vrednost deformacije, ki določa območje LVO. Rezultati za referenčni bitumen B50/70 so zbrani v preglednici 3. Rezultati za druge vzorce zaradi preglednosti niso prikazani. Za vse vzorce, merjene pri vseh temperaturah, velja, da je %. Teste pri konstantni amplitudi oscilacije smo tako opravljali pri maksimalni strižni deformaciji, ymox=1 %, da smo zagotovili odziv preiskovanih materialov znotraj območja LVO. Na podlagi meritev, pri katerih smo zvezno zmanjševali oscilacije, in z uporabo načela TTSP smo sestavili mehanske spektre odziva. Za referenčno temperaturo smo izbrali T0 = 30 °C. Primernost rabe načela TTSP za naše materiale smo preverili z Van Gurp-Pal-menovimi diagrami (slika 5). Rezultati Van Gurp-Palmenovega diagrama odvisnosti kompleksnega modula G* od faznega kota (slika 5) prikazujejo za čisti bitumen krivuljo s precej dobro stopnjo prekrivanja. Pri pomlajevalcu je prekrivanje slabo. Načelo superpozicije smo uporabili na podlagi enačb 4 in 5, saj so faktorji zamika aT linearno odvisni od temperature tako pri uporabi WLF-enačbe (enačba 2) kot tudi Arreniusove enačbe (enačba 3). Linearno odvisnost smo potrdili z visokim statističnim faktorjem R2 « 1 za vse testirane vzorce. Za sestavo mehanskega spektra so zadostovali samo horizontalni premiki aT, ki smo jih določili glede na izbrano referenčno temperaturo, T0=30 °C, da smo lahko tvorili mehanske spektre odziva. Z metodo najmanjših kvadratov smo določili konstante v WLF- in Arrheniusovi enačbi. Rezultati so zapisani v preglednici 4. Pomlajevalec je med vsemi vzorci izkazoval najnižjo aktivacijsko energijo. Dodajanje pomlajevalca je zato znižalo tudi aktivacijsko energijo bitumna. Z naraščanjem količine Zmehčišče (SIST EN 1427) (°C) Pretrgališče po Fraassu (SIST EN 12593) (°C) Penetracija (SIST EN1426) [1/10 mm] B50/70 50,5 -10,8 53 B_PAV 70,4 -9,5 21 PP 37,5 -21,7 233 Preglednica 2* Rezultati standardnih mehanskih testov referenčnega bitumna (nestaranega in staranega) in pomlajevalca. B50/70 G* 0,95 G* Yim T(°C) (Pa) (Pa) 20 2460000 2327500,00 2,07 30 550000 525350,00 3,40 40 78500 73815,00 4,58 50 14100 13632,50 30,72 60 3700 3500,75 32,17 70 1045 1045,00 32,45 80 300 294,50 100,00 Preglednica 3* Določanje meje LVO pri posamezni temperaturi. Nestarani bitumen PP koncentracija (%) / Konstante 100 0 3 5 10 20 Ea (kJ) 128 166 162 162 158 149 Ci (-) 8 11 12 11 11 11 C2 (°C) 78 84 99 94 93 107 Starani bitumen (RTFOT+PAV) PP koncentracija (%) / Konstante 0 3 5 10 20 Ea (kJ) 213 214 209 203 186 Ci (-) 12 10 10 9 11 C2 (°C) 65 47 54 41 70 Preglednica 4* Izračunane vrednosti aktivacijske energije Ea, konstant C1 in C2 za preiskovane vzorce. Gradbeni vestnik • letnik 68 • april 2019 94 REOLOŠKO OVREDNOTENJE ALTERNATIVNEGA POMLAJEVALCA, PRIDOBLJENEGA IZ ODPADNIH SNOVI • dr. Lidija Ržek Slika 4* Vrednosti penetracije, zmehčišča in pretrgališča po Fraassu (a) svežega in (b) staranega bitumna z različnimi koncentracijami pomlajevalca. Delta ["] Slika 5* Van Gurp-Palmenov diagram za pomlajevalec (PP) in nestarani bitumen. pomlajevalca se je zniževala aktivacijska precej višje vrednosti Ea ki so se z dodajan-energija Ea. Po staranju je bitumen izkazoval jem pomlajevalca vračale proti vrednostim 100000000 -i 0,1 -I-,-,-,-,-,— 0,0000001 0,00001 0,001 0,1 10 1000 logaiaT [rad/s] Slika 6* Sestavljeni spekter kompleksnega modula G* za starane bitumne. nestaranega bitumna. Učinek pomlajevalca je bil najizrazitejši pri količinah 10 % in 20 %. To je potrdilo naše prejšnje ugotovitve o strukturnih učinkih (nelinearni učinki) pri manjših koncentracijah dodanega pomla-jevalca. Na sliki 6 so prikazani rezultati sestavljenih krivulj kompleksnega strižnega modula. Kompleksni modul G* pomlajevalca PP je imel pri vseh frekvencah najnižje vrednosti G*, kar nakazuje na njegovo mehkejšo strukturo. Splošne oblike krivulj so bile med seboj primerljive. Višje vrednosti kompleksnega modula staranega bitumna so bile precej višje kot pri nestaranem bitumnu, kar kaže na otrdelost staranega bitumna. Z višanjem koncentracije pomlajevalca v staranem bitumnu se je ta mehčal, kar vidimo kot zmanjševanje G*-ja in njegovo bližanje proti vrednostim kompleksnega modula ne-staranega bitumna. Viskoelastično obnašanje preiskovanih vzorcev je prikazano na sliki 7. Sestavljeni spekter faznega zamika pomlajevalca je opazno odstopal od sestavljenih spektrov ostalih vzorcev, saj so bile vrednosti precej višje, rezultati pri posameznih temperaturah pa precej nepovezani in niso tvorili enotne krivulje. Starani bitumen brez dodatkov je izkazoval najnižjo krivuljo faznega zamika, kar pomeni, da je bilo njegovo obnašanje izmed vseh najbolj elastično in izkazuje trdno strukturo z visoko togostjo. Po dodatku pomlaje-valca so se sestavljene krivulje faznega zamika premikale proti nestaranemu bitumnu. 4.3 Rezultati testov lezenja in obnove Teste lezenja in obnove se opravlja v dveh fazah. V fazi lezenja se vzorec obremeni s strižno napetostjo, ki se jo v fazi obnove v trenutku odstrani. Meri se odziv časovno odvisne strižne deformacije y(t). Funkcija deformacije je bila aproksimirana s šestpar-ametrskim modelom. Strižno deformacijo Y() smo pretvorili v voljnost. Pri različnih napetostih so se odzivi J(t) prekrivali in tako smo določili LVO, znotraj katerega smo opravili teste. Na sliki 8 vidimo, da so bile meritve opravljene znotraj LVO, saj so se odzivi voljnosti J(t) prekrivali in se niso spreminjali z naraščajočo strižno napetostjo. Prikazano je tudi ujemanje med izmerjenimi rezultati in vrednostmi, napovedanimi s pomočjo šestparametrskega modela. Z metodo najmanjših kvadratov smo določili parametre odziva J(t) v fazi lezenja, določenega z enačbo 10 in v fazi obnove z enačbo 95 dr. Lidija Ržek • REOLOŠKO OVREDNOTENJE ALTERNATIVNEGA POMLAJEVALCA, PRIDOBLJENEGA IZ ODPADNIH SNOVI r„ = 30 °c •B_PAV • B_PAV_5% _ o B_PAV_20% • B50/70 • PP •B_PAV_3% oB PAV 10% 30 0,000001 0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 ured [rad/s] 10 100 1000 10000 Slika 7* Sestavljeni spekter faznega zamika S za starane bitumne z dodanim pomlajevalcem. 0,0007 -i 0,0006 - ■ 10 Pa Izmerjeni podatki o 12 Pa Izmerjeni podatki □ 20 Pa Izmerjeni podatki 200 400 600 800 1000 1200 Čas [s] ♦ 10 Pa Izmerejni podatki ♦ 12 Pa Izmerejni podatki o 20 Pa Izmerejni podatki —12 Pa Šest-parametrski model 800 1000 1200 Slika 8* Mehanski model testa lezenja in obnove za vzorec B_PAV_5 %: (a) y(t) in (b) J(t) glede na naraščajočo strižno napetost. 2.50E-06 -, 2.00E-06 - 1.50E-06 - H, 1.00E-06 5.00E-07 0.00E+00 <§\" # J" J" cT cT ^