Mechanical properties of asphalt mixtures sudied by Atomic Force Microscopy

The rheological study of asphalt binders is of great importance for determining its performance in paving construction. Usually, rheological parameters are obtained by a Dynamic Shear Rheometer (DSR). The aim of this work is to study the rheological properties of bitumen using an Atomic Force Microscope (AFM). So, a computational tool caled FVLOAD was used for imaging processing. Five kinds of mathematical models were used in order to analise the force curves colected through AFM: the slope analysis, the Young´s model, the adesion model, the FIEL model (Force Integration to Equal Limits) and the work difference model. Three samples were studied: pure bitumen 50/70, bitumem 50/70 doped with 4% of EVA and bitumem 50/70 doped with 4,5% of SBS. Very thin lms of these materials were prepared on glass slides and lead to an AFM for imaging. The area studied on the sample surface was of 50 m x 50 m. There were colected 1024 force curves for each image. The indentations were carried out in four frequencies: 0,5 Hz, 5 Hz, 14 Hz e 28 Hz. The curves colected were analyzed with the FVLOAD program and once the elastic properties were calculated, they were compared to those obtained in the Dynamic Shear Rheometer.O estudo reológico do Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) é de fundamental importância para a determinação de sua performance na fabricação de estradas. Usualmente os parâmetros reológicos deste tipo de material são obtidos em ensaios dinâmicos através de um reômetro de cisalhamento. O presente trabalho tem por objetivo estudar as propriedades reológicas do CAP através da técnica de espectroscopia de força utilizando um microscópio de força atômica. Para isso, foi utilizada uma ferramenta computacional desenvolvida para o processamento das imagens de microscopia de força chamada de FVLOAD. Cinco análises foram realizadas com os dados das curvas de força: análise de slope, análise do módulo elástico ou módulo de Young, análise de adesão do filme de CAP, análise FIEL (Force Integration to Equal Limits), Work Difference e Adesão. Três amostras foram utilizadas neste estudo: CAP puro 50/70, CAP com 4% de EVA e CAP com 4,5% de SBS. Filmes dos três tipo de CAP foram confeccionados em lamínulas de vidro e levados ao microscópio de força atômica para obtenção dos dados das curvas de força sobre uma área de 50 μm x 50 μm. Para cada imagem foram coletadas 1024 curvas de força. As indentações com a sonda AFM foram executadas em quatro frequências: 0,5 Hz, 5 Hz, 14 Hz e 28 Hz. Finalizadas as aquisições de dados, estes foram processados no programa FVLOAD. Extraído o módulo elástico das amostras em cada frequência, os dados foram comparados com aqueles obtidos em ensaios dinâmicos através do reômetro de cisalhamento dinâmico