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Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Beurteilung des Kälteverhaltens von Bitumen

BASt-Bericht S 144

Martin Radenberg, Matthias Staschkiewicz, Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Verkehrswegebau
86 Seiten
Erscheinungsjahr: 2020
Projektnummer: 07.0293
Preis: 17,50 €

Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG

Dieser Bericht steht auch kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Das Ziel dieser Arbeit war es, eine Prüfmethode zu entwickeln, die eine Charakterisierung der Bindemitteleigenschaften im Tieftemperaturbereich prozesssicher und mit moderatem Prüfaufwand ermöglicht. Die verwendeten Prüfgeräte sollten hierbei modern, aber an hinreichend vielen Prüfstellen vorhandenen sein.

Aufbauend auf einer internationale Literarturrecherche wurden folgende vier DSR-Prüfverfahren ausgewählt, die diesen Rahmenbedingungen entsprachen:

  • Scher-Relaxationsversuch (SRV)
  • Kälteprüfung mit der 4 mm Platte-Platte-Geometrie (PP04)
  • Zug-Relaxationsversuch (ZRV)
  • Kälteprüfung an schlanken, zylindrischen Proben – dynamisch-mechanische Thermoanalyse (DMTA)

Zur Auswahl des Prüfverfahrens, wurde ein dreistufiges Untersuchungsprogramm entworfen. Im ersten Schritt wurden zehn Bindemittel, mit allen vier Verfahren untersucht. Auf Grundlage der Ergebnisse dieses Untersuchungspaketes, wurden der SRV und die Untersuchung mittels PP04 für die Hauptuntersuchungen ausgewählt. In diesem Schritt wurden 40 weitere Bindemittel mit den beiden Prüfverfahren untersucht. Mit diesen Daten konnten erste Auswertungsmethoden entwickelt und überprüft werden.

Abschließend wurden die Ergebnisse der beiden Methoden in der Validierung unter Verwendung des BBR und des Zug-Retardationsversuches überprüft. Im Laufe dieses Projektes wurden insgesamt 72 Bindemittel mit dem SRV und der PP04 untersucht. Die Auswertung des SRVs erfolgte mit der Relaxationsviskosität λRel. Zur Bewertung des Kälteverhaltens der Bindemittel mit der PP04, wurde die Summe der Phasenwinkel von -20, -10 und 0 °C verwendet. Die Korrelationen zu den anerkannten Verfahren lagen auf sehr hohem Niveau. Neben der Vergleichbarkeit mit bekannten Prüfmethoden, wurde im Zuge der Validierung auch der Einfluss des Prüfenden analysiert.

Weiterhin wurden kritische Werte der beiden Verfahren, zur Beurteilung des Kälteverhaltens von Bitumen bestimmt und der SRV als Prüfmethode zur Beurteilung des Kälteverhaltens von Bitumen vorgeschlagen.

Development of a test method to determine the low temperature performance of Bitumen

The aim of this project was to develop a test method for characterising the low temperature performance of Bitumen. The used test device should be modern and also present in many testing laboratories.

Based on an international research the following four DSR-Methods were chosen:

  • The Shear-Relaxation-Test (SRV) - A Creep stress test at -10 °C that uses the 8 mm diameter parallel plates (rotation).
  • The Tensile-Relaxation-Test (ZRV) - A Creep stress test at -10 °C that uses the 8 mm diameter parallel plates (normal direction).
  • The 4-mm DSR – An oscillation test, performing a frequency sweep from 0.01 Hz to 10 Hz at various temperatures from -20 °C to 30 °C, using the 4 mm diameter parallel plates.
  • The Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA) – An oscillation test using slender cylindrical samples (h = 12 mm; d = 8 mm).

To determine the most suitable of these four methods, a three-step experimental work is engineered. In the first step all four methods were used to analyze ten different types of bitumen. After this, the SRV and the PP04 were chosen to characterize additional 40 types.

The last step was the validation of the results, using the Bending-Beam-Rheometer (BBR) and the tensile-retardation-test by Schellenberg. Overall 72 bitumen were analysed with the SRV and the PP04. To assess the SRV the relaxation-viscosity λRel was used. For the Assessment of the method using the PP04, the sum of the phase angle measured at a frequency of 0.01 Hz within the temperature range from -20 to 0 °C was used. The correlations between the two renowned methods and the two new methods were very good. Also the effect of the tester was analised during the validation.

Finally critical values for the results were determined and the SRV was chosen as most suitable method to characterise the low temperature performance of bitumen.

  • Kontakt

    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
    Info-Service
    Telefon: 02204 43-9101
    Fax: 02204 43-2550
    info@bast.de

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