Bestimmung des komplexen Moduls G* und des Phasenwinkels

Transkript

1 Bestimmung des komplexen Moduls G* und des Phasenwinkels Bernd Wallner

2 Inhalt Rheologisches Messgrundlagen TL Bitumen DIN EN Präzision Quellen

3 Rheologie Lehre vom Verformungs- und Fließverhalten von Stoffen

4 Rheologie Fließverhalten im Zwei-Platten-Modell Schubspannung = F/A [N/m²] Deformation = u/h [ ]

5 Dynamisches Scherrheometer

6 DSR - Platte/Platte

7 DSR - Oszillation (h) 2T r³ rh

8 ideal elastisches Verhalten

9 ideal viskoses Verhalten

10 viskoelastisches Verhalten

11 Komplexer Schermodul G* = max / max [Pa] τ = Schubspannung [N/m²] = Deformation [ ]

12 Phasenwinkel = t / t * 360 [ ] t = Zeitverzögerung [s] t = Schwingungsdauer [s]

13 Zusammenhang G* und Speichermodul G elastischer Anteil von G* G = G* cos [Pa] G G* Verlustmodul G viskoser Anteil von G* G = G* sin [Pa] Verlustmodul Phasenwinkel Speichermodul G

14 linearer Bereich komplexer Schermodul 1 0,1 Bereich lineares viskoelastisches Verhalten 0,01 0,01 0, Deformation oder Schubspannung nichtlineares Verhalten

15 TL Bitumen-StB 07 zur Erfahrungssammlung: Verformungsverhalten im DSR nach DIN EN a ( a oszillierende Beanspruchung, G* und ) Straßenbaubitumen Polymermodifizierten Bitumen Abschnitt 5.3 konstante Frequenz 1,59 Hz Temperatursweep 30 bis 90 C ( a max. 10 C-Schritte) a weitere Parameter parallele Platten mit Ø 25mm und h 1mm (1kPa G* 100kPa) Deformation aus linearem Bereich (0,005 bis 0,100) oder Schubspannung aus linearem Bereich

16 DIN EN Probenvorbereitung nach DIN EN Erwärmung der Probe (85 ± 5) C oberhalb des EP RuK oder 180 C Homogenisieren Probenherstellung z.zt. in Diskussion Gussformen/Trennlagen Probengefäße

17 DIN EN Präzision unter Wiederholbedingungen: Annahmekriterien G* ±15%, ±3 Vergleichspräzision RILEM-Versuch: G* <10%, <5%

18 Temperatursweep 1,0E komplexer Schubmodul G* [Pa] 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E Temperatur [ C] Phasenwinkel [ ]

19 einfache Interpretation G* steigt mit der Viskosität des Bindemittels kleine Werte elastisches Verhalten steigt durch die Alterung des Bindemittels große Werte viskoses Verhalten

20 typische Verläufe Quelle: Hutschenreuther, Wörner, Asphalt im Straßenbau, 2. Auflage 2010, Kirschbaum Verlag, Bonn

21 Quellen FGSV-Laborantenschulung 2013: Zentralvorträge aus Darmstadt, Dresden TL Bitumen StB-07, Ausgabe 2007, FGSV-Verlag, Köln DIN EN 14770: , Beuth-Verlag, Berlin Hutschenreuther, Wörner: Asphalt im Straßenbau, 2. Auflage 2010, Kirschbaum Verlag, Bonn div. Skripten und Vorträge, TU München, Centrum Baustoffe und Materialprüfung

22 Kontakt Technische Universität München Centrum Baustoffe und Materialprüfung MPA BAU Abteilung Baustoffe AG 5 Bitumenhaltige Baustoffe und Gesteine FG Bitumen und Abdichtungen Baumbachstraße München Tel: Fax: wallner@cbm.bv.tum.de