03.05.2013 1 Workshop Dynamisches Scherrheometer 30. April 2013 in Köln Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Renken Bestimmung der Dynamischen Viskosität Motivation Kennwerte für die Viskosität anzugeben nach den TL Bitumen-StB für Straßenbaubitumen gemäß TL Bitumen StB für Straßenbaubitumen gemäß TL Bitumen-StB kin. Viskosität bei 135 °C (DIN EN 12595) - NR dyn. Viskosität bei 60 °C (DIN EN 12596) - NR für Polymermodifizierte Bitumen gemäß den TL Bitumen kein Prüfgegenstand Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Renken | DSR-Workshop Dynamisches Scherrheometer I 30. April 2013 Köln-Deutz I 2 EVT 1000 EVT 100, Äquiviskositätstemperatur Viskosität unabdingbar zur Beurteilung viskositätsveränderter Bitumen
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Workshop Dynamisches Scherrheometer30. April 2013 in Köln
Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen
Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Renken
Bestimmung der Dynamischen Viskosität
Motivation
Kennwerte für die Viskosität anzugeben nach den TL Bitumen-StB
für Straßenbaubitumen gemäß TL Bitumen StBfür Straßenbaubitumen gemäß TL Bitumen-StBkin. Viskosität bei 135 °C (DIN EN 12595) - NRdyn. Viskosität bei 60 °C (DIN EN 12596) - NR
für Polymermodifizierte Bitumengemäß den TL Bitumen kein Prüfgegenstand
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EVT 1000 EVT 100, Äquiviskositätstemperatur
Viskosität unabdingbar zur Beurteilung viskositätsveränderter Bitumen
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Viskosität - Teil der Gebrauchseigenschaft
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Quelle: SHRP/Bellin
Definitionen
Viskosität
Eigenschaft eines Stoffes unter Einwirkung einer Spannung zu g g p gfließen und sich dabei irreversibel zu verformen.
Die bei der Verformung aufgenommene Spannung hängt von der Verformungsgeschwindigkeit ab.
Bei newtonschen Flüssigkeiten verhalten sich Scherspannung und Schergeschwindigkeit zueinander proportional.
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Bei nicht-newtonschen Flüssigkeiten besteht keine Proportionalität zwischen Scherspannung und Schergeschwindigkeit.
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Newtonsche Flüssigkeit –Dynamische Viskosität η
Bitumen verhalten sich bei Temperaturen oberhalb des EP RuKim Regelfall wie newtonsche Flüssigkeiten
Dyn. Viskosität η
η = τ /D [Pa⋅s] es gilt: 1 Pa⋅s = 1 N⋅s/m²
Kinematische Viskosität ν
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ν kinematische Viskosität ist dichtebezogen, wird nachMaxwell abgeleitet
ν=η/ρ [m²/s] ! Angabe meist in mm²/s !
Zusammenhang kinematischer νund dyn. Viskosität η
Beziehungen: ν=η/ρ [m²/s] bzw. η= ν⋅ ρ [Pa⋅s]
100·
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Näherungsweise: 1.000 ν [mm²] ≈ 1 η [Pa·s]
²100
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Normen, die die Viskosität bitumenhaltiger Bindemittel zum Inhalt habenNummer Titel Bitumenhaltige Bindemittel - Jahr
DIN 1342-2 Viskosität – Teil 2: Newtonsche Flüssigkeiten 11/2003
E DIN 52007-1 Bestimmen der Viskosität - Teil 1: Allgemeine Grundlagen und Auswertung
4/2013 Entwurf
E DIN 52007-2 Bestimmen der Viskosität-Teil 2: Messung mit dem Kugelzieh-Viskosimeter
10/2012Entwurf
E DIN EN 12595 Bestimmung der kinematischen Viskosität 02/2013 Entwurf
E DIN EN 12596 Bestimmung der dynamischen Viskosität mit Vakuum-Kapillaren
02/2013 Entwurf
DIN EN 13302 Bestimmung der dynamischen Viskosität mit einem Viskosimeter mit rotierender Spindel
06/2010
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DIN EN 13702 Bestimmung der dynamischen Viskosität von modifiziertem Bitumen mit dem Platte-Kegel-Verfahren
11/2010
DIN CEN/TS 15324
Bestimmung der Äquiviskositätstemperatur basierend auf Viskosität bei niedriger Schergeschwindigkeit mithilfe des DSR
08/2008
DIN CEN/TS 15325
Bestimmung der Null-Scherviskosität mittels Schubspannungs-Rheometer
04/2008
Genormte Viskosimeter n. E DIN 52007-1 (4/2013)
nicht aufgeführt in der Liste sind:
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Messgeräte: Auswahl kin. Viskosität E DIN 12595
Cannon-Fenske-Viskosimeter
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Zeitfuchs-Kreuz-Viskosimeter
BS/IP/RF- Rückfluss-Viskosimeter
Messgeräte: Auswahl dyn. Viskosität E DIN 12596
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Messgeräte – Familie: rotierende SpindelDIN EN 13302:2010
Beispiele für Spindel und Koaxialkörper
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Quelle: Haake-Handbuch
Dyn. ViskositätPlatte-Kegel-Verfahren DIN EN 13702
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Dyn. Viskosität – Platte-Kegel-VerfahrenDIN EN 13702
Applizieren der Bitumenprobe auf die PlatteAnfahren des oberen Kegels bis zum Spitzenabstand 1,5 mmRotieren des Kegels durch Aufbringen einer Schergeschwindigkeit Messen des Drehmoments Berechnen der Scherspannung Berechnen der dyn. Viskosität
η=τ/γ mit:γ = Schergeschwindigkeit in s-1
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1 mm dicke Bitumenprobe zwischen einer festen und einer sich drehenden Scheibe Aufbringen einer definierten Schergeschwindigkeit (Schergefälle, Scherrate) dadurch bewegt sich der Punkt A in Richtung Punkt B und darüber hinausMessen des Drehmoments, Berechnen der SchubspannungBerechnen der komplexen Viskosität
Scherge-schwindigkeit
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sich drehende Platte
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Baupraktisch interessierende Viskositätsbereiche
In der Praxis kann für die kinematische Viskosität mit folgenden Werten gearbeitet werden:
Spritzen 40 - 50 mm²/sHerstellen/Mischen 100 - 200 mm²/sVerdichten im Labor 500 bis 600 mm²/s
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(s. DIN 1996 T 4)Mindestgrenze für Einbau 1.000 mm²/s (* E DIN 52007:2013
Viskositäten Straßenbaubitumen und PmB
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TV=135 °C
TV=145 °C
Quelle: Shell Bitumen
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Was wird gemessen?
Zeit TemperaturSoll-Scherrate Scherrate AbweichungSchub-
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1,E-021,E-011,E+001,E+011,E+021,E+031,E+041,E+05
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Shea
r vis
cosi
ty [P
Temperature [°C]
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Viskosität eines Wachses und eines 50/70 mit 3% Wachs A
1,E+03
1,E+04
1,E+00
1,E+01
1,E+02
Shea
r vis
cosi
ty [P
a*s]
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1,E-02
1,E-01
70 80 90 100 110 120 130 140 150Temperature [°C]
Sasobit_Z 50/70+Sasobit_Z50/70 + Wachs AWachs A
Einfluss der Richtung der Temperierung
1,E+04
Dynamische Viskosität an PmB 25/55-55 A – Wachs C Erwärmungs- und Abkühlungstrend von 60°C --> 130°C -->60°
1,E+04
Dynamische Viskosität an PmB 25/55-55 A – Wachs C Erwärmungs- und Abkühlungstrend von 60°C --> 130°C -->60°
1,E+01
1,E+02
1,E+03
mis
che
Visk
ositä
t η[P
as]
FrischErwärmungstrend1,E+01
1,E+02
1,E+03
mis
che
Visk
ositä
t η[P
as]
FrischFrischAbkühlungstrendErwärmungstrend
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1,E-01
1,E+00
60 70 80 90 100 110 120 130
dyna
m
Temperatur [°C]
1,E-01
1,E+00
60 70 80 90 100 110 120 130
dyna
m
Temperatur [°C]
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Zusammenfassung
Bitumen besitzt viskose ElementeKinematische und dynamische Viskosität sind über die Dichte des Bitumens miteinander verknüpftWird nur von Viskosität gesprochen ist meist die kinematischeWird nur von Viskosität gesprochen, ist meist die kinematische Viskosität gemeintZahlenwertmäßig unterscheidet sich die kin. Viskosität (mm²/s) mit Faktor 1.000 von der dyn. Viskosität (Pa·s)Prüfgeometrie Spindel und Platte/Kegel sind anwendbar, sofern Gerätefaktoren bekannt sind und Gerät kalibriert wurde. DSR-Gerät kann mit Spindel, Patte/Kegel und Platte/Platte-Geometrie bestückt werden
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Platte/Platte Geometrie für Viskositätsmessungen nur mit EinschränkungenÜberprüfung des newtonschen Verhaltens immer erforderlichInsbesondere bei viskositätsveränderten Bitumen sind Kenntnisse über die Viskosität äußerst hilfreich