Workshop Dynamisches Scherrheometer 30. April 2013 in Köln Dr.-Ing. Reha Çetinkaya BASALT-ACTIEN-GESELLSCHAFT, Linz am Rhein 1 Übersicht über die Anwendung von Messungen mit DSR für Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel Reha Çetinkaya Workshop Dynamisches Scherrheometer 30. April 2013 in Köln
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Übersicht über die Anwendung von Messungen mit DSR für ... · Rheologie von Bitumen Quelle: ZENKE; 1990. Workshop Dynamisches Scherrheometer 30. April 2013 in Köln Dr.-Ing. Reha
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Workshop Dynamisches Scherrheometer30. April 2013 in Köln
Dr.-Ing. Reha ÇetinkayaBASALT-ACTIEN-GESELLSCHAFT, Linz am Rhein
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Übersicht über die Anwendung von Messungen mit DSR für Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel
Reha Çetinkaya
Workshop Dynamisches Scherrheometer30. April 2013 in Köln
Workshop Dynamisches Scherrheometer30. April 2013 in Köln
Dr.-Ing. Reha ÇetinkayaBASALT-ACTIEN-GESELLSCHAFT, Linz am Rhein
1. Was bedeutet DSR?
2. Anwendungsbereiche
3. Prüfprinzip und wichtigste Messgrößen
4. Normative Informationen
5. Probenvorbereitung
6. Darstellungsformen der Ergebnisse
7. Zukünftige Entwicklungen
Literatur
„Inhalt“
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„Was bedeutet DSR“
DSR: Dynamic Shear Rheometer (englisch) bzw. Dynamisches Scherrheometer (deutsch)
DSR: Dynamic Shear Rheometer (englisch) bzw. Dynamisches Scherrheometer (deutsch)
Ein Rheometer ist ein Messgerät zur Ermittlung des Verformungs- und Fließ-verhaltens von unterschiedlichen Materialien. Mit einem dynamischen Scher-rheometer wird auf die Probe eine dynamische Scherdeformation aufgebrachtund die rheologischen Daten mit einer hohen Messgenauigkeit erfasst.
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NiedrigviskoseFlüssigkeiten
ViskoelastischeFlüssigkeiten
Schmelzen
PastenförmigeMaterialien
Gelartige Materialien
Weiche Feststoffe
ReaktiveMaterialien
Festkörper
Rotations- oder Oszillationsmodus Oszillationsmodus Dehnung oder Torsion
Vor- und Nachteile der jeweiligen MesssystemeVor- und Nachteile der jeweiligen Messsysteme
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Erstmalig wurde das dynamische Scher-rheometer mit konkreten Anforderungswerten indie TL PmB 01 aufgenommen.
„Regelwerke“
Nationales Regelwerk und ArbeitsanleitungNationales Regelwerk und Arbeitsanleitung
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Gefordert wurden Mindestkenn-werte zum komplexen Scher-modul G* und Maximalkenn-werte zum Phasenwinkel δ bei60 °°°°C.
„Regelwerke“
Nationales Regelwerk und ArbeitsanleitungNationales Regelwerk und Arbeitsanleitung
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„Regelwerke“
Nationales Regelwerk und ArbeitsanleitungNationales Regelwerk und Arbeitsanleitung
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Angaben zur Prüfmethode nach der TL Bitumen-StB 07
„Nationales Regelwerk“
Nationales Regelwerk und ArbeitsanleitungNationales Regelwerk und Arbeitsanleitung
Verformungsverhalten im Dynamischen Scherrheometer (MSCR) bei 60 °C
AL MSCR-Prüfung (DSR)
Merkmal oder Eigenschaft Prüfmethode
Änderungen infolge des ARS 11/2012:
5.5 Prüfungen im Hinblick auf die DauerhaftigkeitTabelle 5: Quartalsweise Prüfung ausgewählter Bindemittelarten und -Sorten
5.3 Verformungsverhalten – Dynamisches Scherrheometer (DSR)Bestimmung des Verformungsverhaltens im Dynamischen Scherrheometer (DSR)werden nach der DIN EN 14770 durchgeführt.
Die Messungen sind in Form eines Temperatursweeps bei einer Frequenz von 1,59 Hzin einem Temperaturbereich zwischen 30 °C und 90 °C durchzuführen.
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Verweis auf die DIN EN 14770 und die
AL MSCR-Prüfung
„Regelwerke“
Nationales Regelwerk und ArbeitsanleitungNationales Regelwerk und Arbeitsanleitung
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1. Anwendungsbereich
2. Normative Verweisungen
3. Begriffe
4. Kurzbeschreibung
5. Prüfeinrichtungen
6. Vorbereitung von Rheometern
7. Probenvorbereitung
8. Durchführung
9. Angabe der Ergebnisse
10.Präzision
11.Prüfbericht
Anhang A: Verfahren zum Nachprüfen der Temperatur
Anhang B: Bestimmung der Gleichgewichtseinstellungen
Anhang C: Bestimmung des Bereichs linearen viskoelastischen Verhaltens
„Regelwerke“
DIN EN 14770DIN EN 14770
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7. Probenvorbereitung7.1 Erwärmung von Bindemitteln mit Vorbereitungstemperaturen über 100 °°°°C…..
Die Probe ist in die Wärmekammer zu stellen, die auf eine Temperatur von 85 ± 5 °C über demErweichungspunkt des Bindemittels oder auf 180 °C geregelt ist, je nachdem, welcheTemperatur niedriger ist. Bei polymermodifizierten Bindemitteln muss die Temperaturentsprechend EN 12594 gewählt werden.
„Regelwerke“
DIN EN 14770DIN EN 14770
…
7.2 Erwärmung von Bindemitteln mit Vorbereitungstemperaturen unter 100 °°°°CDiese Verfahrensweise ist für verschnittene Bindemittel und rückgewonnene und stabilisierteBindemittel aus Emulsionen vorgesehen.
….
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7.3 Probenherstellung und Lagerungsbedingungen
7.3.1 Verwendung von Gussformen oder Trennlagen
Gussformen oder Trennlagen dürfen für alle Bindemittelarten verwendet werden.
….
Das Bindemittel ist in Gussformen oder direkt auf die Trennlagen zu gießen. Es ist (sind) eine oder mehrereProbekörperform(en) zu wählen, die mit der ausgewählten Prüfeinrichtung zuverlässige Messwerte liefert(liefern)....
Für die Lagerung vor dem Entformen und vor der Durchführung des Prüfverfahrens sind die folgendenHöchst- und Mindestdauern einzuhalten:
Mindestlagerdauer:
- 2 h für reines Bitumen;
- 12 für polymermodifiziertes Bindemittel.
Höchstlagerdauer:
- 3 Tage unabhängig von der Bindemittelart und -sorte.
„Regelwerke“
DIN EN 14770DIN EN 14770
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AASHTO TP 5: Standard Test Method for Determination rheological Properties of Asphalt Binder Using a Dynamic Shear Rheometer (DSR)
AASHTO T 315: Standard Method of Test for Determining the Rheological Properties of Asphalt Binder Using a Dynamic Shear Rheometer (DSR)
AASHTO Designation: TP 70-07: Multiple Stress Creep Recovery (MSCR) Test of Asphalt Binder Using a Dynamic Shear Rheometer
ASTM D7175 – 08: Standard Test Method for Determining the Rheological Properties of Asphalt Binder Using a Dynamic Shear Rheometer
SHRP-A-370: Binder Characterization and Evaluation; Volume 4: Test Methods
Abkürzungen:AASHTO: American Association of State Highway and Transportation OfficialsASTM: American Society for Testing and MaterialsSHRP: Strategic Highway Research Program (USA)
Weitere internationale RegelwerkeWeitere internationale Regelwerke
„Regelwerke“
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ø 25 mm ø 8 mm
„Probekörperherstellung und Einbau“
ProbekörperProbekörper
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„Ergebnisdarstellung“
Darstellungsformen der ErgebnisseDarstellungsformen der Ergebnisse
� Die Isochrone Darstellungsform stellt eine rheologische Kenngröße in Abhängigkeitvon der Prüftemperatur T jeweils bei einer konstanten Frequenz (hier: 1,59 Hz) dar.
� Bewertungsmöglichkeit der Kenngrößen „Komplexer Schermodul“ und „Phasen-winkel“ in Abhängigkeit der Temperatur.
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Prüftemperatur [°C]
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Prüftemperatur [°C]
Bindemittel 70/100
Bindemittel 20/30
Isochrone Darstellungsform
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„Ergebnisdarstellung“
Darstellungsformen der ErgebnisseDarstellungsformen der Ergebnisse
� Die Isotherme Darstellungsform stellt eine rheologische Kenngröße in Abhängigkeitvon der Prüffrequenz jeweils bei einer konstanten Temperatur (hier: 60 °°°°C) dar.
� Bewertungsmöglichkeit der Kenngrößen „Komplexer Schermodul“ und „Phasen-winkel“ in Abhängigkeit der Frequenz.
Isotherme Darstellungsform
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Prüffrequenz [Hz]
Bindemittel 70/100
Bindemittel 20/30
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90
1 2 3 4 5 6 7
Ph
asen
win
kel [°]
Prüffrequenz [Hz]
Bindemittel 70/100
Bindemittel 20/30
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„Ergebnisdarstellung“
Darstellungsformen der ErgebnisseDarstellungsformen der Ergebnisse
� Mit dem Black-Diagramm können die beiverschiedenen Temperaturen undFrequenzen gemessenen Kennwerte in einerKurve beschrieben werden.
� Sehr gut geeignet um unterschiedlicherheologische Eigenschaften der Bindemitteldarzustellen.
� Mit dem Cole-Cole-Diagramm wird derVerlustmodul in Abhängigkeit des Speicher-moduls dargestellt. Beurteilungsmöglichkeitder viskosen und elastischen Anteile imBindemittel.
� Unabhängigkeit von Temperatur undPrüffrequenz.
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Zusammenhang zwischen der elastischen Rückstellung mit demDuktilitätsbad und der elastischen Rückstellung aus dem DSR
ER-DB in % im Duktilitätsbad bei 25 °C
ER-DSR in % mittels DSR:
• Spaltabstand von 2 mm; Prüftemperatur von25 °C; Konstante Scherbeanspruchung für120 s und anschließende Erholungsphasevon1 h;
• ER-DSR = Ɛ2/ Ɛ1 *100
„Zukünftige Entwicklungen“
Welche Möglichkeiten bietet das DSR noch?Welche Möglichkeiten bietet das DSR noch?
Quelle: CLOPOTEL & BAHIA; 2011
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„Zukünftige Entwicklungen“
Welche Möglichkeiten bietet das DSR noch?Welche Möglichkeiten bietet das DSR noch?
Quelle: ANTON PAAR; 2013 Quelle: ANTON PAAR; 2013
Prüfungen von kleinen Bitumen- bzw.Asphaltprobekörpern im DSR
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Regelwerke:DIN EN 14770: „Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel – Bestimmung des komplexen Schermoduls
und des Phasenwinkels – Dynamisches Scherrheometer (DSR)“; Deutsche Fassung EN 14770; 2013;
TL Bitumen-StB 07: „Technische Lieferbedingungen für Straßenbaubitumen und gebrauchsfertige polymermodifizierte Bitumen“; FGSV-Verlag; Köln; 2008;