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Weiterentwicklung der Prüfung der Kraftduktilität von Polymermodifizierten Bindemitteln und modifizierten Bindemitteln aus Bitumenemulsionen : Schlussbericht FE 07.220/2007/BGB

Further development of the force ductility test method for polymer modified binders and modified binders from bitumen emulsion

  • Im Rahmen dieses Projektes wurden vor dem Hintergrund der nationalen und europäischen Entwicklungen (z.B. Europäische Normung etc.) neben den Randbedingungen für die Kraftduktilitätsprüfung auch die Auswertung der dabei erfassten Daten genauer betrachtet sowie praxisrelevante Parameter bzgl. der Versuchsdurchführung und -auswertung ermittelt. Ebenso wurde auch versucht den gesamten Verlauf der Kraftduktilitätskurve sowie ggf. auch die Gestalt der Kurve in die Auswertung mit einzubeziehen und nicht nur, wie bisher, punktuelle Werte bzw. einzelne feste Bereiche. Anhand der in diesem Projekt ermittelten Ergebnisse kann festgehalten werden, dass die Probekörperform mit geradem Steg (Form II) gemäß DIN EN 13589 der Probekörperform mit verjüngtem Steg (Form I) gemäß DIN EN 13398 vorzuziehen ist, da es trotz der höchsten Maximalkräfte bei der Form I bei niedrigen Temperaturen häufig zu einem vorzeitigen Probenriss kam und die die Ausziehlänge wesentlich geringer als bei der Form II (Form mit geradem Steg) war. So das in vielen Fällen eine Ermittlung der Formänderungsarbeit zwischen 200 mm und 400 mm Dehnungsweg gemäß der DIN EN 13703 bei Prüfung mit der Form I nicht möglich war, da die Proben die Ausziehlänge von 400 mm nicht erreichten. Dadurch kann die Form mit verjüngtem Steg (Form I), trotz der Verwendung für die elastische Rückstellung nach DIN EN 13398, nicht für den Einsatz bei der Kraftduktilitätsprüfung empfohlen werden. Hinsichtlich der Ziehgeschwindigkeit sollte die bis-her in der Norm verankerte Ziehgeschwindigkeit von 50 mm/min beibehalten werden, da eine Reduzierung der Geschwindigkeit keine Vorteile, z.B. hinsichtlich der Vermeidung eines vorzeitigen Proberisses bei niedrigen Temperaturen, bringt und die Prüfung mit der reduzierten Ziehgeschwindigkeit von 25 mm/min somit doppelt so lange dauern würde. Bezüglich der Prüftemperatur sollte ein Vorgehen gewählt werden, dass es erlaubt, die Ergebnisse, die bei den verschiedenen Bitumensorten gewonnen werden, zu vergleichen. Dies könnte beispielsweise 10-°C als Prüftemperatur sein. Die Festlegung einer einheitlichen Prüftemperatur und dann entsprechend sortenspezifische Anforderungen an die Formänderungsarbeit würden auch bei unbekannten Bitumen und/oder Kontrollprüfungen die Durchführung der Kraftduktilitätsprüfung sowie die Bestimmung der Bitumensorte erleichtern. Aufgrund der im Rahmen des Projektes ermittelten Ergebnisse sollte für Kraftduktilitätsprüfungen die Probekörperform mit geradem Steg gemäß DIN EN 13589 und eine Ziehgeschwindigkeit von 50 mm/min gewählt werden. Die anderen Randbedingungen (Probekörperform mit verjüngtem Steg und Ziehgeschwindigkeit von 25 mm/min) haben sich hinsichtlich der Durchführbarkeit, Auswertbarkeit und Praktikabilität als nicht geeignet erwiesen. Das Rückgewinnungsverfahren für polymermodifizierte Bitumenemulsionen gemäß dem Entwurf der DIN EN 13074-1 hat sich bei den Untersuchungen im Labor als geeignet hinsichtlich Anwendbarkeit und der Ergebnisse gezeigt. So dass keine Modifikation des Verfahrens notwendig erscheint. Für die genauere Interpretation der Kraftduktilitätskurven sowie ggf. Unterscheidung der einzelnen Sorten ist eine Aufteilung der Kurve in zwei Teilbereiche unumgänglich. Allerdings konnte bisher noch kein Verfahren identifiziert werden, mit dem dies eineindeutig möglich ist. Vor allem weil die in der Praxis auftretende Spannbreite der Ergebnisse bei einer einzelnen Sorte bereits recht groß ist, daher nicht immer auszuschließen ist, dass sich die Randbereiche der einzelnen Sorten nicht überschneiden. Um die einzelnen Sorten anhand der Prüfergebnisse unterscheiden bzw. differenzieren zu können, sind die Prüfungen bei einheitlichen Temperaturen unabhängig von der Bitumensorte notwendig, da sich mit der Änderung der Temperatur auch der Kurvenverlauf und somit die Kennwerte ändern. Das Verfahren zur Aufteilung der Kurven in Teilbereiche sollte frei von subjektiven Einflüssen rein mathematisch erfolgen, nachvollziehbar und einfach im täglichen Laborbetrieb anwendbar sein. Daher wird als relativ einfache Variante die Ermittlung der Steigung des Kurvenverlaufes anhand der 1. Ableitung vorgeschlagen. Unabhängig von der Art des Kurvenverlaufes lässt sich hierbei immer das Maximum der Steigung ermitteln. Anhand dessen kann die Trennung in die beiden Bereiche der Kraftduktilitätskurve einfach und schnell durchgeführt werden. Die weitere Interpretation des Kurvenverlaufes sowie die Zuordnung zu einer Bitumensorte kann anhand des Quotienten der Formänderungsarbeiten der beiden Abschnitte erfolgen.
  • In the scope this project, the developing situation of the force ductility test method in the national and European background was investigated. Evaluation of the obtained data was considered in details. Practice-oriented parameters regarding the performing and evaluation of this were found out. Furthermore, it was tried to consider the trend and eventually also the form of the whole force ductility curve in the evaluation, rather than the current situation that only the value points in certain fixed zones were considered. Based on the results from this project, it can be ascertained that, the specimen form with straight web (Form II) according to DIN EN 13589 is favourable compared with the form (Form I) specified in DIN EN 13398 with tapered web, for in spite of the higher maximal force in the case of Form I, it often came to a premature cracking in the specimen and the extension length was significantly less that in the case of Form I. In many cases, it is impossible to determine stretching work in the deforming range between 200 mm and 400 according to DIN EN 13703 in testing with Form I, because the extension cannot reach 400 mm. As a result, the form with tapered web (Form I) was not recommended for the force ductility test in spite of its application in the elastic recovery specified by DIN EN 13398. In terms of stretching speed, the speed of 50 mm/min so far defined in the standard should be maintained, because reduction of this speed brings no advantages like avoiding early cracking at low temperatures, but only lengthens the testing time, for example a reduction of the stretching speed to 25 mm/min will double the time. Regarding the test temperature, a procedure should be chosen which allows a comparison of the results obtained from various bitumen sorts. This could be for example 10 -°C as the test temperature. The establishment of a uniform test temperature and corresponding requirements of the deformation energy for specific binder sort would also make the operation of the force ductility test and the sorting of bitumen easier in the case of unknown bitumen and/or controlling test. On basis of the findings in this project, a specimen with straight web according to DIN EN 13589 and a stretching speed of 50 mm/min should be chosen for the force ductility test. Other boundary conditions like specimen of the form with tapered web and stretching speed of 25 mm/min have been proved to be inappropriate in terms of operability, easiness to be evaluated and practicability. The recovery method of polymer modified bitumen emulsion according to the draft of DIN EN 13074-1 turned to be suitable in laboratory investigations in view of the applicability and the test results, so that no modification is needed. For precise interpretation of the force ductility curves and eventually differentiation of the individual sort, a separation of the curve into two parts is necessary. However, no procedure could so far be established, to which this partition is one-to-one corresponding. This is principally because in the practice the range of the test results for a single sort is already very wide. Therefore, it cannot always be excluded, that the boundary zones of the separated sorts do not overlap. In order to differentiate the individual sort on basis of the test results, it is necessary to perform the tests under the same temperature that is independent of the bitumen sort, for the path of the curves can also change with the change of temperature and so the characteristic values of the curves. The method to divide the curves into sections should be free from subjective influences rather purely be performed mathematically, and it should be comprehensible and easily applicable in the daily operation of laboratory. Hence as a relatively easier variant, it is recommended to calculate the slope of the curve based on the first derivative. Independent of the curve type, the maximum of the slope can always be determined. On basis of this, separation of both parts of the force ductility curve can be easily and quickly performed. Further interpretation of the curve and sorting of the binders into a certain grade can follow the quotient between the deformation energy in both stages.

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Metadaten
Author:Markus Oeser, Bernhard Steinauer, Karen Scharnigg
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-20537
Document Type:Report
Language:German
Date of Publication (online):2018/10/22
Contributing corporation:Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen. Institut für Straßenwesen
Release Date:2018/10/22
Tag:Benutzung; Bewertung; Bitumen; Bituminöses Mischgut; Duktilität; Emulsion; Forschungsbericht; Kraft; Polymerisierung; Prüfverfahren; Recycling; Technologie; Verbesserung; Verfahren; Verhalten
Behaviour; Bitumen; Bituminous mixture; Ductility; Emulsion; Evaluation (assessment); Force; Improvement; Method; Polymerization; Recycling (mater); Research report; Technology; Test method
Institutes:Sonstige / Sonstige
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
collections:BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 31 Bituminöse Baustoffe
BASt-Beiträge / FE-Projekte

$Rev: 13581 $