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36<br />

Schwerpunkt: Qualagon<br />

Abbildung 10:<br />

Scher-Kriechnachgiebigkeiten<br />

bei<br />

-10 °C vor und nach<br />

Alterung<br />

K riechnachgiebigkeit bei -10 ° C, gealtert [%/h ]<br />

Scher-<br />

50,00<br />

5,00<br />

0,50<br />

Bitumen 50/70<br />

Bitumen 160/220<br />

PmB 25/55-55 A<br />

PmB 45/80-50 A RC<br />

25/35 V<br />

Mit dem Speichermodul wird der elastische Steifigkeitsanteil<br />

des Komplexen Schermoduls quantifiziert. Für<br />

die Berechnung muss dazu der Komplexe Schermodul<br />

mit dem Cosinus des Phasenwinkels multipliziert werden.<br />

G‘ = G*∙cos δ [Pa]<br />

Diese Berechnung erfolgt konstant für alle Bindemittel<br />

bei 15 kPa. Die variable Größe ist dann der Phasenwinkel.<br />

Anschließend wird das Ergebnis, der Speichermodul bei<br />

dieser Äquisteifigkeitstemperatur, durch diese Temperatur<br />

dividiert.<br />

0,<strong>05</strong><br />

0,<strong>05</strong> 0,50 5,00 50,00<br />

Scher-Kriechnachgiebigkeit bei -10 °C, frisch [%/h]<br />

relG‘ (G*15kPa) = G‘ (G*15kPa) /T (G*15kPa) <br />

[Pa/°C]<br />

Abbildung 11: Empfohlene<br />

vierachsige Darstellung<br />

mit Grenz-/Erfahrungsbereichen<br />

für ein Bitumen<br />

50/70<br />

Zunahme EP RuK [°C]<br />

0<br />

5<br />

10<br />

temperaturabhängige Verlauf des Komplexen Schermoduls<br />

(halblogarithmisch) und des Phasenwinkels (linear).<br />

Für die untersuchten PmB 25/55-55 A ist diese Art der<br />

Ergebnisdarstellung den Abbildungen 4 und 5 zu entnehmen.<br />

Trotz der halblogarithmischen Darstellung lässt sich<br />

feststellen, dass die Komplexen Schermodule bei Betrachtung<br />

einer Bindemittelsorte (im frischen Zustand) nur<br />

geringe Unterschiede aufweisen. Nach der Bindemittelalterung<br />

ergeben sich dann etwas größere Spannweiten<br />

der Komplexen Schermodule. Noch größere Unterschiede<br />

sind beim Phasenwinkel zu erkennen, insbesondere<br />

unter Berücksichtigung der Veränderung infolge der<br />

Alterung.<br />

Bei der Suche nach charakterisierenden oder identifizierenden<br />

rheologischen Kennwerten fiel das Augenmerk<br />

auf drei Werte, bei denen der Phasenwinkel eine dominierende<br />

Bedeutung einnimmt und ein unterschiedlicher<br />

Temperaturbereich angesprochen wird.<br />

Kennwert 1: Relativer Speichermodul bei Äquisteifigkeitstemperatur,<br />

relG‘ (G*15kPa)<br />

15<br />

20<br />

25<br />

65<br />

60<br />

55<br />

50<br />

45<br />

40<br />

35<br />

30<br />

EP RuK (frisch) [°C]<br />

2,0 1,0 0,0<br />

-1,0 -2,0 -3,0<br />

3,0<br />

2,0<br />

1,0<br />

0,0<br />

PI (frisch) [-]<br />

Die relativen Speichermodule bei der Äquisteifigkeitstemperatur<br />

wurden so für alle untersuchten Bindemittel<br />

jeweils vor und nach Alterung errechnet. Aufgetragen in<br />

einem X-Y-Diagramm, ergeben sich die in Abbildung 6<br />

erkennbaren Differenzierungen der Bindemittel, wobei<br />

sich über die Symbole die Bindemittelart und -sorte<br />

zuordnen lassen und die Farben die Lieferstellen einteilen.<br />

Mit dieser Abbildung wird deutlich, dass sich die Bindemittelart<br />

(Modifizierung) sehr eindeutig trennen und<br />

nachweisen lässt. Die Straßenbaubitumen, die Polymermodifizierten<br />

Bitumen und die viskositätsveränderten<br />

Bitumen bilden jeweils eine eindeutig separierte Gruppe.<br />

Darüber hinaus ist aber auch vielfach eine teilweise sehr<br />

eindeutige Gruppenbildung der einzelnen Lieferstellen<br />

zu erkennen (durch die Farbe der Symbole).<br />

Kennwert 2: Cross-Over-Index bei 30 °C, COI 30<br />

Ein Bindemittel, das durch die mechanischen Eigenschaften<br />

von Bitumen dominiert wird, zeigt ein temperaturveränderliches<br />

Verhältnis zwischen elastischem und viskosem<br />

Steifigkeitsanteil (Speichermodul/Verlustmodul).<br />

Dieses temperaturabhängige Verhältnis quantifiziert der<br />

Phasenwinkel. Bei einem Phasenwinkel von 45° sind der<br />

Speichermodul (elastischer Steifigkeitsanteil) und der<br />

Verlustmodul (viskoser Steifigkeitsanteil) identisch (G‘ =<br />

G‘‘). Diese Kennstelle wird als Cross-Over-Punkt bezeichnet<br />

und definiert damit einen Temperaturpunkt. Die<br />

untersuchten Bindemittel zeigten im betrachteten Temperaturbereich<br />

(30 bis 90 °C) nur im gealterten Zustand<br />

und auch nur bei einigen wenigen Proben einen Phasenwinkel<br />

von 45° und kleiner. Vor diesem Hintergrund<br />

wurde ein Verhältniswert betrachtet (Speichermodul zu<br />

Verlustmodul bei 30 °C), mit dem die Nähe zum Cross-<br />

Over-Punkt ausgedrückt werden kann. Dieser Verhältniswert<br />

wird im Folgenden Cross-Over-Index bei 30 °C<br />

(COI 30 ) bezeichnet.<br />

Verlustmodul bei 30 °C<br />

COI 30 = ------------------------------------------- x 100 [-]<br />

Speichermodul bei 30 °C<br />

PI (gealtert) [-]<br />

-1,0<br />

-2,0<br />

-3,0<br />

Ein COI 30 von 100 bedeutet somit, dass der Phasenwinkel<br />

bei 30 °C exakt 45° beträgt. Bei einem COI 30 von über 100<br />

liegt ein 1 Phasenwinkel bei 30 °C von mehr als 45° vor,<br />

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