Viscoelastic properties of bitumens in continuous and cyclic deformation

Summary

Viscoelastic properties of bitumens have been investigated under cyclic and continuous shear deformation and under the joint effect of both types of deformation. The experimental results indicate a similarity between the viscoelastic behaviour of bitumens and polymer systems. It is shown that for the bitumens studied the curves of the loss modulus against frequency in the linear region, and of the shear stress against the shear rate, coincide. Relaxation spectra of bitumens have been constructed, which point to a relaxation-time distribution more complicated than theGaussian distribution. It has been established that cyclic deformation with large amplitudes causes the truncation of the low-frequency portion of the curves of the storage and loss moduli against frequency, which is higher, the greater the deformation rate amplitude. The dependence of the absolute value of the complex viscosity on the deformation rate amplitude, in the range of large amplitudes, is symbatic to the dependence of the apparent viscosity on the shear rate. The deformation rate amplitude, however, affects the absolute value of the complex viscosity and the apparent viscosity in different ways.

Zusammenfassung

Untersucht wurden Zäh- und Elastizitätseigenschaften von Bitumensorten bei zyklischer und kontinuierlicher Schubverformung und bei Vereinigung beider Verformungsbeanspruchungen. Die Versuchsergebnisse zeugen von ähnlichem Zäh- und Elastizitätsverhalten von Bitumen und Polymerstoffen. Es wurde gezeigt, daß für die untersuchten Bitumensorten die Abhängigkeit der dynamischen Viskosität von der Frequenz im linearen Gebiet und die der effektiven Viskosität von der Schubgeschwindigkeit zusammenfallen. Aufgestellt wurden Relaxationsspektren von Bitumen, die vom Vorhandensein einer Relaxationszeitverteilung zeugen, die komplizierter als dieGaußsche Verteilung ist. Es wurde festgestellt, daß die zyklische Verformung mit großen Scheitelwerten eine Abstumpfung vom Niederfrequenzteil der Frequenzabhängigkeiten der Elastizitätsmoduln und der Verluste verursacht, wobei die Abstumpfung um so höher liegt, je größer die Amplitude der Verformungsgeschwindigkeit ist. Die Abhängigkeit des Absolutwertes der komplexen Viskosität von der Amplitude der Verformungsgeschwindigkeit im Bereich der höheren Amplituden ist der Abhängigkeit der effektiven Viskosität von der Schubgeschwindigkeit formähnlich. Jedoch wirkt die Amplitude der Verformungsgeschwindigkeit verschiedenartig auf den Absolutwert der komplexen Viskosität und auf die effektive Viskosität ein. Es wurde eine Vermutung über die komplizierte Art der Änderung des Relaxationsspektrums bei zyklischer Verformung mit großen Amplituden geäußert.