A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Bitumen und Chemometrie.
innovative characterisation of bitumen based on FTIR spectroscopy and multivariate analysis methods
innovative Wege der Bitumencharakterisierung mittels FTIR-Spektroskopie und multivariater Analysemethoden
Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass mithilfe der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie und der Anwendung multivariater Analysemethoden eine umfassende Charakterisierung von Bitumenproben möglich ist. Als Grundlage dienten 90 Straßenbaubitumen unterschiedlicher Herkunft, Alterungsstufe und Sorte, die mithilfe verschiedener chemischer und physikalischer Verfahren untersucht wurden. Bezüglich der FTIR-Spektroskopie erfolgte die Analyse der Bitumen nach der Methode der abgeschwächten Totalreflexion, während die gewonnenen Spektren mithilfe einer Standard Normal Variate Transformation und der Bildung der 1. Ableitung vorverarbeitet wurden. Diese vorverarbeiteten Spektren erlauben eine umfassende Charakterisierung der Straßenbaubitumen. Dabei ist zum einen eine Unterscheidung der Bitumenproben nach den übergeordneten Eigenschaften in Form der Raffinerie, des Alterungszustands und der Sorte möglich, wobei zur Erstellung der zugrunde liegenden Modelle die Diskriminanzanalyse mit vorgeschalteter Faktorenanalyse herangezogen wurde. Darüber hinaus konnten mithilfe der Methode der Partial Least Square Regression Modelle zur Beschreibung und Abschätzung des Asphaltengehalts, der Molmassen der niedermolekularen Bestandteile, des Erweichungspunkts Ring und Kugel, der Nadelpenetration sowie des komplexen Schermoduls und des Phasenwinkels aus den Untersuchungen mittels Dynamischen Scherrheometer erstellt werden. Anhand der Spektren der nicht gealterten Bitumenproben ist weiterhin eine Bewertung der rheologischen Alterungsempfindlichkeit möglich. Eine Beschreibung der Molmassen der höhermolekularen Bestandteile, der Gehalte der Maltenfraktionen, der Biegekriechsteifigkeit und des m-Werts aus der Untersuchung mittels Biegebalkenrheometer sowie der Affinität gelang hingegen nicht. Über die erarbeiteten Modelle hinaus konnten weiterhin Abhängigkeiten zwischen dem Aufbau des Bitumens und unterschiedlichen Eigenschaften bzw. Kennwerten gefunden werden. So ließen sich für die Bitumen der verschiedenen Raffinerien Unterschiede in der molekularen Zusammensetzung und Struktur der aliphatischen sowie der aromatischen Verbindungen nachweisen. In Bezug auf das Alterungsverhalten des Bitumens konnte mit steigendem Alterungsfortschritt eine Zunahme von sauerstoffhaltigen und aromatischen Verbindungen festgestellt werden, während sich für die Unterscheidung der Sorten ebenfalls ein steigender Gehalt an sauerstoffhaltigen Verbindungen mit zunehmender Härte einstellt. Entsprechend dieser Abhängigkeiten konnten mit steigenden Gehalten an sauerstoffhaltigen und aromatischen Verbindungen eine Zunahme des Asphaltengehalts, der Viskosität, der Steifigkeit sowie des elastischen Verformungsverhaltens und eine Abnahme der Kriechrate festgestellt werden. Nach den Ergebnissen dieser Arbeit stellt die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie in Kombination mit der chemometrischen Auswertung eine geeignete Methode zur schnellen Bitumenanalyse dar, mit der sowohl eine umfassende Charakterisierung bezüglich verschiedener relevanter Eigenschaften als auch Untersuchungen der Zusammensetzung und Struktur möglich sind.
Bitumen und Chemometrie.
innovative characterisation of bitumen based on FTIR spectroscopy and multivariate analysis methods
innovative Wege der Bitumencharakterisierung mittels FTIR-Spektroskopie und multivariater Analysemethoden
Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass mithilfe der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie und der Anwendung multivariater Analysemethoden eine umfassende Charakterisierung von Bitumenproben möglich ist. Als Grundlage dienten 90 Straßenbaubitumen unterschiedlicher Herkunft, Alterungsstufe und Sorte, die mithilfe verschiedener chemischer und physikalischer Verfahren untersucht wurden. Bezüglich der FTIR-Spektroskopie erfolgte die Analyse der Bitumen nach der Methode der abgeschwächten Totalreflexion, während die gewonnenen Spektren mithilfe einer Standard Normal Variate Transformation und der Bildung der 1. Ableitung vorverarbeitet wurden. Diese vorverarbeiteten Spektren erlauben eine umfassende Charakterisierung der Straßenbaubitumen. Dabei ist zum einen eine Unterscheidung der Bitumenproben nach den übergeordneten Eigenschaften in Form der Raffinerie, des Alterungszustands und der Sorte möglich, wobei zur Erstellung der zugrunde liegenden Modelle die Diskriminanzanalyse mit vorgeschalteter Faktorenanalyse herangezogen wurde. Darüber hinaus konnten mithilfe der Methode der Partial Least Square Regression Modelle zur Beschreibung und Abschätzung des Asphaltengehalts, der Molmassen der niedermolekularen Bestandteile, des Erweichungspunkts Ring und Kugel, der Nadelpenetration sowie des komplexen Schermoduls und des Phasenwinkels aus den Untersuchungen mittels Dynamischen Scherrheometer erstellt werden. Anhand der Spektren der nicht gealterten Bitumenproben ist weiterhin eine Bewertung der rheologischen Alterungsempfindlichkeit möglich. Eine Beschreibung der Molmassen der höhermolekularen Bestandteile, der Gehalte der Maltenfraktionen, der Biegekriechsteifigkeit und des m-Werts aus der Untersuchung mittels Biegebalkenrheometer sowie der Affinität gelang hingegen nicht. Über die erarbeiteten Modelle hinaus konnten weiterhin Abhängigkeiten zwischen dem Aufbau des Bitumens und unterschiedlichen Eigenschaften bzw. Kennwerten gefunden werden. So ließen sich für die Bitumen der verschiedenen Raffinerien Unterschiede in der molekularen Zusammensetzung und Struktur der aliphatischen sowie der aromatischen Verbindungen nachweisen. In Bezug auf das Alterungsverhalten des Bitumens konnte mit steigendem Alterungsfortschritt eine Zunahme von sauerstoffhaltigen und aromatischen Verbindungen festgestellt werden, während sich für die Unterscheidung der Sorten ebenfalls ein steigender Gehalt an sauerstoffhaltigen Verbindungen mit zunehmender Härte einstellt. Entsprechend dieser Abhängigkeiten konnten mit steigenden Gehalten an sauerstoffhaltigen und aromatischen Verbindungen eine Zunahme des Asphaltengehalts, der Viskosität, der Steifigkeit sowie des elastischen Verformungsverhaltens und eine Abnahme der Kriechrate festgestellt werden. Nach den Ergebnissen dieser Arbeit stellt die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie in Kombination mit der chemometrischen Auswertung eine geeignete Methode zur schnellen Bitumenanalyse dar, mit der sowohl eine umfassende Charakterisierung bezüglich verschiedener relevanter Eigenschaften als auch Untersuchungen der Zusammensetzung und Struktur möglich sind.
Bitumen und Chemometrie.
innovative characterisation of bitumen based on FTIR spectroscopy and multivariate analysis methods
innovative Wege der Bitumencharakterisierung mittels FTIR-Spektroskopie und multivariater Analysemethoden
Bitumen and chemometrics
Weigel, Sandra (author)
2018
Miscellaneous
Electronic Resource
German
DDC:
691
Ageing in modified bitumen using FTIR spectroscopy
| Online Contents | 2015
Ageing in modified bitumen using FTIR spectroscopy
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Recommendations for handling bitumen prior to FTIR spectroscopy
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