Non-newtonian viscosity of polymer-modified bitumens: Fid-Bau Portal

Non-newtonian viscosity of polymer-modified bitumens

Sybilski, D.

Abstract The viscosity of road bitumen is a rational, physical property which plays an important role in the technological and quality assessment of a binder. On the other hand, it is believed that the viscosity might substitute for the penetration of a bitumen as a classification property in the appropriate standards. Measurement of the bitumen’s viscosity at lower temperatures, e.g. 60°C, creates some problems caused by the non-Newtonian character of the material. This is observed when dealing with hard bitumens and particularly with polymer-modified bitumens (PmBs). This paper presents viscosity measurements of three PmBs with a rotational viscometer. Regression analysis of the results was conducted according to the four-parameter Cross model, which enabled calculation of the absolute viscosity (or zero shear-rate viscosity). The computed flow curves according to the Cross model were compared with those according to the power-law model frequently applied for road bitumens. The calculated absolute viscosity values together with the conventional test results were applied to the Heukelom bitumen test data chart.

Resume On considère la viscosité des bitumes routiers comme une propriété physique rationnelle qui joue un rôle important dans l’évaluation technologique et qualitative d’un liant. D’autre part, on pense que la mesure de la viscosité pourrait remplacer l’essai de pénétration d’un bitume comme propriété de classification dans les normes. Les mesures de la viscosité d’un bitume aux températures les plus basses, 60°C par exemple, créent quelques problèmes à cause du caractère non Newtonien du matériau. Ceci s’observe quand on a affaire à des bitumes durs, particulièrement les bitumes modifiés aux polymères (PmB). On présente ici les mesures de viscosité de trois PmB avec un viscosimètre rotatif. Pour l’analyse de régression des résultats de mesure, on a utilisé le modèle de Cross à quatre paramètres qui permet de calculer la viscosité absolue (ou la viscosité à la vitesse de cisaillement 0). On a comparé les courbes d’écoulement calculées suivant le modèle de Cross avec celles établies d’après le modèle de la loi de puissance, cette dernière étant souvent appliquée aux bitumes routiers. On a appliqué les valeurs de viscosité absolue calculées et les résultats d’essai conventionnels au diagramme de résultats pour l’essai de Heukelom.