Rheological properties of bitumen in water emulsions with added solids

Authors


Abstract

Experimental work was carried out to investigate the rheological properties of bitumen in water emulsions containing solids of different shape and size. The bitumen volumetric concentration was varied up to 60%, solids free basis, and the solids volume fraction (total volume basis) was varied up to 0.2. Irregular-shaped silica sand (average diameter: 9 and 33 μm) and smooth spherical glass beads (average diameter: 27 and 44 μm) were used as the added solids.

In the low shear stress range, shear thinning behavior was observed for bitumen in water emulsions. At high shear stress, the viscosity of the emulsions became fairly independent of the shear stress. The addition of solids to the bitumen emulsions increased the mixture viscosity. The addition of irregular-shaped silica sand gave a higher viscosity than a similar addition of the spherical glass beads. The viscosity of the emulsion/solids mixtures was influenced by the solids size as well; the smaller size particles gave a higher viscosity.

The addition of solids to the bitumen emulsions also induced shear thickening (dilatancy) behavior at high solids volume fraction. The degree of the shear thickening increased with the oil concentration.

Abstract

On a effectué une étude expérimentale afin d'examiner les propriétés rhéologiques du bitume dans des émulsions d'eau contenant des solides de formes et de tallies diverses. On a varié la concentration volumétrique du bitume jusqùà 60%, la base sans solides ainsi que la fraction de volume des solides (volume de base total) jusqù à 0,2. Du sable de silice de forme irreguliére (diamètre moyen: 9 et 33 μm) et des billes de verre sphériques lisses (diamètre moyen: 27 et 44 μm) ont été utilisés comme solides ajoutés.

Pour de faibles contraintes de cisaillement, un comportement rhéofluidifiant a été observé pour du bitume dans des émulsions d'eau. Pour de grandes contraintes de cisaillement, la vitesse d'émulsion devient relativement indépendante de la contrainte de cisaillement. L'ajout de solides aux émulsions de bitume augmente la viscosité du mélange. L'ajout de sable de silice de forme irrégulière donne une viscosité plus grande qu'avec l'ajout similaire de billes de verre sphériques. La viscosité des mélanges émulsion/solides est également influencée par la taille des solides; les particules de taille inférieure donnent une plus grande viscosité.

L'ajout de solides aux émulsions de bitume entraîne également un comportement rhéofluidifiant (dilatation) lorsque la fraction du volume des solides est élevée. Le degré de rhéoépaississement augmente avec la concentration en huile.

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