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as 02/19

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14 Schwerpunkt:

14 Schwerpunkt: Rejuvenatoren Abbildung 2: Untersuchungsergebnisse Nadelpenetration Abbildung 3: Untersuchungsergebnisse Erweichungspunkt Ring und Kugel muss somit deutlich zwischen sogenannten Weichmachern und Rejuvenatoren unterschieden werden: Rejuvenatoren bewirken eine Reduzierung der Viskosität bei gleichzeitiger Wiederherstellung der viskoelastischen (rheologischen) Eigenschaften eines gealterten bitumenhaltigen Bindemittels. Das Alterungsverhalten des rejuvenierten bitumenhaltigen Bindemittels wird nicht negativ beeinflusst und entspricht im Wesentlichen dem Alterungsverhalten eines Frischbindemittels. Weichmacher bewirken eine Reduzierung der Viskosität, können aber die viskoelastischen (rheologischen) Eigenschaften eines bitumenhaltigen Bindemittels nicht wiederherstellen. Weichmacher erweichen bzw. plastifizieren das Bindemittel lediglich. Durch die Zugabe eines Weichmachers in ein bitumenhaltiges Bindemittel kann es durch z. B. leicht flüchtige Bestandteile unter Umständen zu einem beschleunigten Alterungsverhalten kommen. Ergänzend hierzu wird im Positionspapier „Rejuvenators“ der European Asphalt Pavement Association [6] zusätzlich darauf hingewiesen, dass Rejuvenatoren grundsätzlich nur dann eingesetzt werden sollten, wenn • keine Umweltbelastungen und Gesundheits- und Sicherheitsgefahren während der Lagerung, der Verarbeitung, der Herstellung und der Anwendung entstehen. • die zukünftige Wiederverwendung und Wiederverwertbarkeit der Asphalte nicht gefährdet werden. • sich keine negativen Auswirkungen auf die technische Qualität des Produkts (Asphalt) ergeben. Labortechnisches Untersuchungsprogramm Das durchgeführte Untersuchungsprogramm ist in Abbildung 1 in Form eines Flussdiagramms dargestellt. Das Untersuchungsprogramm gliederte sich insgesamt in vier Untersuchungsschritte (Steps). Als Basisbindemittel für alle Untersuchungen wurde ein Straßenbaubitumen 50/70 nach TL Bitumen 07/13 ausgewählt. Als Rejuvenatoren kamen zwei unterschiedliche Produkte (hier: Additiv 1.0 und Additiv 2.0) zum Einsatz, die zum Zeitpunkt der Untersuchungen noch nicht am Markt verfügbar waren. In einem ersten Schritt wurde das verwendete Basisbitumen jeweils durch die Nadelpenetration und den Erweichungspunkt Ring und Kugel physikalisch charakterisiert. Das Basisbitumen wurde daraufhin in ausreichender Menge für alle nachstehenden Untersuchungen kurz- und langzeitgealtert (RTFOT nach DIN EN 12607-1 und PAV nach DIN EN 14769). Die Wirksamkeit der beiden Additive wurde anschließend mittels Nadelpenetration und Erweichungspunkt Ring und Kugel am gealterten Basisbitumen (RTFOT und PAV) und nach Zugabe von jeweils 3 M.-% beider Additive untersucht. Anschließend wurde das verjüngte Bitumen noch einmal kurz- und langzeitgealtert und analysiert. Im zweiten Schritt wurde die rheologische Wirksamkeit der Rejuvenatoren mittels Dynamischem Scherrheometer (DSR) in Anlehnung an die DIN EN 14770 (vgl. Prüfparameter Tabelle 1) und Biegebalkenrheometer (BBR) nach DIN EN 14771 analog zu den Alterungsstufen gemäß Step 1 untersucht. Das Haftverhalten zwischen Gestein und Bitumen sollte durch die Zugabe von Additiven grundsätzlich nicht negativ beeinflusst werden. Hierzu wurde im Step 3 das Adhäsionsverhalten mittels Rolling-Bottle-Test nach TP Asphalt-StB Teil 11 am Basisbitumen und im unmittelbaren Vergleich nach Zugabe beider Additive nach der Langzeitalterung nach jeweils 6, 24 und 72 Stunden geprüft. Im letzten Arbeitsschritt wurde der Einfluss verschiedener Füller (hier: Kalksteinmehl und Diabasmehl) auf die Wirkungsweise der Additive überprüft. Als Indikator für eine mögliche Einschränkung des Wirkungsgrads eines Rejuvenators durch eventuell auftretende Wechselwirkungen zwischen Bitumen und (u. a. hochreaktivem) Füller aufzuzeigen, wurde an dieser Stelle das Delta-Ringund Kugel-Verfahren nach DIN EN 13179-1 angewendet. 2|2019

Schwerpunkt: Rejuvenatoren 15 Ergebnisse der Untersuchungen Grundsätzlich zeigten im Rahmen des Projekts beide geprüften Additive vergleichbare Ergebnisse im Hinblick auf die physikalische und rheologische Wirksamkeit. Allerdings hat sich durch die Untersuchungen in Step 4 herauskristallisiert, dass die Zugabe von Kalksteinmehl die Wirkung des Additivs 1.0 nahezu vollständig negiert. Da es in der Praxis – gerade durch die Zugabe von Asphaltgranulat – nicht auszuschließen ist, dass Kalksteinmehl oder andere hochreaktive Mineralkomponenten Bestandteil des Asphaltmischguts sind, wurde das Additiv 1.0 für diesen Anwendungsfall an dieser Stelle nicht weiterverfolgt. Anhand der durchgeführten Untersuchungen konnte sowohl auf physikalischer als auch auf rheologischer Ebene die Wirkung des Additivs 2.0 deutlich herausgearbeitet werden. Die Abbildungen 2 und 3 zeigen hierbei die Wirkung des Additivs auf das gealterte Basisbitumen hinsichtlich der Nadelpenetration und des Erweichungspunkts Ring und Kugel in den Zuständen vor und nach Verjüngung und jeweils nach unterschiedlichen Alterungsstufen. Zusammenfassend konnte sowohl hinsichtlich der Ergebnisse der Nadelpenetration als auch des Erweichungspunkts Ring und Kugel gezeigt werden, dass nach der Zugabe von 3 % des Additivs 2.0 der Langzeitalterungseffekt (PAV) nahezu vollständig negiert wurde. So konnte bei einer Zugabe von 3 % des Additivs 2.0 eine Reduzierung des Erweichungspunkts Ring und Kugel von 11,6 °C (≈ 3,8 °C je 1 %) und eine Erhöhung der Nadelpenetration von 22 1 / 10 mm (≈ 7,3 1 / 10 mm je 1 %) erreicht werden. Beim Einsatz von Rejuvenatoren ist die unmittelbare Betrachtung des Alterungsverhaltens nach der Verjüngung von besonderer Bedeutung. Hierbei sollte sich bei wiederholter Alterung des verjüngten Bitumens keine signifikante Abweichung zum Alterungsverhaltens des verwendeten Basisbitumens zeigen. Aus bisherigen Erfahrungen kann es aber gerade bei Produkten mit leicht flüchtigen Bestandteilen hier zu sprunghaften und signifikanten Alterungsanstiegen kommen. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse aus den Laborprüfungen konnte für das Additiv 2.0 nach den beiden zusätzlichen Alterungsstufen ein zum Basisbitumen vergleichbares Alterungsverhalten attestiert werden. In Abbildung 3 werden die Prüfergebnisse aus der DSR-Analytik als Phasenwinkel in Abhängigkeit der Äquivalenztemperatur Täq dargestellt. Diese Darstellungsform erlaubt es, die Wirksamkeit des Rejuvenators auf rheologischer Basis anschaulich zu demonstrieren. Die Ergebnisse der physikalischen Untersuchungen konnten durch diese rheologische Betrachtungsweise zusätzlich untermauert werden. So konnte nach der Verjüngung mit dem Additiv 2.0 eine Zunahme des Phasenwinkels von 2,8 ° und einer Abnahme der Äquivalenztemperatur von - 9,0 °C verzeichnet werden. Somit befindet sich – rheologisch betrachtet – das verjüngte Bitumen nahezu auf dem Niveau des ursprünglichen Basisbitumens nach der Kurzzeitalterung (RTFOT). Die Langzeitalterung wurde demnach hinsichtlich der ermittelten rheologischen Kennwerte approximativ negiert. Die wiederholte Alterung des verjüngten Bitumens führt ebenfalls zu einem vergleichbaren Alterungsverlauf wie der des Ausgangsbasisbitumens. Eine weitere Darstellungsmöglichkeit und Bewertung der rheologischen Wirksam- Tabelle 1: Prüfparameter zur Best. der rheologischen Bindemittelkennwerte mit dem DSR Messsystem Platte/Platte Prüfart weggesteuert/oszillierend Vorgegebene Deformation 0,5 bis 1,0 % Prüftemperaturbereich -10 bis 60 °C bzw. 60 bis 150 °C Prüfintervalle 10 °C Prüffrequenzen 1,59 Hz Zeit der Temperierung zwischen den Prüfintervallen 15 min Probendurchmesser 8 mm bzw. 25 mm Spaltbreite 1 mm Der Weg zu einer besseren Infrastruktur. Um neue Bau- und Instandhaltungsprojekte von Straßen und Brücken schneller, einfacher und besser durchführen zu können, bietet Topcon Ihnen die zukunftsweisende Technologien, die Sie produktiver werden lassen. The Intersection of Infrastructure and Technology Bauma 2019 · Halle / Stand A2.249 2|2019 Telefon: +49 40 22 63 316-0 · www.topconpositioning.de