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as 02/19

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16 Schwerpunkt:

16 Schwerpunkt: Rejuvenatoren keit eines Rejuvenators bzw. der Unterscheidung zwischen Rejuvenator und Weichmacher wird durch das BLACK-Diagramm ermöglicht. Nach dem bisherigen Stand des Wissens können mithilfe dieser Diagrammform (vgl. Abbildung 5) folgende Aussagen visualisiert werden: • Alterung von Bitumen führt zu einem Anstieg der Steifigkeit bzw. der Viskosität (Erhöhung des komplexen Schermoduls) und zu einer Abnahme der viskosen bzw. der Zunahme der elastischen Anteile im Bitumen (Verringerung des Phasenwinkels) • Zugabe eines Weichmachers (fluxende Wirkung) führt zu einer Verringerung der Steifigkeit/Viskosität, die visko-elastischen Anteile des Bitumens werden dabei nur marginal bis gar nicht beeinflusst • Zugabe eines Rejuvenators (verjüngende Wirkung) führt zu einer Verringerung der Steifigkeit / Viskosität bei gleichzeitiger Zunahme der viskosen Anteile (Erhöhung des Phasenwinkels) Im BLACK-Diagramm zeigt sich somit bei einem rheologisch wirksamen Rejuvenator eine Verschiebung des Kurvenverlaufs wieder in Richtung der ursprünglichen Kurve des Ausgangsbitumens vor der Alterung. Ein Weichmacher kann hingegen keine Verschiebung des Kurvenverlaufs in Richtung der ursprünglichen Lage bewirken. Die Abbildung 6 zeigt die Untersuchungsergebnisse mit der DSR-Analytik im BLACK-Diagramm. Anhand des Diagramms lässt sich deutlich die Verschiebung des Kurvenverlaufs des RTFOT- und PAV-gealterten Straßenbaubitumens 50/70 nach der Zugabe des Additivs 2.0 in Richtung des ursprünglichen Verlaufs des frischen Basisbitumens erkennen. Aus rheologischer Sicht liegt das verjüngte Bitumen auch nach dieser Betrachtungsweise mit dem kurzzeitgealterten 50/70 (nach RTFOT) auf einem vergleichbaren Niveau. Das Kälteverhalten eines Bitumens ist gerade im Umgang mit gealterten Bitumen von entscheidender Bedeutung. Aus den Untersuchungen mit dem Bending-Beam-Rheometer konnte bei einem Grenzwert für die Biegesteifigkeit von 300 MPa und für den m-Wert von 0,3 auch hier gezeigt werden, dass die Verjüngung des gealterten Bitumens zu einer deutlichen Verbesserung der Kälteeigenschaften geführt hat. Auszugsweise sind in Abbildung 7 die Ergebnisse der Kälteuntersuchungen (hier: Biegesteifigkeit) dargestellt. Hieran lässt sich deutlich erkennen, dass die Biegesteifigkeit nach der Verjüngung für das Tieftemperaturverhalten sogar günstiger liegt als die des frischen Basisbitumens. Erst nach der Kurz- und Langzeitalterung steigt die Steifigkeit auf das Niveau des Frischbitumens an. Bezüglich der Relaxationsfähigkeit des Bitumens (m-Wert) ist die Wirkung im Vergleich zur Biegesteifigkeit nicht ganz so stark ausgeprägt – hier konnte aber ebenfalls nach der Verjüngung das Niveau des RTFOT-gealterten Bitumens erreicht werden. Neben den reinen Bitumenuntersuchungen ist die Wechselwirkung mit verschiedenen Mineralstoffen für Abbildung 4: Phasenwinkel in Abhängigkeit von äquivalenter Temperatur Täq Abbildung 5: Beispielhafte Darstellung von Bitumenalterung und -verjüngung im BLACK-Diagramm Abbildung 2|2019 6: BLACK-Diagramm zum Nachweis der rheologisch wirksamen Verjüngung Abbildung 7: Ergebnisse Biegesteifigkeiten im BBR

Schwerpunkt: Rejuvenatoren 17 die Bewertung eines Rejuvenators ebenfalls von besonderer Bedeutung. Mit den Rolling-Bottle-Versuchen konnte gezeigt werden, dass die Affinität des Bindemittels zum Gestein nach der Zugabe des Additivs bzw. auch nach weiterer Alterung durch RTFOT und PAV nach jeweils 6 h, 24 h und 72 h auf einem gemeinsamen Niveau liegen. Ein negativer Einfluss auf die Adhäsionseigenschaften konnte an dieser Stelle ausgeschlossen werden. Die Abbildung 8 veranschaulicht die Untersuchungsergebnisse des durchgeführten Delta-Ring- und -Kugel- Verfahrens. Im Rahmen der Untersuchungen wurde das gealterte 50/70 (nach RTFOT+PAV) und das verjüngte Bitumen sowohl mit Kalksteinmehl als auch mit Diabasfüller gemischt und geprüft. Als Indikator für eventuelle Wechselwirkungen mit den beiden Füllern wurde die Zunahme des Erweichungspunkts Ring und Kugel im unmittelbaren Vergleich zwischen jeweils den Varianten „gealtertes Bitumen und gealtertes Bitumen + Füller“ und „verjüngtes Bitumen und verjüngtes Bitumen + Füller“ herangezogen. Falls eine Wechselwirkung bzw. ein Einfluss auf die Wirksamkeit vorliegt, müsste bei Zugabe eines Füllers die Versteifung signifikant bis auf das Niveau des gealterten Bitumens ansteigen. Aus den gewonnenen Ergebnissen (Abb. 8) lässt sich somit ableiten, dass die verjüngende Wirkung nach dem bisherigen Erkenntnisstand des Additivs 2.0 durch die mineralischen Komponenten nicht beeinflusst wird. Zusammenfassend können aus den durchgeführten Untersuchungen folgende Schlüsse für rheologisch wirksame Rejuvenatoren gezogen werden: • Ein Rejuvenator muss sowohl die physikalischen als auch die rheologischen Eigenschaften eines Bitumens wiederherstellen können. • Eine wiederholte Alterung sollte zu keiner beschleunigten Alterung führen. • Der Einsatz eines Rejuvenators sollte zu keinen negativen Wechselwirkungen zwischen Gestein und Bitumen führen. • Die Wirkung eines Rejuvenators sollte durch die mineralische Komponente des Asphalts nicht negativ beeinflusst werden. Abbildung 8: Untersuchungsergebnisse versteifender Einfluss von Füller Fazit Ausblick Anhand des hier vorgestellten Versuchsprogramms konnte deutlich gezeigt werden, dass labortechnisch grundsätzlich die Möglichkeit besteht, Rejuvenatoren hinsichtlich ihrer Wirkungsweise adäquat zu beschreiben. Hierfür sollten neben den klassischen und vertragsrechtlich immer noch bedeutsamen physikalischen Parametern (z. B. RuK, NP) vorrangig aber auch entsprechende rheologische Untersuchungen erfolgen. Nach den bisherigen Erkenntnissen bieten in diesem Zusammenhang gerade rheologische Untersuchungen (z. B. mit dem DSR) die Möglichkeit, unterschiedliche Produkte nach einer rein plastifizierenden/erweichenden Wirkung oder einer rheologisch wirksamen Verjüngung einzuordnen. Am Beispiel der Untersuchungen des Additivs 1.0 konnte grundsätzlich hergeleitet werden, dass nicht nur alleine die Betrachtungen der Wirkung eines Rejuvenators im Bitumen zielführend sind, sondern vielmehr auch eventuelle Wechselwirkungen mit den mineralischen Komponenten eines Asphalts zwingend in die Betrachtungen miteinbezogen werden müssen. Ebenso spielt im Hinblick auf die Nachhaltigkeit eines verjüngten Asphalts auch das Alterungsverhalten nach der Verjüngung eine entscheidende Rolle. An dieser Stelle müssen beschleunigte Alterungsprozesse grundsätzlich während der Liegezeit/Nutzungsdauer ausgeschlossen werden können. Aufgrund der durchwegs positiven Laborergebnisse des geprüften Rejuvenators („Additiv 2.0“) wurde dieser im Rahmen von zwei Erprobungstrecken in der Stadt Münster eingesetzt. Der zweite Teil dieser Veröffentlichung befasst sich in diesem Zusammenhang mit den labortechnischen Voruntersuchungen, der Herstellung des Asphaltmischguts im Asphaltmischwerk, dem Einbau des Asphalts und der durchgeführten Kontroll- und erweiterten Untersuchungen zur Validierung der vorangegangenen Laborergebnisse. • LITERATUR AUTOR Dr.-Ing. Daniel Gogolin Ingenieurgesellschaft PTM Dortmund mbH Frische Luft 155 44319 Dortmund-Wickede www.ptm.net daniel.gogolin@ptm.net [1] Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltverträglichen Bewirtschaftung von Abfällen (Kreislaufwirtschaftsgesetz – KrWG) vom 24. Februar 2012 (BGBl. I S. 212) [2] Technische Lieferbedingungen für Asphaltgranulat, TL AG-StB, Ausgabe 2009, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV), Köln [3] Merkblatt für die Wiederverwendung von Asphalt, M WA, Ausgabe 2009, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV), Köln [4] SHEN, J. ; AMIRKHANIAN, S. ; MILLER, J.: Effects of Rejuvenating Agents on Superpave Mixtures Containing Reclaimed Asphalt Pavement. In: Journal of Materials in Civil Engineering (2007), S. 376–384 [5] Deutscher Asphaltverband e.V., 2014. Wiederverwenden von Asphalt, Bonn. [6] EAPA Position Paper Rejuvenators – August 2018 2|2019