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as 05/19

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14 Schwerpunkt: Bitumen

14 Schwerpunkt: Bitumen Bindemittelkonzept Neue Idee für „Long Life“ Inspiriert von der Diskussion über die Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen und dem damit verbundenen Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau ARS 11/2012 sowie den Änderungen und Ergänzungen in den technischen Regelwerken hat sich Total Bitumen Deutschland die Frage gestellt, welchen unmittelbaren Beitrag ein Bitumenproduzent zur Dauerhaftigkeit liefern kann. Von Dr. Tobias Hagner Mit neuem Bindemittelkonzept der zunehmenden Verkehrsbelastung begegnen (Quelle: Pixabay) 5|2019

Schwerpunkt: Bitumen 15 In der Erkenntnis, dass zusätzliche Bitumenprüfungen zwar der Bestätigung unseres Qualitätsbewusstseins dienen, wurden bei Total Bitumen Lösungen erörtert, die den Veränderungen der Bindemitteleigenschaften während der Nutzungsdauer entgegenwirken. Bitumen ist ein Naturprodukt – es altert. Die Verbesserung der Dauerhaftigkeit kann daher nur durch Maßnahmen, die die äußeren Beanspruchungen mindern, oder durch Eingriffe in die chemische Struktur erzielt werden. Da ein Bitumenlieferant wenig Einfluss auf die Herstellungstemperaturen von Asphalt, die Mischdauer, den Bindemittelgehalt und der damit verbundenen Bindemittelfilmdicke oder den Hohlraumgehalt des Asphalts hat, bestand die Herausforderung darin, die chemische Struktur von Bitumen so zu verändern, dass der oxidative Alterungsprozess gehemmt wird. Im Folgenden wurde ein Projekt definiert, mit dem Ziel, ein neues Bitumen zu entwickeln, das eine hohe Beständigkeit gegen oxidative Alterung aufweist, um die Dauerhaftigkeit des Asphalts im Straßenbau zu erhöhen. Bei der Erarbeitung der Technologie stand primär die Oxidationsbeständigkeit des Bitumens im Fokus. Für die Erfolgskontrolle waren Kriterien für die Beurteilung des Alterungsverhaltens sowie geeignete Simulationsverfahren für die Beanspruchungen festzulegen. Konventionelle Bindemittelkennwerte Da das Alterungsverhalten von Straßenbaubitumen und Polymermodifizierten Bitumen bis dato standardmäßig anhand der Zunahme des Erweichungspunktes Ring und Kugel nach thermischer und oxidativer Beanspruchung bewertet wird, wurde aus laborökonomischen Gründen diese Vorgehensweise aufgegriffen. Die Prognose des Alterungsverhaltens der Bitumen erfolgte durch die genormten Beanspruchungsverfahren der Kurzzeitalterung (RTFOT) und der Langzeitalterung (RTFOT & PAV). Der RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) [3] ist ein Verfahren zur Bestimmung der kombinierten Wirkungen von Wärme bei T = +163 °C und Luft auf einen rollierenden dünnen Film aus bitumenhaltigem Bindemittel über eine Zeitdauer von t = 75 min. Die Kurzzeitalterung mittels RTFOT soll die Verhärtung von bitumenhaltigen Bindemitteln während des Mischvorgangs in einer Asphaltmischanlage simulieren. Der PAV (Pressure Ageing Vessel) [4] ist ein Konditionierungsverfahren zur beschleunigten Langzeitalterung von bitumenhaltigen Bindemitteln unter erhöhten Temperaturen von T = +100 °C in einem Druckbehälter mit p = 2,1 MPa für die Zeitdauer von t = 20 h. In der Kombination aus RTFOT und PAV werden die Eigenschaften von bitumenhaltigen Bindemitteln nach mehrjähriger Nutzungsdauer im Asphalt abgebildet. Unter der gewählten Vorgehensweise wurde im Verlauf der Abwicklung des Projektes „Long Life“ letztlich ein Lösungsansatz entwickelt, der hinsichtlich der konventionellen Bitumeneigenschaften die angestrebten Veränderungen erzielte. Eigenschaft 50/70 50/70 Long Life Erweichungspunkt RuK [°C] 51 52 Penetration [dmm] 58 63 Beständigkeit gegen Verhärtung RTFOT - Erweichungspunkt RuK [°C] 57,2 55,8 - Änderung des EP RuK [°C] 6,2 3,8 - Penetration [dmm] 38 51 - Verbl. Penetration [%] 66 81 Beständigkeit gegen Verhärtung RTFOT und PAV - Erweichungspunkt RuK [°C] 68,6 62,6 - Änderung des EP RuK [°C] 17,6 10,6 - Penetration [dmm] 23 29 - Verbl. Penetration [%] 40 46 In der Tabelle 1 sind die Erweichungspunkte Ring und Kugel sowie die Nadelpenetrationen eines Standardbitumens 50/70 denen des neuartigen Bitumens 50/70 „Long Life“ vergleichend gegenübergestellt. Die ermittelten Prüfergebnisse offenbaren beim Bitumen 50/70 „Long Life“ deutlich geringere Alterungseffekte infolge simulierter Alterung im Laboratorium. Rheologische Bindemittelkennwerte Diese positiven Ergebnisse der konventionellen Bitumenkennwerte wurden anschließend mit physikalischen Messmethoden im Dynamischen Scherrheometer (DSR) validiert. Alisov [1] hat nachgewiesen, dass die Temperatur des Erweichungspunktes bei Straßenbaubitumen der Temperatur entspricht, bei der das Bitumen einen Komplexen Schermodul von G* = 15 kPa aufweist. Aus den nach unterschiedlichen Beanspruchungszuständen gewonnenen Ergebnissen kann unter Berücksichtigung der zugehörigen Phasenwinkel – dem beschreibenden Kennwert für das visko-elastische Materialverhalten – ASPHALTCONTAINER, -MULDEN & -VERTEILER amtec-abt GmbH, 57334 Bad Laasphe (+49) 0 27 54 - 22 09 650 Tabelle 1: Konventionelle Bitumenkennwerte vor und nach Alterung. STAND: F 103 amtec-abt.de 5|2019