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as 05/19

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[ 34 Schwerpunkt:

[ 34 Schwerpunkt: Qualagon NaPe (frisch) [1/10mm] 220 Delta PI [-] 200 EP RuK (frisch) [°C] 180 90 3 160 80 Bitumen 50/70 2 140 Bitumen 160/220 70 120 PmB 25/55-55 A 1 100 60 PmB 45/80-50 A RC 0 80 50 25/35 V Zunahme EP RuK [%] 60 40 -1 6 40 30 4 50 2 40 30 -2 20 0 20 10 20-20 PI (frisch) [-] 0 0 40 -10 -2 -3 10 -2020 20 25 50 30 30 -1 40 35 50 40 60 60 45 0 70 50 70 80 55 verbl. NaPe [%} 60 1 80 NaPe (gealtert) [1/10mm] Abbildung 3: Netzdiagramm, Einfacher Ansatz, Mittelwerte je Art und Sorte 3 2 PI (gealtert) [-] 90 100 EP RuK (gealtert) [°C] weitergehende Veränderung durch Alterungsprozesse im Laufe der Nutzungsdauer wird im Labor durch eine zusätzliche Alterungsstufe mit dem PAV [5] simuliert. Dabei scheint sich nach bisherigem Kenntnisstand mit zunehmender Alterungsbeanspruchung eine größere Differenzierbarkeit der Bindemitteleigenschaften zu ergeben, sodass für qualitätsüberwachende Untersuchungen eine Aufweitung der Alterungsbeanspruchung über das Maß der RTFOT-Alterung für notwendig erachtet wurde. Im Sinne eines maßvollen gerätetechnischen und zeitlichen Aufwandes wurde analog zu den Erkenntnissen in [6] eine erweiterte RTFOT-Alterung angestrebt, die möglichst dem Alterungsgrad einer kombinierten RTFOT+PAV-Alterung entspricht. Auch wenn diese verlängerte RTFOT-Alterung aufgrund des vermutlich höheren destillativen Alterungsanteils weniger für wissenschaftliche Betrachtungen geeignet ist, scheint das Ziel einer geeigneten Differenzierbarkeit für qualitätsüberwachende Untersuchungen durchaus gegeben zu sein. Inwieweit durch eine moderate Erhöhung der Temperatur (z. B. auf 175 °C) eine Verringerung der Alterungszeit und gleichzeitig eine sinnvollere Temperatur für höherviskose Bindemittel (PmB) ermöglicht würde, wurde in einem vorgeschalteten Arbeitsschritt zunächst experimentell untersucht. Die Betrachtung der Vergleichbarkeit zur RTFOT+PAV-Alterung hat dabei ergeben, dass eine erweiterte RTFOT-Alterung auf 180 Minuten bei 175 °C gewählt werden konnte. Untersuchungsergebnisse (Einfacher Ansatz) Die Möglichkeit einer brauchbaren Detektion der Bindemittelanlieferungen anhand der konventionellen Prüfergebnisse Erweichungspunkt Ring und Kugel und Nadelpenetration wurde zunächst mit der typischen Darstellung dieser Ergebnisse im halblogarithmischen Maßstab überprüft (Abbildung 1). Die Darstellung der Datenpunkte (vor und nach Alterung) wurde um den Verlauf der Penetrationsindizes -1, 0 und 1 ergänzt. Die Bindemittelkenndaten der 54 Bindemittelproben vor und nach Alterung zeigen, dass die Bitumen 160/220 nach der Alterung eine Werteverschiebung mit gleichbleibendem oder sogar geringer werdendem Penetrationsindex aufweisen, während die Bitumen 50/70 nach der Alterung überwiegend einen höheren Penetrationsindex aufweisen. Die modifizierten Bitumen weisen zumeist schon im frischen Zustand einen im Vergleich zu den Straßenbaubitumen höheren Penetrationsindex auf, der sich infolge der Alterung dann meist noch erhöht. Um die individuellen Veränderungen durch den Alterungsprozess zu verdeutlichen, wurden die prozentualen Veränderungen der Nadelpenetration und des Erweichungspunktes Ring und Kugel aufgetragen (Abbildung 2). Während die prozentualen Veränderungen der Nadelpenetration (Abnahme) bei den meisten untersuchten Bindemitteln zwischen 50 und 70 % liegen, streut die prozentuale Veränderung des Erweichungspunktes Ring und Kugel (Zunahme) wesentlich stärker (von -10 % bis [Pa] Schermodul Komplexer 10.000.000 Lieferstelle 1 (frisch) Lieferstelle 2 (frisch) Lieferstelle 3 (frisch) 1.000.000 Lieferstelle 4 (frisch) Lieferstelle 1 (gealtert) Lieferstelle 2 (gealtert) Lieferstelle 3 (gealtert) 100.000 Lieferstelle 4 (gealtert) 15.000 Pa 10.000 1.000 100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatur [°C] P hasenwinkel °] 90,0 80,0 70,0 60,0 Lieferstelle 1 (frisch) Lieferstelle 2 (frisch) 50,0 Lieferstelle 3 (frisch) Lieferstelle 4 (frisch) Lieferstelle 1 (gealtert) 40,0 Lieferstelle 2 (gealtert) Lieferstelle 3 (gealtert) Lieferstelle 4 (gealtert) 30,0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatur [°C] Abbildung 4: Komplexe Schermodule der PmB 25/55-55 A vor und nach Alterung Abbildung 5: Phasenwinkel der PmB 25/55-55 A vor und nach Alterung 5|2019

Schwerpunkt: Qualagon 35 140 350 R elativer Speichermodul bei T(G*=15kPa), gealtert [Pa/ °C] 130 120 110 100 90 80 70 60 Bitumen 50/70 50 Bitumen 160/220 PmB 25/55-55 A 40 PmB 45/80-50 A RC 30 25/35 V 20 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Relativer Speichermodul bei T(G*=15kPa), frisch [Pa/°C] Cross-Over-Index bei 30 °C, COI 30 , gealtert [-] 300 250 200 150 Bitumen 50/70 100 Bitumen 160/220 PmB 25/55-55 A 50 PmB 45/80-50 A RC 25/35 V 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 Cross-Over-Index bei 30 °C, COI 30 , frisch [-] Abbildung 6: Relative Speichermodule bei der Äquisteifigkeitstemperatur vor und nach Alterung +45 %). Dadurch ergeben sich Gruppen mit vergleichbaren Veränderungen, die zum Teil eine Separierung in die Lieferstellen ermöglicht. Zwei Lieferstellen des Bindemittels 25/55-55 A und jeweils eine Lieferstelle der Bindemittel 50/70 und 45/85-50 A RC können so vom übrigen Datenkollektiv separiert werden (Identifikation). Inwieweit eine weitergehende Visualisierung der konventionellen Prüfdaten die Identifikationsmöglichkeiten verbessert, wurde anhand einer Darstellung in Netzdiagrammen untersucht. Zur Visualisierung der Unterschiede der verschiedenen Bindemittelarten und -sorten wurden alle Prüfergebnisse in einem Diagramm (Abbildung 3) mit neun Achsen (Nonagramm) dargestellt. Aus Gründen der Erkennbarkeit wurden zwar alle Prüfergebnisse mit einbezogen, aber nur jeweils die Mittelwerte je Lieferstelle (linierte/punktierte dünnere Linien) und die Gesamtmittelwerte je Bindemittelart und -sorte (dickere durchgezogene Linien) dargestellt. Anhand des Verlaufes der Mittelwerte können alle untersuchten Bindemittelarten und -sorten hinreichend gut separiert werden. Allerdings ergeben sich Überschneidungen bei einer Abbildung 7: Cross-Over-Index bei 30 °C vor und nach Alterung Betrachtung der Mittelwerte je Lieferstelle. Bei Einbeziehung aller Einzelwerte wären die Überschneidungen noch ausgeprägter. Auch unter Einbeziehung aller Kennwerte des Einfachen Ansatzes lassen sich keine brauchbaren Abgrenzungen bei allen drei Lieferstellen der Bitumen 160/220 und bei zwei Lieferstellen der Bitumen 50/70 vornehmen. Dies gilt gleichermaßen für die meisten Lieferstellen der modifizierten Bitumen. Letztendlich lassen sich die mit diesen einfachen Prüfmethoden differenzierbaren Aussagen weitgehend auch mit zwei Parametern vor und nach Alterung (z. B. EP RuK und PI), also vier Achsen, treffen (siehe Kapitel „Zusammenfassende Empfehlungen für Netzdiagrammdarstellungen“). Untersuchungsergebnisse (Erweiterter Ansatz) Der Erweiterte Untersuchungsansatz resultiert aus einer heute bereits verbreiteten Methode zur rheologischen Beschreibung von Bitumen [3]. Die typische Darstellung der Prüfergebnisse aus solchen Untersuchungen ist der D ifferenz des Phasenwinkels zw. 40 und 50 °C, gealtert [°] 10,0 8,0 6,0 4,0 Bitumen 50/70 Bitumen 160/220 2,0 PmB 25/55-55 A PmB 45/80-50 A RC 25/35 V 0,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Differenz des Phasenwinkels zw. 40 und 50 °C, frisch [°] D eformation bei Scherbeansprung, 20 kPa, -10 °C [%] 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 mittlere Steigung zwischen 500 und 1.800 Sekunden Lieferstelle 1, frisch Lieferstelle 2, frisch Lieferstelle 3, frisch Lieferstelle 1, gealtert Lieferstelle 2, gealtert Lieferstelle 3, gealtert 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Zeit [s] Abbildung 8: Differenzen des Phasenwinkels zwischen 40 und 50 °C vor und nach Alterung Abbildung 9: Zeit-Dehnungsverläufe der Bitumen 160/220 bei -10 °C, kraftgesteuert 5|2019