30 Schwerpunkt: Rejuvenatoren Bindemittelkennwerte nach der Verjüngung Wie der Abbildung 3 zu entnehmen ist, führt die Kurzund Langzeitalterung (RTFOT + PAV) des Basisbindemittels 50/70 zu einer Gesamterhöhung des Erweichungspunkts Ring und Kugel von 52,6 °C auf 69,0 °C (Δ 17,4 °C). Die Varianten V1 und V8 zeigen bei einer Zugabe von 3 % hierbei die größte Reduzierung des EP RuK (Δ 9,2 °C) und liegen somit nahezu wieder auf dem Niveau des kurzzeitgealterten Basisbitumens. Bei den Varianten V2 bis V6 liegt die Reduzierung zwischen 5,8 °C und 2,4 °C. Das Rapsöl zeigt an dieser Stelle die geringste Wirkung mit einem resultierenden EP RuK von 68,2 °C (Δ 0,8 °C). Die Auswertung der Ergebnisse der Nadelpenetration (Abb. 3) lässt mit Ausnahme der Variante 1 für alle übrigen Varianten eine Erhöhung der Nadelpenetration auf RTFOT-Niveau erkennen. Bei der Variante 1 konnte an dieser Stelle nahezu der Ausgangswert des ungealterten Basisbitumens erreicht werden. Beispielhaft für den EP RuK lässt sich – jeweils bezogen auf einen Zugabeanteil von 1 % – folgendes Wirkungs- Ranking aufstellen: • V1/V8 reduziert den EP RuK um -3,1 °C • V6 reduziert den EP RuK um -1,9 °C • V2 reduziert den EP RuK um -1,5 °C • V3 reduziert den EP RuK um -1,3 °C • V5 reduziert den EP RuK um -0,9 °C • V4 reduziert den EP RuK um -0,8 °C • V7 reduziert den EP RuK um -0,3 °C Die in den Abbildungen 4 bis 7 dargestellten Ergebnisse der durchgeführten rheologischen Bindemitteluntersuchungen umfassen im Einzelnen die Bestimmung des temperaturabhängigen Verformungsverhaltens (DSR, T-Sweep) anhand der Kennwerte Komplexer Schermodul G*, Phasenwinkel δ und BTSV, die Bestimmung der Rückformung R und Nachgiebigkeit J nr im Kriechversuch (MSCRT) und die Bestimmung des Tieftemperaturverhaltens anhand der Steifigkeit S und des m-Werts (BBR). Die Auswertung der DSR-Analytik hinsichtlich des Komplexen Schermoduls ergab ein vergleichbares Bild zu den Ergebnissen aus den Untersuchungen des EP RuK. Grundsätzlich zeigen alle geprüften Varianten eine Reduzierung des Komplexen Schermoduls. Die Gesamtbetrachtung lässt an dieser Stelle allerdings eine deutliche Gruppierung Abbildung 4: Ergebnisse Komplexer Schermodul (links) und Phasenwinkel (rechts) nach der Verjüngung (A0) Abbildung 5: Ergebnisse Black-Diagramm (links) und BTSV (rechts) nach der Verjüngung (A0) Abbildung 6: Ergebnisse MSCRT-Rückformung (links) und MSCRT-Nachgiebigkeit (rechts) nach der Verjüngung (A0) 6|2019
Schwerpunkt: Rejuvenatoren 31 Abbildung 7: Ergebnisse BBR-Tm0,3 (links) und BBR-TS300 (rechts) nach der Verjüngung (A0) der Ergebnisse zu. Die Varianten V1 und V8 konnten das RTFOT-Niveau erreichen, wohingegen die übrigen Varianten auf einem zueinander vergleichbarem, aber insgesamt deutlich geringeren Wirkungsniveau liegen. Bei der Betrachtung der Phasenwinkel fällt auf, dass die Varianten V3, V5 und V7 speziell ab ca. 30 °C nahezu keine Veränderung im Phasenwinkel herbeiführen, die Varianten V2, V4 und V6 eine leichte Erhöhung des Phasenwinkels zur Folge haben und dass Variante V8 gefolgt von V1 jeweils eine deutliche Erhöhung des Phasenwinkels bewirken. Das Black-Diagramm vergleicht (temperaturunabhängig) den Komplexen Schermodul G* jeweils in Abhängigkeit des Phasenwinkels δ der einzelnen Varianten miteinander. Nach dem bisherigen Stand des Wissens führt ein echter/wirksamer Rejuvenator (Definition siehe [1]) zu einer Erhöhung des Phasenwinkels bei gleichzeitiger Verringerung des Komplexen Schermoduls (vgl. Abbildung 5, schwarzer Pfeil). An dieser Stelle zeigen die Ergebnisse deutlich, dass von den eingesetzten Produkten nach dieser Definition nur die Varianten V1, V4, V6 und V8 die Charakteristika eines echten Rejuvenators aufweisen. Die Variante V2 zeigt nahezu keine Veränderung zum gealterten Basisbitumen (50/70 AII) und die Varianten V3, V5 und V7 weisen sogar eine Verschlechterung im Black-Diagramm auf. Beim BTSV erkennt man nach der Verjüngung deutlich, dass sich auch hier zwei Wirkungsgruppen bilden lassen, so liegen die Varianten V1 und V8 im näherungsweisen Bereich vom 50/70 AI (RTFOT), wohingegen alle anderen Varianten zwischen dem 50/70 AII (RTFOT + PAV) und 50/70 AI einzuordnen sind. Laut Definition der AL-DSR-Prüfung (MSCRT) beschreibt die Rückformung (R) den Anteil der viskoelastischen Dehnung an der maximalen Dehnung eines Probekörpers nach einem Kriech- und Erholungszyklus und die Nachgiebigkeit (J nr ) die bleibende Dehnung nach einem Kriech- und Erholungszyklus, bezogen auf die aufgebrachte Scherspannung. Die Abbildung 6 fasst die Ergebnisse für die Rückformung und Nachgiebigkeit aller Varianten zusammen. Anhand der Untersuchungen des Basisbitumens 50/70 hat sich gezeigt, dass der Anteil der viskoelastischen Dehnung an der Gesamtdehnung – die Rückformung – infolge von Alterung (hier: AII) ansteigt. Als Konsequenz hieraus muss ein wirksamer Rejuvenator den Anteil der viskoelastischen Dehnung an der Gesamtdehnung in Richtung des Ursprungswerts verringern. Analog zu den Betrachtungen der Rückformung kann auch die Nachgiebigkeit im Hinblick auf eine Reduzierung infolge Alterung entsprechend bewertet werden. Die hier ermittelten Ergebnisse können an dieser Stelle nahezu analog zum BTSV beschrieben werden. Die Abbildung 7 fasst jeweils vergleichend die Temperaturen der einzelnen Varianten nach den Untersuchungen im BBR hinsichtlich der Grenzwerte für die Steifigkeit S bzw. den m-Wert zusammen (S = 300 MPa und m-Wert = 0,3). Bezogen auf die Steifigkeit S und den m-Wert weisen alle eingesetzten Produkte eine Verbesserung der Kälteeigenschaften bezogen auf das gealterte Basisbitumen bzw. auch das frische Basisbitumen auf. Veränderung der Bindemittelkennwerte verjüngter Bitumen nach wiederholter Alterung Die Abbildung 8 präsentiert die EP RuK für alle Varianten sowohl nach der Verjüngung als auch nach wiederholter Alterung mittels RTFOT und PAV (Alterungszustand AII). Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass es bei den verschiedenen Varianten zum Teil signifikante Unterschiede bei der Zunahme des EP RuK infolge einer wiederholten Alterung nach der vorangegangenen Verjüngung gibt. Ausgehend von einer Zunahme von +16,4 °C bei Alterung des 50/70 zeigen gerade die Varianten V3, V4, V5 und V6 eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber thermisch-oxida- SPRITZMASCHINEN: 6|2019
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