Modifizierung von Bitumen – Aufbau und g Funktion einer PmB ...
Modifizierung von Bitumen – Aufbau und g Funktion einer PmB ...
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<strong>Modifizierung</strong> <strong>von</strong> <strong>Bitumen</strong> <strong>–</strong> <strong>Aufbau</strong> <strong>und</strong><br />
<strong>Funktion</strong> <strong>einer</strong> <strong>PmB</strong>-Anlage<br />
Dr.rer.nat. Martin Vondenhof<br />
Dipl.-Ing. Cornell Schmeisser<br />
Shell Deutschland Oil GmbH<br />
5. Internationale Verkehrstage in Wuppertal
Definition • Deutschland: ~ 20 Anlagen<br />
• Europa: ~ 60 Anlagen<br />
• China: ~ 40 Anlagen<br />
<strong>Bitumen</strong> • Weltweit: ~ 300 Anlagen (?)<br />
Polymer(e)<br />
<strong>PmB</strong> - Anlage<br />
modifiziertes<br />
<strong>Bitumen</strong><br />
sonstige<br />
Additive<br />
Asphaltmischanlage<br />
2
Warum modifizieren?
Ziele<br />
sicheres Produkt<br />
REACH, TA Luft, SDB<br />
homogenes, gut verarbeitbares Produkt<br />
techn. Datenblatt<br />
lagerstabiles System<br />
TL <strong>PmB</strong>, TL <strong>Bitumen</strong>, ...<br />
reproduzierbare verbesserte Eigenschaften<br />
definierte Eigenschaften auch nach<br />
Rückgewinnung<br />
ZTV HH, ...<br />
4
...reproduzierbare verbesserte Eigenschaften ?<br />
ASPHALT - PERFORMANCE<br />
UMWELTEIGENSCHAFTEN<br />
Zugang zu neuen<br />
Bauweisen<br />
modifiziertes<br />
<strong>Bitumen</strong><br />
Reduzierung <strong>von</strong><br />
Emissionen<br />
Standfestigkeit<br />
Kälteflexibilität<br />
Ermüdungsresistenz<br />
modifizierter<br />
Energie-EffizienzEffizienz<br />
Asphalt<br />
Recycling<br />
Haftverhalten, Alterung<br />
Reduzierung der Bauzeit<br />
WIRTSCHAFTLICHKEIT<br />
5
Markt: Modifizierte <strong>Bitumen</strong> in Deutschland + Europa
Entwicklung der Verkehrsleistung im Güterverkehr<br />
7
Gründe für den Erfolg <strong>von</strong> <strong>PmB</strong><br />
• Steigendes Verkehrsaufkommen<br />
• Klimawandel <strong>–</strong> steigende<br />
Temperaturen<br />
• Steigende Achslasten<br />
• Neue Reifentypen<br />
• reduzierte Fahrbahnbreite<br />
(spurgeführter Verkehr)<br />
Straßenschäden<br />
Herkömmliche<br />
Straßenbaubitumen<br />
reichen nicht mehr aus<br />
8
50<br />
40<br />
Share of SBS modified bitumen [%]<br />
Markt (D): SBS <strong>–</strong> modifizierte <strong>Bitumen</strong><br />
600.000<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
9<br />
500.000<br />
400.000<br />
300.000<br />
f SBS modified bitumen in road<br />
pavemen nts [t]<br />
200.000<br />
100.000<br />
Consumption o<br />
0<br />
1985 1990 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007<br />
Year
Einsatzstoffe<br />
Polymere <strong>und</strong> Additive
Stoffe zur <strong>Modifizierung</strong> <strong>von</strong> <strong>Bitumen</strong><br />
• Anforderungen:<br />
<strong>–</strong>nicht ihtkennzeichnungspflichtig<br />
flihti<br />
<strong>–</strong> wiederverwendbar im Asphalt<br />
<strong>–</strong> Flammpunkt > 200 °C<br />
<strong>–</strong> halogenfrei<br />
• Anlieferung<br />
<strong>–</strong> im big bag oder in kleinen Säcken<br />
<strong>–</strong> in Fässern oder ibc‘s<br />
• Förderung<br />
<strong>–</strong> mit Schnecken<br />
<strong>–</strong> mit Elevatoren<br />
<strong>–</strong> mit Pumpen<br />
11
Polymere <strong>und</strong> Additive<br />
ASPHALT - PERFORMANCE<br />
UMWELTEIGENSCHAFTEN<br />
Zugang zu neuen<br />
Bauweisen<br />
modifiziertes<br />
<strong>Bitumen</strong><br />
Reduzierung <strong>von</strong><br />
Emissionen<br />
Standfestigkeit<br />
Kälteflexibilität<br />
Ermüdungsresistenz<br />
modifizierter<br />
Energie-EffizienzEffizienz<br />
Asphalt<br />
Recycling<br />
Haftverhalten, Alterung<br />
Reduzierung der Bauzeit<br />
WIRTSCHAFTLICHKEIT<br />
12
Polymere <strong>und</strong> Additive<br />
ASPHALT - PERFORMANCE<br />
UMWELTEIGENSCHAFTEN<br />
Zugang zu neuen<br />
Bauweisen<br />
SBS<br />
Standfestigkeit<br />
EVA<br />
Kälteflexibilität<br />
Ermüdungsresistenz<br />
Fettsäureamide<br />
Haftverhalten, Alterung<br />
modifiziertes<br />
Reduzierung <strong>von</strong><br />
<strong>Bitumen</strong> Emissionen<br />
modifizierter<br />
Energie-EffizienzEffizienz<br />
Asphalt<br />
Recycling<br />
Fasern<br />
WIRTSCHAFTLICHKEIT<br />
Reduzierung der Bauzeit<br />
13
Polymere <strong>und</strong> Additive<br />
ASPHALT - PERFORMANCE<br />
UMWELTEIGENSCHAFTEN<br />
Zugang zu neuen<br />
Bauweisen<br />
SBS<br />
Standfestigkeit<br />
EVA<br />
Kälteflexibilität<br />
Ermüdungsresistenz<br />
Fettsäureamide<br />
Haftverhalten, Alterung<br />
modifiziertes<br />
<strong>Bitumen</strong><br />
modifizierter<br />
Asphalt<br />
Fasern<br />
WIRTSCHAFTLICHKEIT<br />
FT-Wachs<br />
Reduzierung <strong>von</strong><br />
Emissionen<br />
Amidwachs<br />
Energie-EffizienzEffizienz<br />
Crumb Tyre Rubber<br />
Recycling<br />
Reduzierung der Bauzeit<br />
14
Einsatzstoffe<br />
<strong>Bitumen</strong>
Auswahl des Gr<strong>und</strong>bitumens<br />
Asphaltene<br />
Stoffklassenanalyse (LC)<br />
Asphaltene Harze Aromaten ges. KW<br />
50/70<br />
Arabian<br />
Heavy<br />
<strong>Bitumen</strong><br />
70/100<br />
Kuwait<br />
17,9 21,9 49,6 10,5<br />
13,5 20,4 52,1 14,1<br />
Maltene<br />
70/100<br />
REB<br />
11,3 24,5 51,9 12,3<br />
Paraffine<br />
Naphtene<br />
Aromaten<br />
16
Verträglichkeit (Kompatibilität)<br />
17
Kompatibilität <strong>von</strong> <strong>Bitumen</strong> <strong>und</strong> Additiven<br />
asphaltenreich<br />
hochviskos<br />
oxidiert<br />
<strong>Bitumen</strong><br />
aromatisch<br />
asphaltenarm<br />
niedrigviskos<br />
schlecht<br />
gut<br />
polar<br />
kristallin<br />
hochmolekularh l<br />
Additiv<br />
unpolar<br />
amorph<br />
niedrigmolekular<br />
idi lkl<br />
18
Endprodukte
Beispiel: <strong>PmB</strong>-A (SBS <strong>–</strong> modifiziertes <strong>Bitumen</strong>)<br />
20
Strukturen<br />
21
Weitere Sorten aus der <strong>PmB</strong> Anlage (Beispiele)<br />
<strong>Bitumen</strong> 20/30 aus <strong>Bitumen</strong> 50/70 + HVB<br />
<strong>Bitumen</strong> 500/650 aus <strong>Bitumen</strong> 160/220 + Fluxöl<br />
<strong>Bitumen</strong> 50/70 + Haftmittel<br />
Wachsmodifizierte <strong>Bitumen</strong> (z.B “Shell Mexphalte 25 S”)<br />
…<br />
22
Zugabeverfahren
...mögliche Zugabe <strong>von</strong> Additiven<br />
Raffinerie<br />
Tankwagen<br />
<strong>PmB</strong> - Anlage<br />
Asphaltmischanlage<br />
24
Zugabe <strong>von</strong> Additiven zu <strong>Bitumen</strong><br />
...in Raffinerie <strong>PmB</strong>-<br />
Anlage<br />
Tankwagen<br />
Tank oder<br />
<strong>Bitumen</strong>leitung<br />
im Mischwerk<br />
Mischer<br />
mögliche<br />
flüssig<br />
flüssig<br />
flüssig oder<br />
flüssig oder leicht<br />
fest<br />
Additive in-line blending <strong>und</strong>/oder fest leicht<br />
schmelzend<br />
Vernetzung<br />
schmelzend<br />
Vorteile<br />
Homogenität<br />
Homogenität<br />
Kosten<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong><br />
sicherung<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong>sicherung<br />
Nachteile<br />
Kosten<br />
(Investition)<br />
Kosten<br />
Homogenität<br />
Qualitätskontrolle<br />
<strong>und</strong><br />
-sicherung<br />
Homogenität?<br />
Kosten<br />
(Personal)<br />
Homogenität?<br />
25
Zugabe <strong>von</strong> Additiven zu <strong>Bitumen</strong><br />
...in Raffinerie <strong>PmB</strong>-<br />
Anlage<br />
Tankwagen<br />
Tank oder<br />
<strong>Bitumen</strong>leitung<br />
im Mischwerk<br />
Mischer<br />
mögliche<br />
flüssig<br />
flüssig<br />
flüssig oder<br />
flüssig oder leicht<br />
fest<br />
Additive in-line blending <strong>und</strong>/oder fest leicht<br />
schmelzend<br />
Vernetzung<br />
schmelzend<br />
Vorteile<br />
Homogenität<br />
Homogenität<br />
Kosten<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong><br />
sicherung<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong>sicherung<br />
Nachteile<br />
Kosten<br />
(Investition)<br />
Kosten<br />
Homogenität<br />
Qualitätskontrolle<br />
<strong>und</strong><br />
-sicherung<br />
Homogenität?<br />
Kosten<br />
(Personal)<br />
Homogenität?<br />
26
Zugabe <strong>von</strong> Additiven zu <strong>Bitumen</strong><br />
...in Raffinerie <strong>PmB</strong>-<br />
Anlage<br />
Tankwagen<br />
Tank oder<br />
<strong>Bitumen</strong>leitung<br />
im Mischwerk<br />
Mischer<br />
mögliche<br />
flüssig<br />
flüssig<br />
flüssig oder<br />
flüssig oder leicht<br />
fest<br />
Additive in-line blending <strong>und</strong>/oder fest leicht<br />
schmelzend<br />
Vernetzung<br />
schmelzend<br />
Vorteile<br />
Homogenität<br />
Homogenität<br />
Kosten<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong><br />
sicherung<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong>sicherung<br />
Nachteile<br />
Kosten<br />
(Investition)<br />
Kosten<br />
Homogenität<br />
Qualitätskontrolle<br />
<strong>und</strong><br />
-sicherung<br />
Homogenität?<br />
Kosten<br />
(Personal)<br />
Homogenität?<br />
27
Zugabe <strong>von</strong> Additiven zu <strong>Bitumen</strong><br />
...in Raffinerie <strong>PmB</strong>-<br />
Anlage<br />
Tankwagen<br />
Tank oder<br />
<strong>Bitumen</strong>leitung<br />
im Mischwerk<br />
Mischer<br />
mögliche<br />
flüssig<br />
flüssig<br />
flüssig oder<br />
flüssig oder leicht<br />
fest<br />
Additive in-line blending <strong>und</strong>/oder fest leicht<br />
schmelzend<br />
Vernetzung<br />
schmelzend<br />
Vorteile<br />
Homogenität<br />
Homogenität<br />
Kosten<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong><br />
sicherung<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong>sicherung<br />
Nachteile<br />
Kosten<br />
(Investition)<br />
Kosten<br />
Homogenität<br />
Qualitätskontrolle<br />
<strong>und</strong><br />
-sicherung<br />
Homogenität?<br />
Kosten<br />
(Personal)<br />
Homogenität?<br />
28
Zugabe <strong>von</strong> Additiven zu <strong>Bitumen</strong><br />
...in Raffinerie <strong>PmB</strong>-<br />
Anlage<br />
Tankwagen<br />
Tank oder<br />
<strong>Bitumen</strong>leitung<br />
im Mischwerk<br />
Mischer<br />
mögliche<br />
flüssig<br />
flüssig<br />
flüssig oder<br />
flüssig oder leicht<br />
fest<br />
Additive in-line blending <strong>und</strong>/oder fest leicht<br />
schmelzend<br />
Vernetzung<br />
schmelzend<br />
Vorteile<br />
Homogenität<br />
Homogenität<br />
Kosten<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong><br />
sicherung<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong>sicherung<br />
Nachteile<br />
Kosten<br />
(Investition)<br />
Kosten<br />
Homogenität<br />
Qualitätskontrolle<br />
<strong>und</strong><br />
-sicherung<br />
Homogenität?<br />
Kosten<br />
(Personal)<br />
Homogenität?<br />
29
Zugabe <strong>von</strong> Additiven zu <strong>Bitumen</strong><br />
...in Raffinerie <strong>PmB</strong>-<br />
Anlage<br />
Tankwagen<br />
Tank oder<br />
<strong>Bitumen</strong>leitung<br />
im Mischwerk<br />
Gewährleistung<br />
<strong>Bitumen</strong>lieferant Gewährleistung ?<br />
Mischer<br />
mögliche<br />
flüssig<br />
flüssig<br />
flüssig oder<br />
flüssig oder leicht<br />
fest<br />
Additive in-line blending <strong>und</strong>/oder fest leicht<br />
schmelzend<br />
Vernetzung<br />
schmelzend<br />
Vorteile<br />
Homogenität<br />
Homogenität<br />
Kosten<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong><br />
sicherung<br />
Qualitäts-<br />
kontrolle <strong>und</strong><br />
<strong>–</strong>sicherung<br />
Nachteile<br />
Kosten<br />
(Investition)<br />
Kosten<br />
Homogenität<br />
Qualitätskontrolle<br />
<strong>und</strong><br />
-sicherung<br />
Homogenität?<br />
Kosten<br />
(Personal)<br />
Homogenität?<br />
30
<strong>PmB</strong> <strong>–</strong> Anlage, einfacher Prozess<br />
Raffinerie<br />
+ Polymer<br />
<br />
<strong>Bitumen</strong> mischen <strong>PmB</strong><br />
31
Herstellung <strong>von</strong> <strong>PmB</strong> (mit Masterbatch)<br />
Raffinerie<br />
+ Polymer<br />
+ <strong>Bitumen</strong><br />
<strong>Bitumen</strong><br />
mischen<br />
Konzentrat<br />
„Masterbatch“<br />
mischen<br />
<br />
<strong>PmB</strong><br />
32
Herstellung <strong>von</strong> <strong>PmB</strong> (mit Masterbatch)<br />
Raffinerie<br />
+ Polymer + <strong>Bitumen</strong><br />
vernetzen<br />
<strong>Bitumen</strong><br />
mischen<br />
mischen<br />
Konzentrat<br />
„Masterbatch“<br />
<strong>PmB</strong><br />
33
Masterbatch - Transport<br />
vernetzen<br />
+ <strong>Bitumen</strong> Transport + <strong>Bitumen</strong><br />
<strong>PmB</strong><br />
mischen<br />
mischen<br />
<strong>PmB</strong>-Anlage<br />
Asphaltmischanlage<br />
? Viskosität / Pumpfähigkeit<br />
? Lagerstabilität<br />
? Qualitätssicherung<br />
34
Modifikation mit Wachsen, Haftmitteln, ...<br />
Raffinerie<br />
+ Wachs<br />
X<br />
<strong>Bitumen</strong> mischen Produkt<br />
35
Mischer für das Einarbeiten <strong>von</strong> Polymeren<br />
<strong>PmB</strong><br />
Polymer<br />
HSM<br />
36
Was ist beim Mischen zu beachten?<br />
• Auswahl des “richtigen” <strong>Bitumen</strong>s<br />
• Möglichst schnelle Dispersion i des Polymers erzielen<br />
• Zu hohe Temperaturen können zu <strong>einer</strong> Schädigung der Einzelkomponenten<br />
führen.<br />
• Das mechanische Vermischen erfolgt über einen Hochschermischer<br />
• Ein Zwangsumlauf der Gesamtmischung verhindert die Bildung <strong>von</strong> “Nestern”<br />
• Die Mischeinheit so weit wie möglich gegen schädigenden Luftsauerstoff -<br />
Einfluss abschotten<br />
37
Qualitätskontrolle<br />
• Konformitätsbewertung: Gemäß Richtlinie 89/106/EWG nach System 2+<br />
• Erstprüfung (bei neuer Rezeptur oder neuen Materialien)<br />
• WPK (Werkseigene Produktionskontrolle)<br />
• Prüfverfahren gemäß den Technischen Lieferbedingungen<br />
• CE-Kennzeichnung (verzögert sich)<br />
• In der Praxis: Überprüfung jeder Charge auf EP RuK <strong>und</strong> Penetration<br />
39
ENDE !<br />
Für Fragen <strong>und</strong> Anregungen:<br />
Dr. Martin Vondenhof<br />
E-mail: Martin.Vondenhof@shell.com<br />
Telefon: 040/6324 6248<br />
40
Backup slides<br />
41
Herstellung <strong>von</strong> <strong>Bitumen</strong><br />
42
Herstellung <strong>von</strong> <strong>PmB</strong><br />
Komponenten:<br />
<strong>–</strong><strong>Bitumen</strong><br />
•hart<br />
• weich<br />
<strong>–</strong>Polymere<br />
• elastisch<br />
• plastisch<br />
<strong>–</strong>Hilfsstoffe, z.B.<br />
• Schwefel<br />
• Säuren<br />
• Wachse<br />
• Haftmittel<br />
• ....<br />
43
Modifiziertes <strong>Bitumen</strong> in Deutschland<br />
800<br />
700<br />
<strong>PmB</strong> S: T-absenkung /<br />
Verarbeitbarkeit<br />
600<br />
<strong>PmB</strong> 45 RC, <strong>PmB</strong> 25 RC<br />
Pm mB - Menge e (D, kt)<br />
500<br />
400<br />
300<br />
<strong>PmB</strong> 25: Binderschichten <strong>und</strong><br />
Gussasphalt<br />
<strong>PmB</strong> 45: härteres <strong>PmB</strong> wird neuer<br />
Standard, auch für Gussasphalt<br />
TL <strong>PmB</strong> 2001<br />
200<br />
H-<strong>PmB</strong>: Offenporiger Asphalt<br />
Sasobit<br />
"Wachse"<br />
<strong>PmB</strong> 65<br />
100<br />
EPDM<br />
0<br />
SBS<br />
TL <strong>PmB</strong> 1991<br />
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010<br />
44
Kompatibles System<br />
Nicht - Kompatibles System<br />
45
Change language