asphalt 07/18

Schwerpunkt Qualitätsregelkarten
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stelle F über die Jahre 2012 und 2016 eine nahezu konstante
Qualität (Variationskoeffizient < 0,4 %) aufweisen.
Diese Aussage gilt auch für die rheologischen Eigenschaften,
die bei anderen Temperaturen bestimmt wurden.
In den Tabellen 1 und 2 wird deutlich, dass sich das Alterungsverhalten
von Bitumen 70/100 abhängig von der jeweiligen
Lieferstelle deutlich unterscheiden kann und dass
insbesondere in Abhängigkeit der Lieferstellen mit einer
unterschiedlichen Produktionsstabilität zu rechnen ist.
In Abbildung 3 sind der komplexe Schermodul und
der Phasenwinkel von kurzzeitgealterten Bitumen 70/100,
jeweils gemessen bei 60 °C, gegeneinander für die Jahre
2012 (Abbildung 3a) und 2016 (Abbildung 3b) aufgetragen.
Im Jahr 2012 (Abbildung 3a) ist eine deutliche Differenzierung
in zwei Gruppen zu erkennen. Gruppe 1
besteht aus den Proben der Lieferstelle F und jeweils zwei
Proben der Lieferstelle D und einer Probe der Lieferstelle
A. Diese Bitumenproben zeigen nach Kurzzeitalterung
Phasenwinkel zwischen 86,5° und 87,5°. Während alle
anderen Bitumenproben einen Phasenwinkel zwischen
81,0° und 84,5° (Gruppe 2) haben. Je kleiner der Phasenwinkel
wird, desto mehr nimmt der viskose Verformungsanteil
ab und der elastische Verformungsanteil zu. Der
komplexe Schermodul zeigt Werte zwischen 2.000 Pa und
4.500 Pa. Mit höher werdendem Schermodul nimmt die
Steifigkeit des kurzeitgealterten Bitumens zu, das heißt,
in Abhängigkeit der Lieferstelle zeigen die untersuchten
Bitumen deutliche Unterschiede in ihren rheologischen
Eigenschaften und damit lässt sich vermuten, dass auch
deutliche Unterschiede in den damit produzierten
Asphalten entstehen.
In Abbildung 3b sind zur Orientierung die Bandbreiten
der Phasenwinkel der Gruppen 1 und 2 aus dem Jahr 2012
eingetragen. In 2016 konnte die in 2012 festgestellte Gruppierung
der Bitumenproben so nicht mehr nachvollzogen
werden, da das Spektrum der Lieferstellen erweitert
wurde und aufgrund der hohen Schwankungen bzw.
mangelnden Produktionsstabilität im Jahr 2012 die Belieferung
durch die Lieferstellen A und C im Jahr 2016 stark
reduziert wurde. Erneut positiv auffallend ist die hohe
Produktionsstabilität der Lieferstelle F sowohl für den Phasenwinkel
als auch den komplexen Schermodul. Erneut
negativ auffallend ist die mangelnde Produktionsstabilität
der Lieferstelle D mit zwei Proben (Schermodul 5.000
Pa und Phasenwinkel 80°–81°) und zwei Proben (Schermodul
3.400 Pa und Phasenwinkel 87°). Bei keiner anderen
Lieferstelle liegen die verschiedenen Proben und damit
Bitumenqualitäten in Abbildung 3 so weit auseinander.
Simmleit et al. (2018) stellten fest, dass es möglicherweise
einen linearen Zusammenhang zwischen der Phasenwinkelabnahme
bei Kurzzeitalterung und der Lastwechselzahl
bis zum Ermüdungsbruch bei dem aus den
untersuchten Bitumen hergestellten Asphalt gibt.
In Abbildung 4 ist die Zunahme des komplexen Schermoduls
(bei 60 °C) und damit die Zunahme der Steifigkeit
durch Kurzzeitalterung gegen die Abnahme des Phasenwinkels
(bei 60 °C) und damit der Zunahme der elastischen
Verformungsanteile durch Kurzzeitalterung aufgetragen.
Die verschiedenen Bitumenproben zeigen eine Zunahme
des komplexen Schermoduls nach Kurzzeit alterung zwischen
700 Pa (Lieferstelle D) und 3.000 Pa (Lieferstelle B),
d. h., die Steifigkeitszunahme durch Kurzzeitalterung von
Bitumen 70/100 kann in Abhängigkeit der Lieferstelle sehr
unterschiedlich sein. Bitumen mit einer niedrigen Steifigkeitszunahme
altern offensichtlich langsamer bzw. bilden
weniger Asphaltene während der Alterung als Bitumen
mit einer hohen Steifigkeitszunahme. Die Abnahme des
Phasenwinkels durch Kurzzeitalterung liegt zwischen 1,2°
(Lieferstelle D) und 5,3° (Lieferstelle C). Je höher die
Abnahme des Phasenwinkels durch Kurzzeitalterung ist,
desto höher ist der Anteil der elastischen Verformungsanteile
und damit die Ermüdungsfestigkeit des aus diesem
Bitumen hergestellten Asphaltes.
Schlussfolgerungen
Die Black-Diagramme von frischen Bitumen einer Sorte
und damit ihre rheologischen Eigenschaften bei unter-
Tabelle 2a
2012/2016
Lieferstelle n X¯ s Variationskoeffizient
[%]
Tabelle 2b
Durch die Kurzzeitalterung nimmt der komplexe
Schermodul und damit die Steifigkeit bei allen
untersuchten Proben zu.
D 8 84 3,01 3,57
B 8 84 1,18 1,41
C 8 83 1,01 1,23
A 8 84 0,98 1,17
I 2 86 0,75 0,87
F 9 87 0,14 0,16
2012/2016
Tabelle 2: Phasenwinkel
(°) von kurzzeitgealterten
Bitumen 70/100 verschiedener
Lieferstellen gemessen
bei 60 °C (oben) und 40 °C
(unten). (Quelle: TPA)
Lieferstelle n X¯ s Variationskoeffizient
[%]
D 8 76 4,53 5,96
A 8 74 2,01 2,72
B 8 74 1,90 2,56
I 2 78 1,40 1,80
C 8 72 1,25 1,73
F 9 80 0,30 0,38
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