asphalt 05/19

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