Dipl.-Ing., M. Sc. Mirko Kugler, Dr.-Ing. Löffler Baustoffprüfung GmbH & Co. KG
Langzeitalterung von Bitumen mit PAV
1. Einleitung
An die Langzeitalterung von Straßenbaubitumen werden im deutschen technischen Regelwerk derzeit keine Anforderungen formuliert. Dieser Aspekt wird jedoch im Rahmen einer geänderten Gewährleistungsverpflichtung bei Funktionsbauverträgen oder Sonderbauweisen mit Additiven im Bitumen an Bedeutung gewinnen.
Mit der Anschaffung und dem Einsatz eines Pressure-Aging-Vessel (PAV) einschließlich Vakuumofen gemäß den Erkenntnissen des amerikanischen SHRP-Programms haben wir uns dieser Herausforderung gestellt. Um das Alterungsverhalten von Bitumen einschätzen zu können, werden nach der Kurzzeitalterung im RTFOT (DIN EN 12607-1) im PAV gleichzeitig bis zu 10 Bindemittelpro-ben je 50 g bei einer Temperatur von wahlweise 90, 100 oder 110 °C bei einem Druck von 2,1 MP für 20 Stunden gealtert. Während mit der Kurzzeitalterung Bindemittelveränderungen im Rahmen der thermischen Beanspruchung durch den Misch- und Einbauprozess untersucht werden, geht es beim PAV um die Langzeitalterung in den nächsten 10 bis 20 Jahren.
An den mittels PAV gealterten Bindemitteln können dann in unserem Hause Kenndaten wie EP RuK, Nadelpenetration, Kraftduktilität sowie Viskositäten mit dem dynamischen Scherrheometer zur Beschreibung der Veränderungen am Bindemittel ermittelt werden. Hinsichtlich der Bitumenzusammensetzung sind Untersuchungen mittels IR oder die Bestimmung des Asphaltenstatus nach Zenke möglich. Bei dieser Methode wird nicht nur eine Aussage über den Gesamtasphaltengehalt getroffen, sondern es wird nach leicht-, mittel- und schwerlöslichen Asphaltenen unterschieden. Die Alterung eines Bitumens erfolgt mit einer Verschiebung der Anteile von leicht- zu mittel- und schwerlöslichen Asphaltenen.
2. Anwendungsbereiche
Neben den bisherigen Untersuchungen von Bitumen unterschiedlicher Viskosität und Additiven wie z. B. Polymere, Wachse oder Harze kann ein PAV auch zur Betrachtung des Einflusses von Bitumen aus Ausbauasphalt oder wie im nachfolgenden Fall bei zurück gewonnenem Bitumen aus Dach- und Schweißbahnen herangezogen werden. Hier werden angeblasene Bitumen mit hoher Polymermodifizierung verwendet, die sich möglicherweise negativ auf das Alterungsverhalten des resultierenden Bindemittels auswirken. Zur Untersuchung wurden Mischungen mit unterschiedlichen Anteilen Bitumen 70/100 und Dachbahnenbitumen im PAV gealtert und die Bindemitteldaten einschl. DSR und Asphaltenstatus bestimmt.
3. Ergebnisse und Fazit
Es zeigt sich an den physikalischen Kennwerten entgegen den Erwartungen kein negativer Einfluss des angeblasenen Bitumens, da, wie sich aus dem DSR ergab, der hohe Polymeranteil ausreichend wirksam bleibt. Die genaue Analyse des Asphaltenstatus nach Zenke zeigt jedoch Unterschiede auf, die einer weiteren Betrachtung bedürfen. So stehen Untersuchungen zur Kälteflexibilität und am Modellasphalt noch aus.
Mit dem PAV, welcher nur wenigen Prüfinstituten in Europa zur Verfügung steht, ist eine weitere Prüfmethode im Hause Dr.-Ing. Löffler Baustoffprüfung vorhanden, um innovativen Fragestellungen gerecht zu werden. Neben Betrachtungen zur Verwendung von recyceltem Asphalt bzw. Bitumen kann auch für die hochaktuelle Problematik der Verwendung viskositätssenkender Zusätze hinsichtlich der Langzeitalterung eine fundierte Aussage über Chancen und Risiken getroffen werden.