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Bitumen für Straßenbauanwendungen

28.06.2021 14:28

Langfristige Haltbarkeit

Die Haltbarkeit von Bitumen steht im Zentrum einer bahnbrechenden Zusammenarbeit zwischen Nynas und dem französischen Straßenbauunternehmen Colas. Im Mittelpunkt stehen rheologische Tests von alterungsbedingten Rissen.

Im Bitumenlabor von Nynas werden die Asphaltkerne aufgeschnitten und Schicht für Schicht untersucht, um festzustellen, wie der Alterungsprozess mit der Tiefe der Straßendecke korrespondiert.

Die Forschungsarbeiten hätten drei Schwerpunkte, erklärt Hilde Soenen, Nynas Bitumen Research Manager: „Wir unter-suchen, welche rheologischen Parameter aus den recycelten Bindemitteln sich auf das Verhalten des Straßenbelags beziehen, und wir sorgen dafür, dass die Alterung, die wir im Labor bei frischen Bindemitteln erreichen, damit übereinstimmt, was draußen tatsächlich vor sich geht. Das Projekt wird auch Aufschlüsse darüber geben, wie sich die Alterung des Bindemittels mit zunehmender Tiefe der Decke entwickelt und wie dies von den Eigenschaften der Asphaltmischung abhängt.“

Proben von Asphaltkernen, die von verschiedenen Baustellen von Colas in ganz Europa stammen, bieten Beispiele für das Altern von Bitumen auf den Straßen. Im Bitumen-Speziallabor von Nynas werden diese Proben mit Bitumen verglichen, das im Labor gealtert ist. Der Vergleich zwischen den beiden Proben bietet den Schlüssel zur Bewertung der langfristigen Haltbarkeit von Bitumen.

„Ein genauer Blick auf die Asphaltkerne, die wir von Colas erhalten haben, bestätigt, dass die Alterungsprozesse, die im Labor genutzt werden, zu vergleichbaren Veränderungen bei den Bindemitteleigenschaften führen wie die Alterung draußen auf den Straßen“, erklärt Soenen. „Obwohl der Umfang der Alterung häufig größer ist als bei der Alterung in normalen Labor-prozessen und obwohl wir bei modifizierten Bindemitteln auch einige Unterschiede zwischen den beiden Prozessen festgestellt haben, sind unsere Ergebnisse wichtig, da sie zeigen, dass wir auf dem richtigen Weg hin zu einem zuverlässigen Standard für Haltbarkeitsbewertungen sind.“

Im Mittelpunkt eines solchen Standardverfahrens steht ein Parameter, der als delta Tc bekannt ist und aus rheologischen Datenberechnet wird, die einfach von einem Rheometer ermittelt werden. Delta Tc wird als ein Maß für die Fähigkeit von Bitumen zur Entlastung von Spannungen im Asphalt verwendet, eine Fähigkeit, die mit der Zeit verloren geht. Dieser Parameter kann für normales und polymermodifiziertes Bitumen sowie für Bitumen, das aus frischen und verwendeten Asphaltmischungen zurückgewonnen werden kann, berechnet werden.

„Das Projekt wird uns auch zeigen, wie sich dieser Parameter mit der Zeit bei modifizierten und nicht modifizierten Bindemitteln verändert“, ergänzt Carl Robertus, Technical Director for Bitumen von Nynas.

Laut Robertus gibt es deutliche Anzeichen dafür, dass sich delta Tc auf nicht durch die Belastung bezogene Rissbildungen in der Straßendecke bezieht. Aus diesem Grund würde vieles dafür sprechen, dass delta Tc ein gutes Maß für den Beitrag von Bitumen zur Haltbarkeit von Straßenbelägen sei.

Delta Tc könnte ein Element einer leistungsbezogenen Spezifikation von Bindemitteln in neuen Asphaltmischungen sein, darunter solchen, die recycelte und gealterte Bindemittel enthalten. Es könnte auch zur Überwachung der Alterung von Asphaltdecken verwendet werden, wobei es als ein Indikator dafür dienen kann, wann das Auftreten von Rissen beginnt. Dies würde wiederum wertvolle Angaben für die Verwaltungs- und Instandhaltungs-strategien von Straßenbelägen bereitstellen

Bislang ist der Einsatz von rheologischen Parametern vor allem in den USA getestet worden. Die europäischen Normen basieren derzeit nicht auf rheologischen Untersuchungen.

„Wir müssen dafür sorgen, dass die vorgeschlagenen Indikatoren auch für Asphaltdecken in Europa von Bedeutung sind“, sagt Xavier Carbonneau, der Projektleiter von Colas. „Unsere Zusammenarbeit mit Nynas wird dazu beitragen, dass wir unsere Kunden korrekt und zu-verlässig beraten und die bestmöglichen Lösungen anbieten.“

Neben den Asphaltkernproben sammelt Colas auch so viele Daten wie möglich von den Standorten, an denen die Problem genommen wurden. Diese Daten können fotografische Nachweise der Risse und anderen Defekte auf den Straßendecken sowie Informationen über die Anzahl der Risse, das Alter des Straßenbelags, die Verkehrsbelastung, Temperaturen und den allgemeinen Zustand der betreffenden Straße enthalten.

In den vergangenen Jahren haben Colas und Nynas auf rund einem Dutzend Straßenbaustellen in ganz Europa zusammengearbeitet. In einer zweiten Phase ermitteln die am Projekt Beteiligten jetzt alte Straßenstandorte, an denen noch das ursprüngliche Bindemittel vorhanden ist.

„Bei den Decken, die wir früher untersucht haben, hatten wir nicht das ursprüngliche Bindemittel“, erklärt Robertus. „Doch in dieser Phase sind wir in der Lage, die Schäden im Straßenbelag eher quantitativ als qualitativ zu untersuchen und diese Ergebnisse mit Eigenschaften von Bitumen in den gewonnenen Kernen und mit frischem und im Labor gealtertem Original-Bitumen zu kombinieren.“

Drei Jahre langer Prozess

In den kommenden drei Jahren werden Nynas und Colas auch mit der Universität Aston zusammenarbeiten, deren Forscher Fachkenntnisse bei der Modellierung von Straßendecken und den Parametern haben, die die Alterung von Straßendecken beein-flussen. Das Projekt wird von einem Doktoranden unterstützt.

2021 wird das Projekt von der Asphalt Institute Foundation kofinanziert.

Weiterführende Literatur

Neue Raffinerielandschaft

Die Auswirkungen von IMO 2020, Corona und der Schließung von veralteten Raffinerien hat die Vorteile des Know-hows und der Spezialisierung auf Bitumen vergrößert. Die Frage ist nur: Wer produziert in Zukunft Bitumen?

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Erste kohlenstoffneutrale Straßendecke in Großbritannien

Durch Nutzung eines selbstentwickelten Kaltrecycling-Verfahrens hat Aggregate Industries einen großen Schritt hin zu nachhaltigen Straßenbelägen gemacht.

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Investition in den Kundenwert

Seit 2014 betreibt Nynas ein Labor an der Universität Antwerpen. Im Januar wurde die Ausrüstung um ein neues, fortschrittliches Rheometer erweitert. Dies ermöglicht die Durchführung von allen rheologischen Standardtests in einem Temperaturbereich von minus 30 bis plus 200 Grad. Das neue Rheometer hat auch ein besonders hohes Drehmoment, sodass es eine hohe Belastung auf die Probe ausüben kann.

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