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Bitumen für Straßenbauanwendungen

15.10.2019 10:27

Weniger Spurrinnenbildung

Dank eines neuen Vorhersageinstruments für die Verformung von Asphalt kann Nynas die Vorteile von polymermodifiziertem Bitumen (PMB) in Asphaltbelägen nachweisen.Weniger bleibende Verformung ist gleich weniger Instandsetzung.

Spurrinnen im Straßenbelag sind ein großes Problem für die Verkehrssicherheit und eine der Hauptursachen für Instandsetzungsarbeiten. Sie entstehen durch wiederholte Schubverformungen durch den Verkehr, und ihr Ausmaß hängt von den Eigenschaften der Asphaltmischung ab.

„Das gilt insbesondere bei hohen Temperaturen und relativ langen Belastungszeiten, denn dann kommt das plastische Verhalten des Materials zum Tragen“, erklärt Xiaohu Lu, Senior Technical Specialist bei Nynas.

Xiaohu Lu und Kollegen haben erforscht, wie der Einsatz von polymermodifiziertem Bitumen (PMB) den Fahrbahnbelag besser vor Spurrinnenbildung schützen kann. 

„Wir haben im Labor verschiedene Asphaltmischungen auf ihren Widerstand gegen bleibende Verformungen untersucht, einmal mit herkömmlichem Bitumen (Pen 70/100) als Referenz und dann mit PMB (Nypol 76-28)“, berichtet Lu. Ein schwedischer Asphaltbeton (ABT 11) wurde mittels Spurbildungstestgerät bei 60 °C untersucht. Hinsichtlich der Verformung konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass der Asphalt mit dem polymermodifizierten Bindemittel nahezu zehn Mal besser abschneidet als der mit dem Referenzbitumen.

Um die Asphaltproben noch genauer zu untersuchen, führten die Wissenschaftler dynamische Schubmodultests bei diversen Temperaturen und Lastfrequenzen durch. Anhand dieser Tests konnten sie die Viskosität des jeweiligen Asphaltmaterials bei maximalen Phasenwinkeln bestimmen.

Diese Viskositätswerte dienen als Vorgabe für die Materialeigenschaften in einem neu entwickelten Instrument zur Vorhersage des Verformungsverhaltens von Asphaltbelägen (siehe Faktenbox).

„Wir haben festgestellt, dass das Asphaltmischgut mit dem PMB eine über 20 % höhere Viskosität aufweist als das mit herkömmlichem Bitumen“, sagt Xiaohu Lu.

Die erhöhte Viskosität erhöht die Verformungsbeständigkeit des Asphaltes.

„Durch Eingabe unserer Ergebnisse in das Prognosemodell konnten wir vorhersagen, dass ein Straßenabschnitt mit PMB rund 20 % weniger Verformungen aufweist als ein Abschnitt, der mit unmodifiziertem Bitumen gefertigt wurde.“

Wenn also ein Straßenabschnitt mit PMB-Asphalt alle 20 Jahre eine Instandsetzung benötigt, dann erfordert ein Referenzabschnitt, der aus Asphalt mit unmodifiziertem Bindemittel besteht, schon vier Jahre früher, nämlich nach 16 Jahren eine Instandsetzung.

„Das ist schon ein erheblicher Unterschied“, konstatiert Xiaohu Lu. „Nicht nur in Bezug auf die Kosten, sondern auch auf die Umweltvorteile, denn hier sehen wir einen nachhaltigeren Einsatz von Material und Energie.“

PEDRO prognostiziert die Verformung

Das schwedische Straßen- und Verkehrsforschungsinstitut (VTI) hat ein Modell zur Vorhersage der Spurrinnenbildung in Fahrbahnen entwickelt. Der Name PEDRO steht für „PErmanent Deformation of asphalt layers for ROads“. Das Modell findet Verwendung in einem Projekt, das im Rahmen des strategischen Innovationsprogramms InfraSweden2030 kofinanziert wird. 

Im Gegensatz zu vergleichbaren Modellen nutzt PEDRO zwei separate Faktoren – Volumen und Form bzw. Schub –, um die Auswirkungen von Nachverdichtung, Volumenveränderungen und Scherkräften in bitumenhaltigen Mischungen vorherzusagen. Zu den Materialeigenschaften, die in das PEDRO-Modell eingegeben werden, gehört die Viskosität des Asphalts bei maximalem Phasenwinkel. Damit gelang es dem Nynas Team, die Wirkweise neuerer Bindemittel wie PMB zu untersuchen.

 

Weiterführende Literatur

Ein dach über ihrem kopf

Mit der entsprechenden Bitumensorte lassen sich kostspielige und teure Dachrenovierungen vermeiden. Nynas ist einer der führenden Hersteller von Bitumen.

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