Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Polymermodifizierte Bindemittel, Mischgut, Überhitzung, Schädigung,
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Polymermodified bitumen, bituminous mixes, overheating, damage
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Bei der Herstellung von Belägen mit polymermodifiziertem Bitumen (PmB) kommt es in der Praxis immer wieder vor, dass das polymermodifizierte Bindemittel im Strassenbelag durch thermische Belastung gegenüber seinem ursprünglichen Zustand zum Zeitpunkt der Herstellung verändert wurde. Hauptsächlich sind überhöhte Mischguttemperaturen und zu lange Lager- oder Transportzeiten dafür verantwortlich.
Bei der Überhitzung des PmB wird vorallem das Polymer geschädigt, da dieses in der Regel hitzeempfindlicher ist als das Bitumen. Dadurch zeigt das überhitzte PmB veränderte Eigenschaften bei tiefen und/oder hohen Temperaturen, was sich direkt auch auf das Verhalten des erstellten Strassenbelags auswirkt. Die Untersuchung des Bindemittels im fertigen Belag ist nicht einfach, da es meist nicht direkt untersucht werden kann. Dazu ist eine Bindemittelrückgewinnung notwendig, wo berechtigte Zweifel bestehen, ob in jedem Fall das PmB vollständig extrahiert werden kann. Abgesehen davon kann durch die Extraktion die Mikrostruktur des Polymergerüstes im PmB verändert werden, was zu veränderten Eigenschaften führt.
Einzig an PmB, die ein bei Raumtemperatur lösliches Polymer enthalten (beispielsweise unvernetztes
SBS), kann mittels Gelpermeationschromatographie direkt der Polymerabbau nachgewiesen werden.
Es wäre angesichts der dargestellten Sachlage ein grosser Vorteil wenn nicht das Bindemittel
isoliert sondern der ganze Strassenbelag beurteilt werden könnte.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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In the process of asphalt pavement production in practise it is observed, that the state of polymer modified binders has altered in comparison to the original state as a result of thermal stress in the heating process. The main causes can be attributed to overheating and long storage or transportation time. In this process mainly the PmB is damaged since as a rule polymers are more temperature sensitive than bitumen. This leads to altered characteristics at low and/or high temperatures which affects directly the behaviour of the road pavement.
The investigation of the binder in the completed pavement is not an easy process and generally the binder has to be extracted. But there are legitimate doubts whether the PmB can be extracted in full. In addition to this fact the microstructure of the polymer framework in the PmB might be changed, resulting in altered binder properties.
Only PmB containing a polymer which is soluble in a solvent at room temperature can be analysed by gel permeation chromatography and can directly show the polymer degradation. In view of the presented situation a test method allowing the evaluation of the completed road pavement without binder extraction would be a major advantage.
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Methoden
(Deutsch)
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Der Anwendungsbereich von PmB lässt sich grob in drei Bereiche respektive Belagsarten aufteilen, für die jeweils spezielle PmB-Sorten benötigt oder Einbauverfahren angewendet werden:
- Asphaltbeton :PmB-Klasse C
- Gussasphalt: PmB-Klasse C aber mit hoher Temperaturresistenz
- Drainasphalt, Splittmastix, Rauhasphalt: PmB-Klasse E mit erhöhten Eigenschaften
Deshalb werden in dieser Forschungsarbeit auch drei verschiedenen Mischgutsorten untersucht. Neben Gussasphalt wurde entschieden, Asphaltbeton und Drainasphalt zu wählen, da diese Typen die beiden Extreme von dichten und offenporigen Strassenbelägen darstellen.
Es wird zuerst eine thermische Beanspruchung des Mischgutes im Labor nachvollzogen, welche denjenigen bei der Aufbereitung, der Lagerung und dem Transport von Mischgut erfolgt.Aufgrund der unterschiedlichen Schädigungsmechanismen müssen verschiedene Prüfungen durchgeführt werden. Daraus soll ersichtlich werden, wo die grössten Effekte auftreten und welche Prüfung sich als Indikator für eine Bindemittelüberhitzung eignen könnte.
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Stand der eigenen Forschung
(Deutsch)
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- Gubler, R.: Einfluss schweiz. Filler auf die Alterung von bitum. Bindemitteln und Rissbildung im Belag. Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation, Bundesamt für Strassen. Report Nrxxx, in preparation (2002)
- Neubauer, O., Partl, M.N.: Volumetrische und mechanische Optimierung von Splittmastixasphalt. Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation, Bundesamt für Strassen. Report Nrxxx, in preparation (2002)
- González Lakehal, S , Partl, M.N.: Prüfung der Wasserempfindlichkeit von Heissmischfundationsschichten. Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation, Bundesamt für Strassen. Report Nr458, November (2000)
- Raab,C., Partl, M.N.: Methoden zur Beurteilung des Schichtenverbunds von Asphaltbelägen. Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation, Bundesamt für Strassen. Report Nr442, November,(1999)
- Dumont A. G., Schwéry B., Angst Ch.,FA 2/91, Vergleichsstrecke mit polymermodifiziertem Bindemittel und Zusätzen; Oktober 1994
- Angst Ch., Gubler R., Wasserempfindlichkeit von Filler in bituminösem Mischgut (1. Teil); September 1998
- FA 12/92 Angst Ch., Internationale Ringanalyse PmB (polymermodifizierte Bitumen); Dezember 1998
- Angst Ch., Riedi M., FA 6/95 Kälteverhalten von bituminösem Bindemittel;in Arbeit
- Angst Ch. FA 13/99 Optimierung der Kraft-Duktilitätsprüfung von PmB; in Arbeit
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Projektziele
(Deutsch)
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In diesem Forschungsprojekt wird nach Lösungen gesucht, um Überhitzungen des PmB nachträglich im fertigen Strassenbelag nachweisen und beurteilen zu können, ohne dass das Bindemittel extrahiert werden muss. Dazu sollen verschiedene Belagstypen und PmB auf ihr Verhalten bei gezielter Überhitzung studiert werden.
Durch direkten Vergleich von Prüfkörpern, hergestellt aus nicht überhitztem Gussasphalt (resp. Mischgut) und Prüfkörpern nach definierter thermischer Belastung sollen Unterschiede bestimmt werden. Es soll untersucht werden, welche Prüfverfahren sich für eine Differenzierung am besten eignen. Dabei sollen sowohl die Belagseigenschaften bei hohen als auch bei tiefen Temperaturen beurteilt werden. Auch das Ermüdungverhalten bei mittleren Temperaturen soll simuliert werden.
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Projektziele
(Englisch)
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In this project solutions are sought to determine and evaluate overheating of PmB after the pavement has been built avoiding the extraction process of the binder. To this end several types of pavements and PmB under a defined overheating process will be evaluated. The difference between hot mix specimens produced under standard conditions and overheated ones will be analysed and the best test method for maximum differentiation will be identified. Pavement properties will be evaluated both at high and low temperatures as well as the simulation of fatigue behaviour under average temperature.
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Forschungsplan
(Deutsch)
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Für das Forschungsprojekt ist ein Zeitraum von 3 Jahren vorgesehen, wie in Abbildung y2 herauszulesen ist. Die Beschaffung und Untersuchung der Ausgangskomponenten Bindemittel, Filler und Mineralstoffe sowie die geplanten Vorversuche sind im ersten Jahr geplant (1. Meilenstein). Im zweiten Jahr wird die Herstellung und Alterung der verschiedenen Mischgüter und Prüfkörper, sowie der Grossteil der Untersu-chungen stattfinden (2. Meilenstein). Das dritte Jahr ist für Spezialuntersuchungen (überhitzte Mineralstof-fe) und die Schlussauswertung der durchgeführten Prüfungen geplant. Danach wird ein Vorschlag für ein geeignetes QS-System für PmB-haltige Beläge erarbeit um dann in der letzten Hälfte des 3. Jahres alle Resultate und Erkenntnisse in einem interessanten Schlussbericht herausgeben zu können (3. Meilen-stein).
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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In der Praxis wird ein möglich einfaches Verfahren an Bohrkernen des fertiggestellten Belages benötigt, um beurteilen zu können, ob das eingesetzte PmB geschädigt ist und mit was für Konsequenzen für den Stra-ssenbelag zu rechnen ist. Dies ist voraussichtlich nicht möglich ohne zu gewissen Zeitpunkten Rückstell-proben zu entnehmen. Deshalb soll nach Auswertung der Resultate der Laborversuche ein Vorschlag für ein Qualitätssicherungskonzept erarbeitet werden, dass mit vernünftigem Aufwand durchgeführt werden kann.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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1419
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Berichtsnummer
(Englisch)
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1419
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Literatur
(Deutsch)
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- Hugener, M.: Die neue schweizerische Anforderungsnorm für Polymermodifizierte Bitumen. Strasse und Verkehr, Nr12, Dezember, pp 534...538, (2001)
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