Bindemittelmodifizierung -ein Weg zu neuen ... · Marco Schünemann VSVI Mecklenburg-Vorpommern 02.04.09 31 Bindemittelmodifizierung -ein Weg zu neuen Mischgutkonzeptionen …

Dipl.-Ing. Marco Schünemann 102.04.09VSVI Mecklenburg-Vorpommern

Bindemittelmodifizierung -ein Weg zu neuen Mischgutkonzeptionen



Das für Bitumen gültige Regelwerk



Die polymermodifizierten Bitumensorten früher und heute

TL PmB 2001 TL Bitumen-StB 07

PmB 130 A 120 ≤ Pen ≤ 200 dmm40°C ≤ EP ≤ 48°C 120/200-40 A 120 ≤ Pen ≤ 200 dmm

40°C ≤ EP


50°C ≤ EP


55°C ≤ EP


65°C ≤ EP

PmB 40/100-65 H 40 ≤ Pen ≤ 100 dmm65°C ≤ EP 40/100-65 A 40 ≤ Pen ≤ 100 dmm

65°C ≤ EP

Alt: Neu:



Die neuen Bezeichnungen –am Beispiel eines „alten“ PmB 45A

• Die ersten Ziffern stehen für die untere und obere Penetrationsgrenze.

• Abgetrennt durch den Gedankenstrich folgt die untere Grenze für den Erweichungspunkt Ring und Kugel.

• Das A kennzeichnet ein PmB der Klasse A (vgl. Thermoplasten der Gruppe C (z.B. „Lucobit“).

• Vorsicht! Gefahr von Missverständnissen:

• früher: PmB 65A, jetzt 45/80-50 A



Immer die volle Bezeichnung angeben!



Was „kann“ das Bindemittel wirklich?

Das Bindemittel hat Einfluss auf nachfolgende Eigenschaften:

• Standfestigkeit

• Ermüdungsbeständigkeit

• Alterungsverhalten

• Griffigkeit (indirekt)



Es gibt u.a. so viele Modifikationsangebote, aufgrund...

• steigender Preise (für Bitumen und besonders der Polymerzusätze).• der Kritik an zur Modifizierung eingesetzter SBS (z.B. Empfindlichkeit

gegenüber hohen Temperaturen).• der extrem steigenden Beanspruchungen von Verkehrsflächen.• der Sonderanforderungen privater Auftraggeber.• von Sonderanforderungen des Gesetzgebers (hier: Reduzierung der

Arbeitsplatzkonzentration bei Gussasphaltarbeiten) durch den Einsatz von viskositätsverändernden Zusätzen.

• der politischer Einflussnahme: Zum Beispiel “Tuning“ von Gesteinen mit ungünstigen Hafteigenschaften zur Unterstützung der lokalen Gesteinslieferanten durch Affinitätsverbesserer.



t

Heftige Beanspruchungen hier: Hamburger Hafen



Was unterscheidet eigentlich polymermodifiziertes Bitumen von „normalem“ Straßenbaubitumen im Hinblick auf das Gebrauchsverhalten?



Plastizitätsspanne bei Straßenbaubitumen

Brechpkt Fraaß [ºC]

EWP R+K [ºC]

Plastizitätsspanne

-Pr

üfte

mpe

ratu

r +

weiche Straßenbaubitumen harte



Plastizitätsspanne bei polymermodifiziertem Bitumen

Brechpkt Fraaß [ºC]

EWP R+K [ºC]

Plastizitätsspanne +

-Pr

üfte

mpe

ratu

r +

weiche polymermod. Bitumen harte



Modifizierungsmittel Markennamen (Auswahl)

Bemerkungen

Elastomer Caribit, Olexobit, PmB A

Elastomer (erhöhter Anteil)

RC-Bindemittel für erhöhte Granulatzugabe

Elastomer/Gummi Road+, CTS vielfältige Eigenschaften, Marken sehr unterschiedlich

FT-Paraffine Sasobit, u.v.a. Temperaturabsenkung, Standfestigkeit, Einbauhilfe

Naturasphalt Trinidat Epuré, Selenizza

Standfestigkeitserhöhung,Einbauhilfe

? Tego Adibit, u.v.a. Haftverbesserer

Reaktives Additiv mit Mehrfachwirkung

Colzuphalt Temperaturabsenkung, Haftverbesserer,Einbauhilfe

Thermoplast (Pulver) Lucobit PmB CThermoplast (Granulat) PR Plast anwendungstechnische

Probleme

Bindemittelmo-difizierungen in der Übersicht

Achtung: Nur ein Auszug!!!




Bemerkungen












Probleme



Elastomere

• Erhöhen die Plastizitätsspanne.

• Also: Erweiterung der Gebrauchstemperatur sowohl bei Hitze...

• als auch bei Kälte.

• Die Elastomere unterstützen auch die Klebkraft des modifizierten Bitumens am Gestein.

• Achtung: Das kann im Bereich von Asphaltdeckschichten auch nachteilig sein! => verstärkte Einleitung von Schubspannungen!

• Trick für Parkierungsflächen: Abgrusen / Absanden der frischen Asphaltbefestigung (ca. 2-4 Wochen). Denn: Polymermodifizierte Bindemittel kleben auch extrem an den Gesteinskuppen und begünstigen die Einleitung starker Schubspannungen in die Asphaltbefestigung!



Eine „frische“ Asphaltbefestigung würde hier im Frühsommer/Sommer sofort versagen, wenn sie nicht abgegrust würde!

Brutale Schubeanspruchung!



Brutale Schubeanspruchung!




Bemerkungen












Probleme



Elastomere (erhöhter Anteil)

• „Erhalten“ die erhöhte Plastizitätsspanne trotz Ausbauasphaltzugabe.

• Also: Erweiterung des Gebrauchstemperaturbereiches sowohl bei Hitze...

• als auch bei Kälte.

• Rest siehe „Elastomere“

• Kennzeichnung sehr häufig durch Kürzel „RC“

• Erste Modifizierungsstufe ist zumeist für Ausbauasphaltzugabemengen von 20 M-% vorgesehen, die Varianten mit RC+ stehen für eine mögliche Ausbauasphaltzugabemenge von 40 M-% zur Verfügung.




Bemerkungen












Probleme



Gummizugabe

• Als Alternative zu Elastomeren beleben sie den Wettbewerb.

• Recycling von Altreifen stellen einen positiven ökologischen Ansatz dar.

• Standen zunächst in Verruf -Handling hat sich bei neuen Produkten allerdings erheblich verbessert.

• Technisch zeigen sie bei bestimmten Einsatzbereichen gute Eigenschaften, insbesondere in Asphaltdeckschichten.

• Wichtig ist zudem die Fixierung der vertraglichen Randbedingungen, um einen reibungslosen Ablauf der Baumaßnahme für alle Beteiligten zu ermöglichen.




Bemerkungen












Probleme



Thermoplaste (Pulver, Granulat)

• PmB C spielen weiterhin eine nur geringe Rolle in Deutschland.

• PmB C können bei bestimmten Anwendungsgebieten (z.B. brettharten Asphaltbinderschichten) gewisse Vorteile generieren.

• Vorsicht ist bei tiefen Temperaturen angebracht.

• PR Plast war ca. zwei Jahre lang das Superprodukt für den Hamburger Hafen. Dann offenbarten sich anwendungstechnische Probleme bis hin zu minderwertiger Qualität und daraus resultierenden Schadensfällen.

• Fazit: Gute Laborergebnisse sind unbedingte Voraussetzung für neue Bauweisen, ersetzen aber nicht praktische Erfahrungswerte.




Bemerkungen












Probleme



FT-Paraffine

• Diese Paraffine dienen u.a. zur Temperaturabsenkung von Asphalten, was einen geringeren Energiebedarf bei der Asphaltherstellung zur Folge hat.

• In der Praxis haben sie vor allem den Vorteil der Verlängerung des Verdichtungszeitfensters.

• Zudem bieten die FT-Paraffine einen messbaren Zugewinn an Standfestigkeit! Parallel verändert sich das Tieftemperaturverhalten des Ausgangsbitumens nur geringfügig => Erweiterung der Plastizitätsspanne.

• Beim Einbau unbedingt beachten: Im kritischen Temperaturbereich keine Vibrationsverdichtung! => ansonsten Zerstörung der Struktur => Schäden!

• Bei Kontrollprüfungen unbedingt Randbedingungen bzgl. Extraktionbeachten- ansonsten Probleme im Bauvertrag (EWP R+K)

• Erweichungspunkte R+K steigen erheblich an (Recycling Ausbauasphalt??)



So nicht !!!

Bsp. für zu „trockene“ hochmodifizierte Asphaltmischgüter im Hamburger Hafen.

1) Erster kritischer Bereich: Nähte

2) Danach: Ausmagerungen

3) Abschließend: Totalversagen im Zeitraffer

Diese Fläche lag zum Zeitpunkt der Aufnahmen keine 5 Monate

Spezialbindemittel (EWP R+K 95 Grad Celsius)Folgen von Übermodifika-tionen mit FT-Paraffinen



So nicht !!!

...nach knapp 5 Monaten...Folgen von Übermodifika-tionen mit FT-Paraffinen



...nach knapp 5 Monaten...

So nicht !!!

Folgen von Übermodifika-tionen mit FT-Paraffinen



Folgen von Vibrationsverdichtung beturen unter Verwendung von SondermiscParaffinen)

i bereits zu geringen Mischguttempera-hgütern (hoch-viskoses PmB mit FT-



Folgen von Vibrationsverdichtung bei bereits zu geringen Mischguttempera-turen unter Verwendung von Sondermischgütern (hoch-viskoses PmB mit FT-Paraffinen)




Bemerkungen












Probleme



Reaktives Additiv mit Mehrfachwirkung - Colzuphalt

• Dieses Additiv dient u.a. zur Temperaturabsenkung von Asphalten.

• Zudem unterstützt es das Haftverhalten.

• In der Praxis wird Colzuphalt vor allem zur Verlängerung des Verdichtungszeitfensters eingesetzt.

• Bei diesem Produkten wird kein direkter Standfestigkeitszugewinn erzielt, die Erweichungspunkte des Grundbitumens bleiben konstant oder fallen sogar geringfügig ab.




Bemerkungen









Reaktives Additiv mit Mehrfachwirlung



Probleme



Naturasphalte

• Sie dienen vor allem der Standfestigkeitserhöhung von Asphalten.

• Die Plastizitätsspanne des Basisbitumens wird allerdings nicht erhöht, so dass die Erhöhung des EWP R+K mit einer parallelen Erhöhung des Brechpunktes nach Fraaß einhergeht.

• In der Praxis unterstützen Sie auch die Einbaufähigkeit (Kristallwasser, ähnlich der Zeolith-Wirkung -allerdings in abgeschwächter Form).




Bemerkungen












Probleme



Haftverbesserer

• Sie sollen das Haftverhalten (Affinität) zwischen Bitumen und Gestein verbessern.

• Dadurch sollen Asphaltbefestigungen langlebiger werden.

• Signifikante Wirkung nur bei haftkritischen Gesteinsarten.

• Achtung: Mittel sind zumeist gesundheitlich bedenklich.

• Fertig angemischte Bindemittel (Bitumen + Haftverbesserer) sind nicht lagerstabil => Wirkung „verfliegt“.

• Das Einbauverhalten ändert sich etwas –ob das repräsentativ ist, werden die kommenden Monate zeigen (verstärkter Einsatz in Thüringen, Sachsen und Sachsen-Anhalt).



Die Wahrheit erkannten schlaue Köpfe schon in den Sechzigern

Dem übertriebenen Modifizierungswahn zuwider... ;-)



Optimierung anderer Kenngrößen kann auch „was“ bringen!

Eine Entwicklung, die schon in den 80er Jahren bei KEMNA begann, sollte ein ...

extrem standfestes,

extrem ermüdungsresistentes,

extrem dicht gelagertes,

sehr leicht einbaubares, also „robustes“,

auch bei kritischen Witterungsbedingungen beherrschbares,

vertraglich und technisch für alle Baubeteiligten zufriedenstellendes,

Asphaltbindermischgut sein.



Idee: Extrapolation des Splittmastixprinzips auf den Asphaltbinder, der dann als Splittmastixbinder bezeichnet werden kann!

Das lässt sich realisieren durch...

Mehr Bindemittel

Faserstoffe (und zwar gute...!)

Mehr Füller (hochwertiges KSM)

Hochviskoses polymermodifiziertes Bindemittel

Spezielle Sieblinie: mehr 2/5, weniger 8/11, mehr 11/16

Schichtdicke: 6 – 8 cm

Splittmastixbinder

Nein, er neigt nicht zu Entmischungen!



Kornzusammensetzung des Gesteinskörnungsgemisches

Splittmastixbinder 0/16S

5,2 M-% PmB

Asphaltbetonbinder 0/16S

4,2 M-% PmB

35 % mehr Füller!



Einaxiale Druckschwellversuche (Bestimmung des Verformungsverhalten von Walzasphalten bei Wärme)

ABIN 0/16S, PMB45A SMBIN 0/16S, PMB45A SMBIN 0/16S, PMB25A

Wendepunkt!

Keine Wendepunkte!

Untersuchungen: Nordlabor, Pinneberg



ABIN 0/16S, PMB45A SMBIN 0/16S, PMB45A SMBIN 0/16S, PMB25A

10992 6710418552Lastwechsel:

4-Punkt-Biegeversuche in Anlehnung an DIN EN 12697-24 (Beständigkeit gegen Ermüdung)

Oberlast hier recht hoch gewähltUntersuchungen: Nordlabor, Pinneberg



Hoher Gröbstkornanteil deutlich sichtbar -im Bereich des Probefeldes im Vergleich zur Sollvorgabe der Eignungsprüfung überbetont- (Anteil 11/16 > 40 M-%), trotzdem sehr homogene Textur.

Deutliche SMA-ähnliche Struktur



SM-Binder auf der BAB A73 bei Erlangen in 12 m Breite

Zwei Walzvorgänge statisch und ein Walzvorgang mit Vibration führten zu 100% Verdichtungsgrad



Sehr homogenes Oberflächenbild



Zusammenfassung – Einsatzgebiete von Splittmastixbinderist besonders geeignet für dauerhafte Asphaltbefestigungen (PPP-Modelle) in Hinblick auf zukünftige Erhaltungszyklen,

ist besonders geeignet unter offenporigen Asphaltdeckschichten oder SMA-LA, Stripping ist praktisch ausgeschlossen, auch wenn die SAMI mal versagt (was in der Praxis nicht selten vorkommt),

ist besonders geeignet unter Gussasphaltdeckschichten (kann aufgrund der extrem dichten Konzeption die Gefahr der Blasenbildung extrem reduzieren),

ist besonders geeignet für das Überbauen von Betonfahrbahnen,

ist besonders geeignet in Dammbereichen und Moorgebieten (herausragende Elastizität),

kann temporär problemlos befahren werden,

ein Fräsguteinsatz ist bis 20 M-% ohne weiteres möglich- darüber gelten erhöhte Anforderungen an die Sieblinie des Ausbauasphaltes.



Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit !!!

Documents

Bindemittelmodifizierung -ein Weg zu neuen ... · Marco Schünemann VSVI Mecklenburg-Vorpommern 02.04.09 31 Bindemittelmodifizierung -ein Weg zu neuen Mischgutkonzeptionen …