Dipl.-Ing. H.-J. Ritter

Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie e.V.

Kalkhydrat in Asphalt

• 1910 USA Asphaltbeton „Warrenite“ (Patent)

• 1978 USA erster großflächiger Einsatz inverschiedenen Bundesstaaten

• 1984 NL Beginn des Einsatzes in OPA

• 1989 D erste Überlegungen in Kalkindustrie

• 2000 D BAB A4, Untereschbach - OverathD Forschungsvorhaben AiF 12542N

• 1996 D Forschungsvorhaben AiF 10565N

• 2002 EU EN 13043 Gesteinskörnungen fürAsphalt….. (Mischfüller)

• 2006 D TL Gestein-StB 04 (Mischfüller)

Damit so etwas nicht passiert.

Kalkhydrat beeinflusst:• Quellungsverhalten• Haftvermögen

– (Adhäsion)• Alterungsverhalten

– (Oxidation)

Kalkhydrat im Asphalt!

Na+Na+

Na+Na+

Quellung

Al2O3

Na+Na+Na+

Na+

Al2O3

Wasser

Na+Na+

Na+Na+

Quellung

Al2O3

WasserNa+

Na+Na+

Na+

Al2O3

Na+Na+

Na+Na+

Quellung

Al2O3

WasserNa+

Na+Na+

Na+

Al2O3

Na+Na+

Na+Na+

Quellung

Al2O3

WasserNa+

Na+Na+

Na+

Al2O3

Na+Na+

Na+Na+

Quellung

Al2O3

Na+Na+

Na+

Al2O3

Ca++

Na+

Na+Na+

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Quellung

Al2O3

Al2O3

Ca++

Ca++

Na+Na+

Na+Na+

Na+

Na+

Na+Na+

Quellung

Al2O3

Al2O3

Ca++

Ca++

Ca++

Na+Na+

Na+Na+

Na+Na+

Na+Na+

Quellung

Al2O3

Al2O3

Ca++

Ca++

Ca++Ca++

Haftung Gestein - Bitumen• Haftkritisches Gestein • Kalkstein

Haftungsstörung des Bitumens durchWasser

Gesteins-körnung

Bitumen

Gesteins-körnung

Verbesserung der Haftungdes Bitumens

Gesteins-körnung

Gesteins-körnung

Kalkhydrat – HerstellungBrennen des Kalksteins (Entsäuern)

CaCO3 CaO + CO2 mit ∆∆∆∆HR +178 kj/mol

Dichte g/cm3

2,6 - 2,85 3,15 - 3,4

Rohdichte g/cm3

1,45 - 2,8

ca. 43 Gew.% CO2

16

Primärkristallgröße von CaOin Abhängigkeit vom Brenngrad

Que

lle

5 µm

Weichbrandsoft burnt

Mittelbrandmoderateburnt Hartbrand

hard burnt

Kalkhydrat – HerstellungLöschen des Branntkalkes

CaO + H2O Ca(OH)2 mit ∆∆∆∆HR -67 kj/mol

Schüttdichte g/cm3

0,9 - 1,4 0,3 – 0,5

Oberfläche m2/g

0,9 – 1,2 15 - 20

Kalkhydratbildung

CaO/Ca(OH)2 – haltiges Beiprodukt

abnehmender Bitumengehalt

Volumenzunahme nur durch Luftfeuchtigkeit (3 Jahre)

Korngrößenverteilung von Kalkhydrat

Sieb-weite

Siebdurchgänge (M.%)Kalkhydrat

mm KH1 KH2 KH3 KH4

0,71 0,0 0,0 0,0 0,00,25 3,0 0,6 0,7 2,20,09 5,2 2,1 2,6 4,8

0,063 91,8 97,3 96,7 93,0

Quellung an Asphaltbeton 0/8

• Kalkhydrat CL 90, CL 80– in 1 M-%, 2 M-% bezogen

auf das Mineralstoffgemisch• Bentonit

– in 1 M-%, 2 M-% und 3 M-%bezogen auf dasMineralstoffgemisch

• B 200• Gesteinskörnung Basalt

Quellung AB 0/8

0,70,9

1,1

2,6

0% 1% 2% 3%

Bentonit M.-%

Que

llung

[Vol

-%]

ohne CL CL 90 2% CL 80 2%

Quellung AB 0/8

0,70,9

1,1

2,6

0,2 0,3 0,4

1,2

0% 1% 2% 3%

Bentonit M.-%

Que

llung

[Vol

-%]

ohne CL CL 90 2% CL 80 2%

Quellung AB 0/8

0,70,9

1,1

2,6

0,2 0,3 0,4

1,2

0,4 0,5 0,5

1

0% 1% 2% 3%

Bentonit M.-%

Que

llung

[Vol

-%]

ohne CL CL 90 2% CL 80 2%

Adhäsion zwischen Bindemittel undGesteinskörnung

• Verfahren– einaxialer Zugversuch bis

zum Bruch• Probekörper

– 40 x 40 x160 mm auswalzverdichteten Platten

• Lagerung– Wasserlagerung 6 Tage

• Versuchsbedingungen– Temperatur 5°C– Zug konstant 5 mm/min

39

19

46

20

58

25

66

33

Zugf

estig

keits

verlu

st

[%]

0% 1% 2% 3%

Bentonitgehalt

Einfluß von Kalkhydrat auf die Zugfestigkeit vonAsphaltbeton 0/8

ohne KH CL90 2 M-%

Einfluß von Kalkhydrat auf dasAlterungsverhalten

• Bindemittel B80 / B65• Kalkhydrat CL 90• Basaltfüller• Thermische Alterung

– 0 / 24 / 48 / 96 Stunden• Temperatur 180°C• Ring und Kugel

0,7 0,9

6,65,4

16,6

8,5

Erw

eich

ungs

punk

terh

öhun

g [°

C]

24 48 96Alterungsdauer [h]

Einfluß von Kalkhydrat auf dasAlterungsverhalten B 80

ohne KH 8 M-% KH

-0,7 -1,74,4

2,6

30,3

15

Erw

eich

ungs

punk

terh

öhun

g [°

C]

24 48 96

Alterungsdauer [h]

Einfluß von Kalkhydrat auf dasAlterungsverhalten PmB 65

ohne KH 8 M-% KH

Kalkhydrat in Asphalt – eingebaut -

BAB A4 km 98+000 bis km 103+000Fahrtrichtung Olpe (Hauptfahrstreifen)Einbau: Juli 2000SMA 0/8S, ABi 0/16

Quelle: IFTA Essen

BAB A4eingebaut: Abi 0/16 + SMA 0/8S

Material Einheit Variante AI Variante AII Variante AIII

Edelsplitt M.-% 72,1 (Basalt) 72,0 (GW) 71,8 (GW)

Edelbrechsand 0/2 M.-% 22,4 (Basalt) 20,9 (GW) 20,8 (GW)

Füller M.-% 5,5 7,1 7,9 (mit KH)

Bindemittel M.-% 4,2 4,3 4,4

EP R u K °C 66,0 (30/45) 64,0 (PmB 45 A) 63,5 (30/45)

Material Einheit Variante BI Variante BIII

Edelsplitt M.-% 75,4 (GW) 75,1 (GW)

Edelbrechsand 0/2 M.-% 11,7 (GW) 13,3 (GW)

Füller M.-% 12,9 11,6 (mit KH)

Bindemittel M.-% 7,3 7,4

EP R u K °C 63,5 (PmB 45 A) 58,5 (30/45)

Quelle: IFTA Essen

(hier AiF 12542 und weitere durch andere Straßenbaubehörden)

• Überprüfung derLaborergebnisse in der Praxis

• Entwicklung der Analytik• Streckenbau

– SMA 0/8 S (Bkl II /29.08.2000)

– AB 0/11 (Bkl III / 31.07.2000)• Nachweis der Wirksamkeit an

Bohrkernen aus den Strecken

Kalkhydrat in Asphalt – eingebaut -

AiF 12542 - Variation der Asphalte -

2,9/2,95,82,9/2,95,8

11,6--11,6

M.-%SMA 0/8 S, B 277,317,027,037,34

9,55,9B2,4/2,44,75,9C2,4/2,44,76,2D

--9,56,2AM.-%AB 0/11, L 181

KStM/KHEigenfüllerBitumenFeld

Alterung des Bitumens

0

10

20

30

40

50

60

70

SMA0/8 S

AB0/11

EP R

uK [°

C]

ohne KHmit KH

EP KP 0 KP 2 KP 0 KP 2EPKP 5 KP 5

Wiederfindungsrate an extrahierten Füllern

0

5

10

15

20

25

30

Kalk

hydr

at [M

.-%]

KH eingesetzt KHgefundenBasaltfüller Moränefüller L 181 Kalksteinfüller

WFR57 %

WFR64 %

WFR76 %

WFR80 %

WFR79 %

WFR93 %

0

2

4

6

8

10

12

pH-Splitt pH-Fein

Trachyt

Basalt-Andesit

Granit

Quarzporphyr

Diabas

Basalt

Grauwacke

Devonkalk

Kulmplattenkalk

Karbon -KohlenkalkTrochitenkalk

• Ermittelungdes pH-Wertes vonGesteinennach demDEV S4Verfahren

Kalkhydrat im Asphalt - Affinität

Kalkhydrat im Asphalt – Affinität- Oberflächenladung -

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

µeq/g

Basalt-Andesit

Granit

Quarzporphyr

Grauwacke

Devon Kalk

KarbonKohlenkalkTrochitenkalk

Kalkmilch

ErmittelungdesOberflächen-Ladungs-potentials

-60

-40

-20

0

20

40

60

EF o. KH EF m.KH FF o. KH FF m.KH

Granit 0/2 mm - Schüttelabrieb

Abrieb Quellung Druckfestigkeit

Kalkhydrat im Asphalt- Situation im Regelwerk -

• EN 13043 Gesteinskörnungen für Asphalt ….Begriffe: MischfüllerAnforderungen: Abschnitt 5.4.4

• TL Gestein-StB Begriffe: MischfüllerAnforderungen: Abschnitt 2.3.8Anwendung: Anhang F

• TP Gestein-StB Teil 3.9

Forschungsgesellschaft für Straßen- und VerkehrswesenARBEITSGRUPPE MINERALSTOFFE IM STRASSENBAU

Technische Prüfvorschriften für Gesteinskörnungen im StraßenbauTP Gestein-StB

Teil 3.9

Bestimmung des Calciumhydroxidgehaltesin Mischfüller

Ausgabe 2006

1 Zweck und AnwendungsbereichDas Verfahren dient zur Bestimmung des Anteils− an Calciumhydroxid in Kalkhydraten für den Einsatz im Asphaltstraßenbau,− an Calciumhydroxid in Kalkhydrat/Gesteinsmehl - Mischfüllern für den Einsatz im

Asphaltstraßenbau,− an Calciumhydroxid in extrahierten Füllern aus Asphaltmischungen. Das Verfahren ist

anwendbar im Rahmen von Eignungsprüfungen sowie bei den Prüfungen voneingebautem Asphalt.

Das Verfahren erfasst diejenigen Anteile an Calciumhydroxid, die unter den Bedingungendieser spezifischen Methode die Reaktion eingehen. Die Auswertung der Ergebnisse, diemit der folgenden Methode erzielt werden, muss unter Beachtung diesereinschränkenden Definition vorgenommen werden.

2 Grundlage des Verfahrens

Kalkhydrat im Asphalt

• reduziert die Quellung• verbessert die Haftung zwischen

Gesteinskörnung und Bitumen• reduziert die Versprödung

Erhöhung der Dauerhaftigkeit