bitumen MAGAZIN DER ARBEITSGEMEINSCHAFT DER BITUMEN-INDUSTRIE E.V. August 2011 Multitalent Bitumen

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1 bitumen i MAGAZIN DER ARBEITSGEMEINSCHAFT DER BITUMEN-INDUSTRIE E.V. August 2011 Ein Werkstoff stellt sich vor Multitalent Bitumen

2 02 l Editorial 03 l Titelthema Bitumen: natürlich vielfältig Werkstoffkunde Ein Material viele Eigenschaften Liebe Leserinnen und Leser, was hat eine Straße mit einer Talsperre gemeinsam? Oder der Weg in einem Park mit einem Flachdach? Ganz einfach: Es sind klassische Gebiete, in denen Bitumen zum Einsatz kommt. Ob Straßenbau, Wasserbau, bei Dachabdichtungen, im Hoch- und Ingenieurbau oder bei speziellen Industrieanwendungen wie der Herstellung von Kabeln oder Schutzanstrichen die Anwendungsgebiete sind vielfältig. Stephan Welzer, Vorstandsmitglied der ARBIT Die Aufgaben des Erdölprodukts Bitumen sind dabei stark unterschiedlich: Während bei Straße und Weg die dauerhafte Verbindung der Asphaltbestandteile im Vordergrund steht, geht es bei Talsperre und Dach um die sichere Abdichtung. Bei Elektrokabeln wird es isolierend, in Kraftfahrzeugen schalldämmend eingesetzt. Doch was macht den Baustoff so vielseitig einsetzbar? Mit der aktuellen Ausgabe von bitumen! wollen wir den einzigartigen Eigenschaften des natürlichen Baustoffs auf den Grund gehen. Wir betrachten seine innere Struktur, die Thermoviskosität sowie das Verhalten gegenüber anderen Stoffen und umweltrelevante Aspekte (Seite 4-5). Anschließend stehen das Haftverhalten und der Straßenbau als Hauptanwendungsgebiet von Bitumen im Fokus (Seite 6-7). Viel Spaß beim Lesen und Entdecken wünscht Ihnen Ihr Stephan Welzer, Vorstandsmitglied der ARBIT Langlebig, witterungsbeständig, wiederverwendbar der Werkstoff Bitumen hat so manche positive Eigenschaft. Als Abdichtungsmaterial und Bindemittel ist es aus dem modernen Bauwesen nicht mehr wegzudenken. Sein thermoviskoses Verhalten ist die Grundlage für die breit gefächerten Einsatzgebiete. >>

3 04 l Titelthema [1] Asphaltflächen auf Flugplätzen zeichnen sich durch eine fugenlose, besonders ebene und griffige Oberfläche aus, die eine hohe Resistenz gegenüber mechanischen und Temperaturbelastungen sowie Tausalzen besitzt. 05 l Titelthema [2] Der Einsatz von Bitumen ist für die Gesundheit und die Umwelt unbedenklich. [3] Beständig gegenüber Chemikalien. Bitumenhaltige Baustoffe verhindern, dass Schadstoffe die Bausubstanz angreifen und in den Untergrund eindringen. [4] Bitumen ist UV-beständig, hält Temperaturschwankungen und auch unterschiedlichen Witterungsbedingungen problemlos stand. >> Bitumen ist ein Gemisch aus verschiedenen organischen Verbindungen, das durch die Destillation von Erdöl gezielt gewonnen wird. Es ist dunkelfarbig, schwerflüchtig und komplex aufgebaut. Neben hauptsächlich langkettigen Kohlenwasserstoffen sind als weitere chemische Bestandteile Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff und in geringem Anteil in Form von Salzen oder gebunden Metalle enthalten. Die Dichte liegt je nach Sorte bei einer Bitumentemperatur von 25 C zwischen 1,00 und 1,06 g/cm³. Temperaturverhalten Die Besonderheit von Bitumen liegt in seiner temperaturabhängigen Viskosität. Bitumen verändert je nach Temperatur seine Konsistenz. Bei niedrigen Temperaturen ist es springhart, bei hohen Temperaturen flüssig. Das bedeutet, dass sich das Material durch Erwärmen verformen und entsprechend gut verarbeiten lässt. Die Dichte nimmt im warmen Zustand ab und das flüssige Bitumen hat somit ein größeres Volumen. Verglichen mit Mineralstoffen ist die Wärmeausdehnung 20- bis 30-Mal so groß. Besonders bei der Verwendung als Bestandteil eines Mischguts wie Gussasphalt ist dies zu beobachten, da sich im heißen Zustand ein Bindemittelüberschuss ergibt, der die Verarbeitbarkeit günstig beeinflusst. Die Veränderungen der Viskosität sind stufenlos. Anders als bei Wasser, das unter 0 C gefriert und über 100 C verdampft, kann bei Bitumen weder ein Gefrier- noch ein Schmelz- oder Siedepunkt festgelegt werden. Der Bereich zwischen Kältesprödigkeit und Erweichen wird als Plasti- zitätsspanne bezeichnet. Straßenbaubitumen nach DIN EN weisen in der Regel eine Plastizitätsspanne von etwa 60 C auf. Größere Spannen bieten beispielsweise polymermodifizierte Bitumensorten. So erfüllt das Material die Anforderungen im Gebrauchstemperaturbereich des Werkstoffs, der bei der Anwendung im Straßenbau zwischen -25 und +60 C und bei Dachabdichtungen bei bis zu +80 C liegt. Verhalten gegenüber Wasser und Chemikalien Bitumen ist hydrophob und somit in Wasser praktisch unlöslich. Eine geschlossene Bitumenschicht ist wasserundurchlässig. Diese Eigenschaft ermöglicht den Einsatz als Abdichtungsmaterial. Auch gegenüber weiteren Stoffen zeigt Bitumen eine hohe Stabilität: Bitumen ist beständig gegen aggressive Abwässer sowie zahlreiche chemische Substanzen wie Laugen, Säuren und Salze. Asphalte und ihr Bindemittel Bitumen zeichnen sich durch eine hohe Robustheit gegenüber Tausalzen, Enteisungsmitteln oder Gülle aus, womit sie sich sowohl im Straßenbau, bei Flugbetriebsflächen als auch im ländlichen Wegebau bestens bewähren. Die Beständigkeit von Bitumen gegenüber chemischen Einwirkungen ist temperaturabhängig. Je niedriger die Temperatur des Werkstoffs ist desto höher ist seine Widerstandskraft. Bei einer Temperatur von 30 C hält es selbst Salzsäure mit einer Konzentration von mehr als 25 Prozent stand. Bei höheren Temperaturen sollte die Beständigkeit im Einzelfall geprüft werden. Löslich ist Bitumen lediglich gegenüber artverwandten, mineralölstämmigen Fetten, Ölen und Kraftstoffen sowie einigen organischen Lösemitteln. [1] [2] [3] [4] Umweltrelevante Aspekte Beispiel im Straßenbau seit Jahrzehnten nicht mehr eingesetzt werden. Der Baustoff Bitumen ist für Mensch und Umwelt unbedenklich. Er zählt nicht zu den in der Gefahrstoffverordnung klassifizierten Gefahrstoffen und ist nicht kennzeichnungspflichtig. Wiederverwendbarkeit Zudem stuft die Wasserschutzverordnung Bitumen als nicht Dank seiner thermoviskosen Eigenschaften lässt sich Bitumen sehr gut wiederverwenden. Beim Asphaltrecycling wird wassergefährdenden Stoff ein, womit es auch im Wasserbau und in Wasserschutzgebieten eingesetzt werden darf. das im Ausbauasphalt enthaltene Bitumen durch Erwärmung verflüssigt und kann seine Aufgaben als Bindemittel in neuem Asphaltmischgut wieder übernehmen. Die Wiederverwen- Eventuelle Vorurteile gegenüber Bitumen entstehen häufig durch die Verwechslung mit Teer. Teer ist nicht erdöl- sondern kohlestämmig, ist krebserregend und birgt Risiken fungsniveau ist Stand der Technik. Anfallender Ausbauasphalt dung von Bitumen und Asphalten auf höchstem Wertschöp- für Umwelt und Gesundheit. In Deutschland darf Teer zum wird dem Baustoffkreislauf vollständig zugeführt.

4 06 l Titelthema 07 l Titelthema 05 l Titelthema Haftverhalten Das Haupteinsatzgebiet von Bitumen ist die Verwendung als Bindemittel im Asphaltmischgut. Der Werkstoff umschließt die enthaltenen Gesteinskörnungen und sorgt für einen guten Zusammenhalt. Das Ergebnis sind robuste, ebene und langlebige Oberflächen, die den hohen Beanspruchungen zum Beispiel durch den Verkehr standhalten. >> >> Bei einem Bindemittel sind zwei Eigenschaften entscheidend: Es muss einen starken inneren Zusammenhalt aufweisen und es muss dazu neigen, andere Komponenten zu benetzen und an ihnen zu haften, also eine feste Verbindung mit ihnen einzugehen. Bitumen weist beide Eigenschaften in einem hohen Maße auf. Kohäsion und Adhäsion Die Kohäsion bewirkt den inneren Zusammenhalt der Moleküle eines Stoffes. Erkennbar wird sie beispielsweise bei der Oberflächenspannung: Befindet sich eine Flüssigkeit mit starken Kohäsionskräften in einem Glas, so steht sie in der Mitte des Glases höher als an den Rändern. Bitumen- Moleküle haben bei niedrigen und mittleren Temperaturen den größten inneren Zusammenhalt, der sich gut anhand der höheren Zugfestigkeit des Werkstoffs beobachten lässt. Die Adhäsion beschreibt das Haftverhalten zwischen verschiedenen Stoffen. Für die anhaltende Entfaltung der Klebkraft des Bitumens am Gestein muss die Oberfläche der Gesteinskörnungen im Asphaltmischgut vollständig benetzt sein. Bei der Adhäsion wirken mechanische, chemische und physikalische Bindungen sowie thermodynamische Faktoren zusammen. Die mechanische Bindung entsteht durch die Verzahnung einer rauen Gesteinsoberfläche mit dem umgebenden Bitumenfilm. Eine raue Gesteinsoberfläche weist demnach eine höhere mechanische Haftung auf als eine glatte. Basische Gesteine gehen mit Bitumen, das einen sauren ph-wert aufweist, eine stärkere chemische Bindung ein als saure Gesteine. Die elektrostatische Bindung zwischen dem Bitumen und den Gesteinskörnungen bewirkt eine physikalische Adhäsion. Die thermodynamische Adhäsion geht von unterschiedlichen Oberflächenenergien des Bitumens und der Gesteinskörnungen aus, die einen thermodynamischen Ausgleichsprozess auslösen und somit zur Bindung führen. Als Bindemittel sorgt Bitumen dafür, dass die Gesteine im Asphalt vollständig umhüllt und miteinander verklebt werden. So entsteht eine feste, beständige Nutzfläche. Alterungsverhalten An den Oberflächen kommt es zu einer Verhärtung des Bitumens. Diese überwiegend oxidative Alterung wird durch den Luftsauerstoff ausgelöst und hat in der Regel nur eine sehr geringe Tiefenwirkung. Je dicker der Bitumenfilm und je kleiner der Hohlraumgehalt zum Beispiel einer Asphaltschicht sind, desto geringer ist der Kontakt mit Sauerstoff und somit die Verhärtung. Auch niedrigere Temperaturen verlangsamen die Oxidation. Die Temperaturen bei der Mischgutherstellung sollten zweckmäßig gewählt werden und Planen beim Transport können einen übermäßigen Luftzutritt zum Mischgut verhindern. Optimierung durch Polymere Der Einsatz bestimmter Kunststoffe so genannter Polymere ermöglicht es, die Eigenschaften von Bitumen zu optimieren. Polymermodifizierte Bitumen (PmB) weisen eine deutlich höhere Kohäsion und eine bessere Haftung am Gestein auf. Darüber hinaus ist ihre Plastizitätsspanne größer als die von Norddeutsche Seekabelwerke GmbH Bitumen ist ein schlechter elektrischer Leiter und deshalb in der Kabelindustrie als Isolationsmaterial gefragt. So gelangt die elektrische Energie nahezu ohne Verluste an den Ort des Verbrauchs. Destillationsbitumen. Sie verfügen über eine höhere Ermüdungsfestigkeit und eine verbesserte Alterungsbeständigkeit. PmB sollten alternativ zum Straßenbaubitumen eingesetzt werden, sofern die verbesserten Eigenschaften für den jeweiligen Zweck notwendig sind. Isoliert Wärme, Schall und Strom Die Wärmeleitfähigkeit von Bitumen ist besonders gering. Sie liegt lediglich bei einem Wert von 0,16 W/m K. Im erkalteten Zustand wirkt Bitumen somit wärmeisolierend. Wie bei den meisten Dämmstoffen sind damit auch die schalldämmenden Eigenschaften von Bitumen besonders gut. Unter Fußbodenbelägen kann Bitumen den Trittschall reduzieren. In Autos oder Aufzügen wird es in Form von speziellen Bitumenmatten eingesetzt, um die Schallübertragung zu dämmen. Auch die elektrische Leitfähigkeit von Bitumen ist gering. Bei einer Materialtemperatur von 35 C beträgt sie lediglich 0,1 bis 1x10-13 S/cm. Bitumen kommt daher auch als Isolationsmaterial für Stromkabel zum Einsatz.

5 08 l Dialog Round Table der ARBIT 2011 Schlüsselfaktor kommunales Erhaltungsmanagement Sanierungsstau auf Deutschlands Straßen: Laut der KfW bestand im kommunalen Straßenbau zuletzt ein Investitionsbedarf in Höhe von 24 Mrd. Euro. De facto stehen aber nur rund 2 Mrd. Euro für den Erhalt und Ausbau der kommunalen Infrastruktur zur Verfügung. Dabei ist ein intaktes und funktionierendes Straßennetz für die Wettbewerbsfähigkeit und die wirtschaftliche Stabilität auch auf regionaler Ebene von entscheidender Bedeutung. TerminANKÜNDIGUNG: Experten aus Politik und Wirtschaft diskutieren Drittes Round-Table-Gespräch der ARBIT am 28. September 2011 in Berlin Thema: Schlüsselfaktor kommunales Erhaltungsmanagement Der dritte Round Table der ARBIT im September 2011 steht daher ganz im Zeichen der Herausforderungen und Chancen des kommunalen Erhaltungsmanagements. In Berlin treffen sich auf Einladung des Verbands Experten aus Politik und Wirtschaft, um Aspekte wie Straßenerhaltung und -pflege, neue Finanzierungsprogramme und Verkehrsinfrastrukturpolitik gemeinsam zu diskutieren. Dabei geht es insbesondere um die Frage, welche Rolle die Kommunen bei der Umsetzung der Maßnahmen einnehmen und wie nachhaltige Lösungen des Erhaltungsmanagements aussehen können, um die Infrastruktur den gestiegenen und zukünftigen Anforderungen anzupassen. Weitere Informationen rund um den natürlichen Baustoff bietet der Newsletter bitumen!, den die ARBIT quartalsweise versendet. Interessenten können ihn per oder telefonisch beim Informationsbüro bestellen. Kontakt: Informationsbüro bitumen! ARBIT Steindamm 55, Hamburg Tel.: Fax: Redaktion:

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