Bitumen und Bitumenmodifikationen. Dr.-Ing. Tobias Hagner TOTAL Bitumen Deutschland GmbH

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1 Bitumen und Bitumenmodifikationen Dr.-Ing. Tobias Hagner TOTAL Bitumen Deutschland GmbH

2 ROHÖLVERARBEITUNG Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 2

3 BITUMENPRODUKTION Destillationsrückstand atmosphärische Destillation Vakuumdestillation ca. 70 mbar Temperatur ca. 360 C Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.v. (ARBIT) Rohölverarbeitung ~ t/a in D Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 3

4 Quelle: Mineralölwirtschaftsverband e.v. (MWV) BITUMENAUSBEUTE Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 4

5 BITUMENARTEN TBD Brunsbüttel Straßenbaubitumen Polymermodifizierte Bitumen Oxidationsbitumen Hartbitumen Harte Straßenbaubitumen Emulsionsbitumen TRM Leuna Straßenbaubitumen MBW Webau Polymermodifizierte Bitumen Oxidationsbitumen Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 5

6 BITUMENABSATZ 2014 gesamt: t Straßenbau: t (75,3 %) Bitumenbedarf abnehmend gesamt Straßenbau Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 6

7 BITUMENARTEN/SORTEN zunehmend weichere Straßenbaubitumen (Recycling) anteilig mehr Polymermodifizierte Bitumen 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% PmB 160/220 70/100 50/70 30/45 Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 7

8 POLYMERMODIFIZIERTE BITUMENSORTEN Anteil der Bindemittelsorten gleichbleibend zunehmend höher- und mehrfachmodifizierte Bindemittel 100% 90% 80% 70% 60% % 70% 60% 50% % 40% 40% 30% 30% 20% 10% 20% 10% 0% 10/40-65 A 25/55-55 A 45/80-50 A 40/ A 0% 25/55-55 A 25/55-55 A RC 25/55-55 A ECO 25/55-55 A TR Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 8

9 Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.v. (ARBIT) BITUMENEIGENSCHAFTEN Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 9

10 STOFFEIGENSCHAFTEN Bitumen reagiert auf äußere Beanspruchungen temperatur- und zeitabhängig visko-elastisch bei geringen Temperaturen elastisch (spröde); Gefahr von Kälterissen bei hohen Temperaturen viskos (plastisch); Gefahr von Verformungen Bindemittelwahl so weich wie möglich (Beanspruchung durch Klima), aber so hart wie nötig (Beanspruchung durch Verkehr) Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

11 BITUMENKENNWERTE Plastizitätsspanne Penetrationsindex Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.v. (ARBIT) Brechpunkt Nadelpenetration Erweichungspunkt Temperatur Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

12 ERWEICHUNGSPUNKT RING UND KUGEL Straßenbaubitumen Viskosität [Pa s] Erweichungspunkt R&K Temperatur [ C] Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

13 ERWEICHUNGSPUNKT RING UND KUGEL Straßenbaubitumen wachsmodifiziertes Bitumen Viskosität [Pa s] Erweichungspunkt R&K Temperatur [ C] Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

14 BTDC (BITUMEN TEST DATA CHART) HEUKELOM 25 C [dmm] 1000 Straßenbaubitumen T Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.v. (ARBIT) Erweichungspunkt Ring und Kugel [ C] Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

15 BTDC (BITUMEN TEST DATA CHART) HEUKELOM 25 C [dmm] Straßenbaubitumen T1 Penetrationsindex Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.v. (ARBIT) Erweichungspunkt Ring und Kugel [ C] Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

16 BTDC (BITUMEN TEST DATA CHART) HEUKELOM 25 C [dmm] Straßenbaubitumen T1 abhängig von: - Rohölprovenienz Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.v. (ARBIT) Erweichungspunkt Ring und Kugel [ C] Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

17 BTDC (BITUMEN TEST DATA CHART) HEUKELOM 25 C [dmm] Straßenbaubitumen T1 abhängig von: - Rohölprovenienz - Produktionsanlagen Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.v. (ARBIT) Erweichungspunkt Ring und Kugel [ C] Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

18 BITUMENMODIFIKATION Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

19 HERSTELLUNG VON POLYMERMODIFIZIERTEN BITUMEN Polymermodifizierung spez. Straßenbaubitumen + Styrol-Butadien-Polymer = physikalisches Gemisch aus Bitumen und Polymer + Vernetzungsmittel = chemisch vernetztes polymermodifiziertes Bitumen (STYRELF-Verfahren) Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

20 WIRKUNGSWEISE VON ADDITIVEN Polymer Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

21 BTDC (BITUMEN TEST DATA CHART) HEUKELOM 25 C [dmm] Straßenbaubitumen T1 abhängig von: - Basisbitumen - Polymeranteil - Polymerart /-sorte PmB- Anlage PmB Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.v. (ARBIT) Erweichungspunkt Ring und Kugel [ C] Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

22 POLYMERMODIFIKATION Einfluss unterschiedlicher Polymere bei überhöhtem Polymergehalt Phasenumkehr Quelle: Zenke, Die Asphaltstrasse 1/85 Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

23 MODIFIKATIONSEFFEKTE erweiterte Plastizitätsspanne verbesserte Elastizität größere Kohäsion Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.v. (ARBIT) Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

24 MODIFIKATIONSEFFEKTE Erweichungspunkt deutlich höher Nadelpenetration unverändert Brechpunkt geringer Elastische Rückstellung größer Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

25 VISKOSITÄTSVERÄNDERTE BINDEMITTEL Hystereseeffekte Eigenschaft / Additiv Fettsäureamide Fischer-Tropsch- Wachse Montanwachse Schmelzpunkt [ C] Erstarrungspunkt [ C] Bindemitteleigenschaften Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.v. (ARBIT) höherer Erweichungspunkt geringfügig kleinere Nadelpenetration geringere Elastische Rückstellung Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

26 WIRKUNGSWEISE VON ADDITIVEN Polymer Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

27 BITUMENPRODUKTE Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

28 Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

29 BITUMEN Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

30 MULTIMODIFIKATIONEN Polymer RC, ECO Wachs TR, TRX Haftmittel AP Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

31 SPEZIALBITUMEN... als im Regelwerk vorgesehen Industrieflächen STYRELF 10/40-85 A TR Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

32 SPEZIALBITUMEN... als im Regelwerk vorgesehen Industrieflächen STYRELF 10/40-85 A TR Straßen mit besonderen Anforderungen STYRELF 40/80-85 A Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

33 SPEZIALBITUMEN... als im Regelwerk vorgesehen Industrieflächen STYRELF 10/40-85 A TR Straßen mit besonderen Anforderungen STYRELF 40/80-85 A Flugplatzbefestigungen STYRELF IntaKt Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

34 BITUMENALTERUNG Quelle: Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

35 BITUMENAUFBAU kolloidales System kohärente Phase Maltene (Harze, Aromaten, gesättigte Kohlenwasserstoffe) disperse Phase Asphaltene 50 nm Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

36 BITUMENALTERUNG Alterungsprozesse Verdunstungsalterung - thermisch-destillativer Prozess (Abdampfen flüchtiger Bestandteile bewirkt eine Konzentrationsanreicherung der Asphaltene) oxidative Alterung - chemischer Prozess (Umwandlung der Erdölharze in Asphaltene) RTFOT (DIN EN ) (Rolling Thin Film Oven Test) Simulation der Asphaltproduktion (Kurzzeitalterung) PAV (DIN EN 14769) (Pressure Aging Vessel) Simulation der Liegedauer des Asphalts (Langzeitalterung) Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

37 EINFLUSSFAKTOREN Temperatur Sauerstoff Oberfläche Beanspruchungsdauer Einwirkungen Bitumenlagerung Mischprozess Silolagerung Transport Quelle: Schleswiger Asphaltsplittwerke GmbH & Co. KG (SAW) Asphalt Liegedauer Hohlraumgehalt Bindemittelgehalt / Bindemittelfilmdicke Gesteinsart Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

38 BITUMENLAGERUNG Lagerungstemperatur Lagerungsdauer Tankgeometrie (horizontal/vertikal) Tankgröße Grad der Befüllung Art der Beheizung (direkt/indirekt) (Brenner/Thermalöl/elektrisch) Inertisierung des Lagertanks Quelle: Berufsgenossenschaft der chemischen Industrie; Merkblatt T 037 Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

39 ASPHALT Mischtemperatur Mischzeiten Temperaturen der Baustoffe Silolagerung Transportabdeckung Bitumen und Bitumenmodif ikationen VSVI Berlin-Brandenburg 01/

40 Quelle: Groupement Professionnel des Bitumes (GPB) 40