Dipl.-Ing. H.-J. Ritter Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie e.v.

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1 Dipl.-Ing. H.-J. Ritter Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie e.v.

2 Kalkhydrat in Asphalt 1910 USA Asphaltbeton Warrenite (Patent) 1978 USA erster großflächiger Einsatz in verschiedenen Bundesstaaten 1984 NL Beginn des Einsatzes in OPA 1989 D erste Überlegungen in Kalkindustrie 1996 D Forschungsvorhaben AiF 10565N 2000 D BAB A4, Untereschbach - Overath D Forschungsvorhaben AiF 12542N 2002 EU EN Gesteinskörnungen für Asphalt.. (Mischfüller) 2006 D TL Gestein-StB 04 (Mischfüller)

3 Damit so etwas nicht passiert. Kalkhydrat im Asphalt! Kalkhydrat beeinflusst: Quellungsverhalten Haftvermögen (Adhäsion) Alterungsverhalten (Oxidation)

4 Quellung Wasser Al 2 O 3 Al 2 O 3

5 Quellung Wasser Al 2 O 3 Al 2 O 3

6 Quellung Wasser Al 2 O 3 Al 2 O 3

7 Quellung Wasser Al 2 O 3 Al 2 O 3

8 Quellung Al 2 O 3 Ca++ Al 2 O 3

9 Quellung Al 2 O 3 Ca++ Ca++ Al 2 O 3

10 Quellung Al 2 O 3 Ca++ Ca++ Al 2 O 3 Ca++

11 Quellung Al 2 O 3 Ca++ Ca++ Al 2 O 3 Ca++ Ca++

12 Haftung Gestein - Bitumen Haftkritisches Gestein Kalkstein

13 Haftungsstörung des Bitumens durch Wasser Gesteinskörnung Gesteinskörnung Bitumen

14 Verbesserung der Haftung des Bitumens Gesteinskörnung Gesteinskörnung

15 Kalkhydrat Herstellung Brennen des Kalksteins (Entsäuern) CaCO 3 CaO + CO 2 mit H R +178 kj/mol Dichte g/cm 3 2,6-2,85 3,15-3,4 Rohdichte g/cm 3 1,45-2,8 ca. 43 Gew.% CO 2

16 Primärkristallgröße von CaO in Abhängigkeit vom Brenngrad 5 µm Weichbrand soft burnt Mittelbrand moderate burnt Hartbrand hard burnt 16 Quelle

17 Kalkhydrat Herstellung Löschen des Branntkalkes CaO + H 2 O Ca(OH) 2 mit H R -67 kj/mol Schüttdichte g/cm 3 0,9-1,4 0,3 0,5 Oberfläche m 2 /g 0,9 1,

18 Kalkhydratbildung

19 CaO/Ca(OH)2 haltiges Beiprodukt abnehmender Bitumengehalt Volumenzunahme nur durch Luftfeuchtigkeit (3 Jahre)

20 Korngrößenverteilung von Kalkhydrat Siebweite Siebdurchgänge (M.%) Kalkhydrat mm KH1 KH2 KH3 KH4 0,71 0,0 0,0 0,0 0,0 0,25 3,0 0,6 0,7 2,2 0,09 5,2 2,1 2,6 4,8 0,063 91,8 97,3 96,7 93,0

21 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 das Mineralstoffgemisch B 200 Gesteinskörnung Basalt

22 Quellung AB 0/8 2,6 Quellung [Vol-%] 0,7 0,9 1,1 0% 1% 2% 3% Bentonit M.-% ohne CL CL 90 2% CL 80 2%

23 Quellung AB 0/8 2,6 Quellung [Vol-%] 0,7 0,2 0,9 0,3 1,1 0,4 1,2 0% 1% 2% 3% Bentonit M.-% ohne CL CL 90 2% CL 80 2%

24 Quellung AB 0/8 2,6 Quellung [Vol-%] 0,7 0,2 0,4 0,9 0,3 1,1 0,5 0,4 0,5 1,2 1 0% 1% 2% 3% Bentonit M.-% ohne CL CL 90 2% CL 80 2%

25 Adhäsion zwischen Bindemittel und Gesteinskörnung Verfahren einaxialer Zugversuch bis zum Bruch Probekörper 40 x 40 x160 mm aus walzverdichteten Platten Lagerung Wasserlagerung 6 Tage Versuchsbedingungen Temperatur 5 C Zug konstant 5 mm/min

26 Einfluß von Kalkhydrat auf die Zugfestigkeit von Asphaltbeton 0/8 Zugfestigkeitsverlust [%] % 1% 2% 3% Bentonitgehalt ohne KH CL90 2 M-%

27 Einfluß von Kalkhydrat auf das Alterungsverhalten Bindemittel B80 / B65 Kalkhydrat CL 90 Basaltfüller Thermische Alterung 0 / 24 / 48 / 96 Stunden Temperatur 180 C Ring und Kugel

28 Einfluß von Kalkhydrat auf das Alterungsverhalten B 80 16,6 Erweichungspunkterhöhung [ C] 0,7 0,9 6,6 5,4 8, Alterungsdauer [h] ohne KH 8 M-% KH

29 Einfluß von Kalkhydrat auf das Alterungsverhalten PmB 65 30,3 Erweichungspunkterhöhung [ C] -0,7-1,7 4,4 2, Alterungsdauer [h] ohne KH 8 M-% KH

30 Kalkhydrat in Asphalt eingebaut - BAB A4 km bis km Fahrtrichtung Olpe (Hauptfahrstreifen) Einbau: Juli 2000 SMA 0/8S, ABi 0/16 Quelle: IFTA Essen

31 BAB A4 eingebaut: 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

32 Kalkhydrat in Asphalt eingebaut - (hier AiF und weitere durch andere Straßenbaubehörden) Überprüfung der Laborergebnisse in der Praxis Entwicklung der Analytik Streckenbau SMA 0/8 S (Bkl II / ) AB 0/11 (Bkl III / ) Nachweis der Wirksamkeit an Bohrkernen aus den Strecken

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35 AiF Variation der Asphalte - Feld Bitumen Eigenfüller KStM/KH SMA 0/8 S, B 27 M.-% 1 7,3 11, ,0 11,6 3 7,0 5,8 2,9/2,9 4 7,3 5,8 2,9/2,9 AB 0/11, L 181 M.-% A 6,2 9,5 -- B 5,9 9,5 C 5,9 4,7 2,4/2,4 D 6,2 4,7 2,4/2,4

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37 Alterung des Bitumens EP RuK [ C] EP KP 0 KP 2 KP 5 EP KP 0 KP 2 KP 5 SMA 0/8 S AB 0/11 ohne KH mit KH

38 Wiederfindungsrate an extrahierten Füllern 30 Kalkhydrat [M.-%] WFR 57 % WFR 64 % WFR 76 % WFR 80 % WFR 79 % WFR 93 % 0 Basaltfüller Moränefüller L 181 Kalksteinfüller KH eingesetzt KH gefunden

39 12 Kalkhydrat im Asphalt - Affinität Trachyt Basalt-Andesit Granit Quarzporphyr Diabas Basalt Grauwacke Devonkalk Kulmplattenkalk Ermittelung des ph- Wertes von Gesteinen nach dem DEV S4 Verfahren 0 ph-splitt ph-fein Karbon - Kohlenkalk Trochitenkalk

40 Kalkhydrat im Asphalt Affinität - Oberflächenladung - 2,5 2 1,5 1 0,5 0-0,5-1 Basalt-Andesit Granit Quarzporphyr Grauwacke Devon Kalk Karbon Kohlenkalk Trochitenkalk Kalkmilch Ermittelung des Oberflächen- Ladungspotentials -1,5 Oeq/g

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42 Granit 0/2 mm - Schüttelabrieb EF o. KH EF m.kh FF o. KH FF m.kh Abrieb Quellung Druckfestigkeit

43 Kalkhydrat im Asphalt - Situation im Regelwerk - EN Gesteinskörnungen für Asphalt. Begriffe: Mischfüller Anforderungen: Abschnitt TL Gestein-StB Begriffe: Mischfüller Anforderungen: Abschnitt Anwendung: Anhang F TP Gestein-StB Teil 3.9

44 Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE MINERALSTOFFE IM STRASSENBAU Technische Prüfvorschriften für Gesteinskörnungen im Straßenbau TP Gestein-StB Teil 3.9 Bestimmung des Calciumhydroxidgehaltes in Mischfüller Ausgabe Zweck und Anwendungsbereich Das 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 von eingebautem Asphalt. Das Verfahren erfasst diejenigen Anteile an Calciumhydroxid, die unter den Bedingungen dieser spezifischen Methode die Reaktion eingehen. Die Auswertung der Ergebnisse, die mit der folgenden Methode erzielt werden, muss unter Beachtung dieser einschränkenden Definition vorgenommen werden. 2 Grundlage des Verfahrens

45 Kalkhydrat im Asphalt reduziert die Quellung verbessert die Haftung zwischen Gesteinskörnung und Bitumen reduziert die Versprödung Erhöhung der Dauerhaftigkeit

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