KTH Stockholm, SE; Univ. Carleton, Ottawa, CA. EMPA,Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf

Transkript

1 Asphalt und Bitumen Prof. Dr. Manfred N. Partl KTH Stockholm, SE; Univ. Carleton, Ottawa, CA Abteilung Strassenbau/Abdichtungen EMPA Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA,Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf Tel: ; Fax: manfred.partl@empa.ch; 1 Inhalt Einleitung/Definitionen Bindemittel Mischgut Bitumenbahnen 2 Page 1

2 Geschichte-Bitumen-Asphalt Natürlicher Baustoff, daher lange Geschichte Turm zu Babel (~3000vChr) Zikkurat Naturasphalt-Vorkommen, z.b. Val de Travers Herodot BC: With these bricks they built the banks of the moat, and after that the wall itself, using hot bitumen for mortar and inserting reed-mats every thirty rows to strengthen it. On top of it there is another tower, and another on top of that, and so on up to eight stages. Guffa Boat Wasserreservoir Pakistan (ca. 3000vChr) 3 Asphaltstrassen USA um 1920 Staub Schlamm 4 Washington Pennsylvania Avenue 1907 (Naturasphalt) Page 2

3 Bituminöse Werkstoffe: Im deutschsprachigen Raum: bitumenhaltige & teerhaltige Werkstoffe. Primäre organischen Bestandteile sind Kohlenwasserstoffe : entweder aus Erdöldestillation (Bitumen) oder Koksherstellung (Teer). Mechanische Eigenschaften: extrem temperatur- und zeitabhängig, d.h. viskoelastisch und viskoplastisch 5 Kriech-Erholung MA 23 C =- 0.25MPa, 0.1MPa Einachsiger Druck: Duktiler Schubbruch Einachsiger Zug: Sprödbruch / (t 2 ) 1 ve e t 2 =3600s t 3 =20h Zeitunabhängig Zeitabhängig Reversibel 0.5 vp p 0 t 1 =0 t 2 =3600s Druck Zug Zeitabhängig i tot = el + ve + vp + pl Zeitunabhängig Irreversibel (plastisch & viskos & Risse) 6 Page 3

4 Typische Merkmale von Bitumen Geringe Dichte, d.h kg/m 3 (wie Wasser) Extreme Temperatur & Zeitabhängigkeit (visko-elasto-plastisch) daher auch geringe Wärme- & Feuerbeständigkeit it Gute Abdichtung gegen Wasser & Dampf (Diffusionswiderstand =105) Wasserabstossend, geringe Wasserlöslichkeit (Löslichkeit Wasser in Bitumen %) Gute Haft- & Klebeeigenschaften an trockenen Flächen (bei Emulsionen bedingt auch auf feuchten Flächen) Tiefe thermische Leitfähigkeit (0.16 W/mK) Grosse thermische Ausdehnung (6.1 x10-4 /K) Gute Witterungsbeständigkeit (kaum Oxidation in Luft) Oxidation bewirkt Alterung (Versprödung) 7 Typische Merkmale von Bitumen Weitgehend physiologisch unbedenklich Chemisch beständig gegenüber den meisten anorganischen Säuren (Ausnahmen: Salpetersäure HNO 3 und Schwefelsäure H 2 SO 4 ), Basen und Salzen, stark polaren Lösemitteln wie Alkohol und Wasser Chemisch unbeständig gegenüber Ölen und Fetten sowie artverwandten unpolaren organischen Lösungsmitteln wie Benzin, Toluol, Trichloräthan Recyclierbar Geringer Reparaturaufwand Erheblicher Energieverbrauch bei Heissverarbeitung Mit dem Benzinmarkt gekoppelt 8 Page 4

5 Teer Aus Verkokung (Entgasung unter Luftabschluss) von Steinkohle (Gas- & Koksherstellg.), Braunkohle, Holz.. säureempfindlich und nur begrenzt haltbar. krebserregend (kanzerogen), daher im Bau kaum mehr verwendet (schädliche flüchtige Bestandteile, starker Geruch!). Abdichtung gegen Erdölprodukte (z.b. Benzin-Tanklager). Früher für Strassen und Dachpappe im Hochbau eingesetzt. Teer-Bitumen: Bitumen (Hauptbestandteil) mit einer Beimischung von Teer. Bitumen-Teer: Teer (Hauptbestandteil) mit einer Beimischung von Bitumen Pech: Rückstand der Teerdestillation (Ölanteile abdestilliert); in Bautechnik unbedeutend. 9 PAK Gehalte Teer-Bitumen Die gesundheitliche Gefährdung wird anhand des PAK Wertes, d.h. des Gehalts an Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen erfasst, wobei als Referenzsubstanz Benzo(a)pyren (BaP) benützt wird Bindemittel EPA-PAK, [mg/kg] Benzo(a)pyren, [mg/kg] Phenole, Kresole, [mg/kg] Bitumen Teerbitumen mit 5 % Teer Teer Richtwert BAFU: 5000 mg/kg in Bindemittel (provisorisch 20'000 mg/kg) EPA: US Umweltbehörde (Environmental Protection Agency) 10 Page 5

6 Asphalt Bemerkung: Asphalt kann im Englischen - nicht immer ganz eindeutig sowohl Bitumen als auch das Bitumen-Mineralstoffgemisch bezeichnen Definition: Gemisch aus Bitumen oder bitumenhaltigen Bindemitteln und Mineralstoffen (Filler, Sand,..) + möglichen weiteren Zuschlägen/Zusätzen. In der Natur vorhanden, meist technisch hergestellt 11 Naturasphalt Natürliches Bitumen- Mineralstoff-Gemisch Vorkommen z.b.: Val de Travers (NE) Seyssel (Frankreich) Insel Trinidad (Lake Asphalt) Totes Meer Utah (Gilsonit) Albanien (Selenizza). Utah/Gilsonit Bermudez/Venezuela (gereinigt) Albanien/Selenizza Trinidad (Epuré) Indonesien/Boeton Kanada/Alberta Frankreich/Elsass USA/Utah Italien/Sizilien Schweiz/Val de Travers USA/Kentucky 5.1 Deutschland/Eschershausen Bitumen Sand Sandstein Kalkstein Muschelkalk Bitumen Ton Lava Mineral keine Angaben Gewichts-% Wichtigste bitumenhaltige Bindemittel nach SN Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel Bitumen Bitumenemulsionen Kaltbitumen Fluxbitumen Kationisch Anionisch Strassenbaubitumen bit Modifizierte i Bitumen Industriebitumen Naturasphalte Standard Polymermodifiziert Oxidationsbit. Hart Gummibitumen Hartbitumen Weich Temperaturreduziert Multigrade Farblos 12 Page 6

7 Arten bitumenhaltiger Bdm. (1) 13 Destillationsbitumen: bzw. Strassenbaubitumen; gewöhnliche Destillation, weich bis mittelhart. Sortenbezeichnung durch die Grenzen der Penetrationswerte 25 C C. Auch als Penetrationsbitumen bezeichnet. Einsatz für Heissmischgut im Strassenbau und in Sonderfällen für Oberflächenbehandlungen, ausserdem für Elektro-Kabel, Emulsionen, Fugenvergussmassen Standard-Strassenbaubit. (Penetration zw. 20 und 330 [0.1mm]) Harte Strassenbaubit. (Penetration zw. 10 und 25 [0.1mm]), Verwendung für Asphalte mit hohem Modul Weiche Strassenbaubit. (Penetration über 330 [0.1mm]), Verwendung bei extrem tiefen Temperaturen (Skandinavien) i Hochvakuumbitumen: Destillation bei hohem Vakuum zum Entzug hochsiedender Öle, hart bis spröde mit einem Erweichungspunkt > 72 C und einem Nadel- Penetrationswert < 20. Einsatz in Industrie (Papier, Elektro-Kabel, Röhren, Behälter, Gummi, Anstriche, Lacke) jedoch kaum im Strassenbau verwendet. Arten bitumenhaltiger Bdm. (2) Industriebitumen: Bitumen, die nicht im Strassenbau eingesetzt werden Oxidationsbitumen: bzw. Industriebitumen oder geblasenes Bitumen; Einblasen von Luft in geschmolzenes Bitumen; Plastizität in grösserem Temperaturbereich; gute Elastizität und Wärmebeständigkeit. Höherer Erweichungspunkt als Destillationsbitumen bei gleicher Nadel-Penetration. Hartbitumen: Industriebitumen mit Nadel-Penetration unter 10 [0,1 mm]. Herstellung von Gussasphalt im Hochbau sowie als Ausgangsmaterial g für Bitumenschutzlacke, Isoliermaterialien, Gummiwaren und Druckfarben eingesetzt. 14 Page 7

8 15 Arten bitumenhaltiger Bdm. (3) Modifizierte Bitumen: Aus Bitumen mit Zusätzen und/oder chemische und physikalische Modifikation Polymerbitumen (PmB PmB): Gemische von Bitumen und Polymeren (z.b. APP: ataktisches Polypropylen, SBS: Styrol-Butadien-Styrol) Eigenschaften von PmB meist abhängig von der Art des Bitumens, der Art und Menge des Polymers sowie der Feinheit der Dispersion. Gummibitumen enthalten Gummimehl und/ oder -granulat aus Altpneus. Der Anwendung wie PmB. Beschränkte Lagerbeständigkeit! Temperaturreduzierte Bitumen: Bitumen mit Zusatz von geeigneten Additiven (z.b. Wachse, Fischer-Tropsch-Paraffine, Zeolithe). Mischgutherstellung und -einbau bei niedrigeren Temp. möglich (bessere Arbeitsbedingungen, weniger Bindemittelalterung und Emissionen, geringerer Energieverbrauch). Multigrade Bitumen: Chemisch-modifiziertemodifizierte Bitumen (ohne Polymerzusatz) mit geringer Temperaturempfindlichkeit. Einsatz gegen Spurrinnenbildung und Ermüdung vor allem für Hochmodulasphalte. Farblose Bitumen: Synthetisch aus polymeren Harzen; Verhalten wie klass. Bitumen. Mit Farbpigmenten: Gestaltung von Plätzen & Strassen. 16 Arten bitumenhaltiger Bdm. (3) Zeolithe: Fischer-Tropsch-Paraffin = Modifizierte Bitumen: Aus Bitumen Mineral mit Zusätzen mit mikroporöse synthetischer aliphatischer und/oder chemische und physikalische Modifikation Gerüststruktur aus AlO 4 und Kohlenwasserstoff mit hoher SiO 4 Tetrahedern. Allg Formel Polymerbitumen Molekülmasse (C40 C120) (PmB PmB): aus Gemische M x/n [(AlO 2 ) von x (SiO 2 Bitumen ) y ]. z H 2 O und Polymeren (z.b. Kohle oder Gas mittels APP: ataktisches Polypropylen, Wirken SBS: wie Styrol-Butadien-Styrol) Molkularsiebe l Fischer-Tropsch Verfahren Eigenschaften grosstechnisch hergestellt von PmB meist abhängig von der Art des Bitumens, der Art (Umwandlung und Menge von Synthesegas des Polymers sowie der Feinheit der Dispersion. CO/H Gummibitumen 2 in flüssige Kohlenwasserstoffe) enthalten Gummimehl und/ oder -granulat aus Altpneus. Der Anwendung wie PmB. Beschränkte Lagerbeständigkeit! Temperaturreduzierte Bitumen: Bitumen mit Zusatz von geeigneten Additiven (z.b. Wachse, Fischer-Tropsch-Paraffine, Zeolithe). Mischgutherstellung und -einbau bei niedrigeren Temp. möglich (bessere Arbeitsbedingungen, weniger Bindemittelalterung und Emissionen, geringerer Energieverbrauch). Multigrade Bitumen: Chemisch-modifiziertemodifizierte Bitumen (ohne Polymerzusatz) mit geringer Temperaturempfindlichkeit. Einsatz gegen Spurrinnenbildung und Ermüdung vor allem für Hochmodulasphalte. Farblose Bitumen: Synthetisch aus polymeren Harzen; Verhalten wie klass. Bitumen. Mit Farbpigmenten: Gestaltung von Plätzen & Strassen. Page 8

9 Arten bitumenhaltiger Bdm. (4) Kaltbitumen: bzw. Bitumenlösungen oder Lackbitumen; Lösungen von Bitumen in relativ leichtflüchtigen organischen Lösemitteln zur Verarbeitung im kalten Zustand > 5 C, z.b. als Anstrich oder Haftvermittler (oekologisch und physiologisch problematisch). In der Schweiz nur einsetzbar, wenn Bitumenemulsionen sich nicht eignen (z.b. bei tiefen Temperaturen); sie sind daher nicht mehr normiert. Verschnittbitumen: bzw. Fluxbitumen oder Cutback; Zusatz von schwerflüchtigen organischen Lösemitteln (sog. Verschnittmittel, z.b. Öl) zur besseren Verarbeitbarkeit und Viskositätsreduktion (meist kalt verarbeitbar); Erst bei Temp um 50 C genügend flüssig, um gespritzt werden zu können; Verwendung hauptsächlich für Oberflächenbehandlungen und vorgefertigtes Kaltmischgut (heute vermehrt umweltfreundliche Fluxöle auf pflanzlicher Basis, die auch über längere Zeit nicht verdunsten) 17 Arten bitumenhaltiger Bdm. (5) Bitumenemulsionen: Fein verteiltes (bzw. emulgiertes) Bitumen oder Polymerbitumen in einer Flüssigkeit, meist Wasser; Zähigkeitsreduktion; Verarbeitung im kalten Zustand. Damit sich Bitumentröpfchen und nicht Wasser trennen, werden oberflächenaktive Emulgatoren zur Stabilisierung zugesetzt. Man unterscheidet anionische (alkalische) und kationische (saure) und nichtionische Emulsionen, je nachdem ob die Bitumenteilchen elektrostatisch negativ, positiv oder nicht geladen sind. Beim Kontakt mit Mineralstoffen werden die Bitumenteilchen am Mineral angelagert und Wasser wird ausgeschieden. Diesen Abbinde -Vorgang heisst Brechen der Emulsion: Die m Bitumenteilchen bilden praktisch schlagartig einen kontinuierlichen Bitumenfilm, indem sie koagulieren und sich vom Wasser trennen, welches anschliessend verdunstet. Schaumbitumen: Schaum aus Bitumen durch Einspritzen von ca. 2% Wasser und Druckluft mittels Düse in heisses Bitumen. Viskositätsreduktion durch Schaumbläschen. 18 Page 9

10 Anwendungbeispiele für Bitumenbaustoffe Verkehr Strassenbeläge Feste Fahrbahn Flugisten Fugen 19 Fahrbahn-Übergänge Anwendungbeispiele für Bitumenbaustoffe Gestaltung Plätze Dachschindeln Farbige Beläge Bodenbeläge 20 Page 10

11 Anwendungbeispiele für Bitumenbaustoffe Abdichtungen Rissverguss Reservoirs Deponien Flachdächer Brückenabdichtungen Tagbautunnel 21 Arbeitssicherheit/Umwelt Produkte Arbeitssicherheit Arbeitshygiene Umwelt Bitumen heiss & Hohe Verarbeitungstemp.; Dämpfe, problema-tisch Geringe Emissionen Bitumen-Produkte Verbrennungen Bei Überhitzung: Bildung von explosiven Dämpfen nur in geschlos-senen Räumen Geringe Geruchsbelästigung Bitumen kalt & Bitumen-Produkte Problemlos Allgemeine Hygiene Problemlos Teerhaltige Produkte Hohe Verarbeitungstemp.: Verbrennungen Bei Überhitzung: Bildung von explosiven Dämpfen Bildung von giftigen Dämpfen beim Heissverarbeiten Hautkontakt: Reizung der Haut möglich Bitumenemulsionen Problemlos Hautkontakt: Reizung der Haut möglich Lösemittelhaltige Bitumenprodukte, z.b. Cutback, Haftanstriche Hohe Brand- und Explosionsgefahr Hohe Konzentration an gesundheitsschädlichen Dämpfen Auswaschen von Schadstoffen beim Kontakt mit Wasser Gefahr für Grundwasser Problemlos bei normalen Anwendungen Mögliche Probleme bei Auslaufen von grösseren Mengen Gefährdung von Grundwasser, Boden und Ozonschicht durch organische Lösemittel 22 Page 11

12 Sicherheit im Umgang mit Bitumen Undichte Heiz-Leitungen, schadhafte Schläuche sofort ersetzten. Nach jedem Gebrauch Leitungen entleeren! Vorsicht beim Schweissen von Bitumentanks, Leitungen & Fässern. Das Beheizen von Bitumen mit direkter oder offener Flamme ist zu unterlassen (Gase, Verkokungsprodukte). Brandrisiko! Bei Lagerung von Bitumen, Überhitzen & Kondenswasser vermeiden. Körperschutz tragen (Handschuhe, Brille, Helm, die Haut deckende Kleider), Verbrennungsrisiko &Sonnenbrand wegen sensibler Haut durch Bitumendämpfe. Keine Kleider & Reinigungstücher aus hitzeempfindlichen Kunstfasern. Bei normalen Verarbeitungstemp. Dämpfe im Freien gering und unbedenklich. Überhitztes Bitumen Verdoppelung der Menge der Dämpfe pro 10 C. Innenräume ausreichende ent- und belüften! Oberirdische und unterirdische Gewässer (Grundwasser) sind vor Schadstoffeintrag zu schützen. Flüssige Abfälle (z.b. Lösemittel, Öle) &Restposten nach Angaben des Herstellers bzw. Lieferanten oder direkt von diesen entsorgen. 23 Rohöltank Fraktion Siedepkt [ C] Gase <30 Leichtbenzin <100 Schwerbenzin <200 Petroleum <260 Gasöl <360 Glocke Etagenboden Erdöldestillation Atmosphärische Vakuum Destillation Destillation Gas Gasöl (Dieselöl, Heizöl) Leichtbenzin Leichtes Spindelöl Sh Schwerbenzin Schweres Spindelöl (Kerosin) Leichtes Maschinenöl Petroleum Schweres Maschinenöl Gasöl Vaseline, Paraffine Bitumen C 50 Millibar Röhrenofen Destillationskolonne Röhrenofen Oxidationsbitumen Destillationskolonne Destillationsbitumen Oxidation Luft 24 Page 12

13 Bindemittelproduktion Viskosität Atmosphärische Destillation 375 C Vacuum Destillation 410 C Oxidation 260 C Oxidations-Bitumen Benzin Leichte Lösem. Kerosin Petroleum Dieselöl Heizöl Cutback Emulsion Roh- Öl Öl Destillations- Bitumen Polymer- Bitumen H 2 O Polymer 25 Chemische Zusammensetzung Ungesättigte Kohlenwasserstoffe C 80 88% Aromatische Verbindungen (ungesättigte ringförmige H 7 11% Kohlenwasserstoffe); Beispiel: Benzol C 6 H 6 O 1 12% Alkene (Olefine); Beipiel: Hexen C 6 H 12 N <1.5% Gesättigte Kohlenwasserstoffe (Alkane) S 0.5 7% Alicyclische oder naphtenartige Verbindungen (gesättigte ringförmige Kohlenwasserstoffe); Beipiel: Zyklohexan C 6 H 12 Aliphatische oder paraffinartige Verbindungen (gesättigte Kohlenwasserstoffe, gerad- und verzweigtkettig); Beipiel: Hexan C 6 H 14 Kettenmoleküle Gesättigt (reaktionsträge) Ungesättigt (reaktionsfreudig) Hexan C 6H 14 Hexen C6 H 12 Ringmoleküle Zyklohexan C6 H12 Benzol C 6 H 6 26 Page 13

14 27 Struktur & Hauptbestandteile Bitumen Bitumen wird klassisch als kolloides 2-Phasensystem aus höhermolek. festen Partikeln (Asphaltene) in niedermolek. Gel (Maltene) dargestellt Kolloide: (kolloid gr. = leimartig) Gemisch aus höhermolekularen festen Nano- bis Mikropartikel, dispergiert in niedermolekularem Gel. Wegen geringer Partikelgrösse liegen kolloide Systeme Gemische zw. einer reinen Lösung und einer Emulsion (gröbere Partikel). Maltene: weichmachende, flüssige ölige Phase; aromatisch, leicht, löslich Harze: schmelzbar machende, je nach Temp. feste Phase, Schicht um Asphaltene Asphaltene: formbestimmende, feste russartige Phase; schwer, unlöslich Mizellen: Partikel aus Harzen & Asphaltenen GEL Zustandsformen des Bitumens Gel Typ: Hoher Asphaltengehalt, Bildung eines kontinuierlichen Gerüstes, verhält sich eher wie ein Festkörper, Verformungs- und Temperaturverhalten abhängig vom Gehalt an Asphaltenen; typisch für Oxidationsbitumen SOL Maltene Micelle Sol Typ: Hoher Maltengehalt; gelockerte Verteilung der Asphaltene in öliger Phase, verhält sich wie eine Flüssigkeit, Verform.- & Temp.- verhalten abhängig von den Eigenschaften der Maltene; typisch für Destillationsbitumen 28 Zentraler Teil der Asphaltene Gemischt naphtenisch-aliphatisch Aromatisch mit hohem Molekulargewicht Meist aromatisch mit tiefem Molekulargewicht Gemischt aromatisch-naphtenisch Meist aliphatisch Page 14

15 Mizellenstruktur Molekularstruktur von Asphalten für 510C Residuum in venezuelanischem Rohöl in verschiedenen Darstellungen: 29 Morphologie Bitumen Masson, J-F, Leblond, V. Margeson, J- of Microcopy 2006 Atomic Force Microscopy AFM Bienen-Struktur: Asphalten zugeordnet (25 C) Phase-Detection Microscopy (PDM) Verschiedene andere Strukturen (-25 C) 15 m x 15 m 15 m x 15 m 30 Page 15

16 Gründe für Polymerbitumen i: Weichere Bindemittel bei tiefen Gebrauchstemperaturen (weniger Risse) Steifere Bindemittel bei hohen Temperaturen (weniger Spurrinnen) Reduktion d. Viskosität bei Einbau- & Applikationstemp. (leichter verdichtbar) Reduktion der erforderlichen Einbau- und Applikationstemperaturen Erhöhung der Dauerhaftigkeit und Festigkeit von Strassenbelägen Erhöhung der Abriebfestigkeit an der Oberfläche von Strassenbelägen Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von Belägen Reduktion der Dicke von Strassenbelägen Erhöhung der Witterungsbeständigkeit Erhöhung der Bindemittelfilmdicke Realisierung spezieller Strassenbelagskonzepte (offenporiger Asphalt) Typische geeignete Polymertypen: APP (Ataktisches Polypropylen) Plastomer EPDM (Ethylen Propylen Dien Terpolymer) EVA (Ethylen Vinyl Acetat Copolymer) SBS (Styrol Butadien Styrol Blockpolymer)..Elastomer, d.h. gummiartig 31 Modell-Struktur APP und SBS APP (Plastomer) Ataktisch Konzentration/Mischung: APP Isotaktisch SBS (Elastomer) Einzelne Styrol Einheit Poly- Poly- Styrol Butadien SBS-Block- Polymer Einzelne Butadien Einheit it A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A 4 Masse% SBS Bitumen A sphaltene Maltene Bitumen Polymer 32 gut mischbar schlecht mischbar Page 16

17 Zeit Kurz (jung) Klass. Bitumen-Tests Nutz- Phase künstliche Alterung keine Allgemeine Charakterisierung Löslichkeit (EN 12592) Äussere Beschaffenheit (EN 1425) Dichte (SN b) Paraffingehalt (EN ,-2) Tests (EN12591 & NV SN ) 1) extrem heiss Temperatur-Abnahme heiss warm gemässigt Sicherheibarkeit Verarbeit- Erweichg.- widerstand Härtegrad Anlieferung Flammpunkt (EN 12591) kinemat. Viskosität bei 135 C (EN 12595) Kriechen, Fliessen Dynam. Viskosität bei 60 C (EN 12596) Erweichungspunkt R&K (EN 1427) Mass für obere Gebrauchstemp. Nadel- Penetration (EN 1426) Ein- Beständigkeit Masseänderung - - Erweich- Dynam. Nadel- bau geg. ungspunkt nkt Viskosität Penetration Verhärtung R&K bei 60 C RTFOT 163 C (EN 1427) (EN (EN ( EN ) dito 12596) 1426) oder auch RFT (EN ) kalt Sprödigk. Rissverh. Brechpkt. nach Fraass (EN 12593) Mass für untere Gebrauchs -temp. - Lang (alt) Betrieb Penetration (EN 1426) Älteste und wichtigste technologische Prüfung für Bitumen. Gibt Härtegrad des Bitumens an. Sortenbezeichnung & Klassierungsprüfung. Bis etwa 1888 Daumendruck oder Kauen zwischen den Zähnen, d.h.: Hartes Bitumen (ca. Pen. 15) und weiches Bitumen (ca. Pen 200) wurde von H.C. Bowen die Singer Nr 2 Nähnadel eingesetzt und damit der Penetrations-Test geboren. Klassifizierung von Bitumen Angabe von zwei Penetrationswerte (EN mit NV SN ), z.b. Bitumen 35/50 50 ein Bitumen, welches bei 25 C Pen im Bereich von besitzt. Klassierungsskala der Norm Bitumen 20/30 (hart) /330 (extrem weich) 34 Page 17

18 Penetration (EN 1426) T= 25 C Eindringtiefe 50mm langen Nadel Ø=1mm, die mit 100 g belastet 5s lang in Bdm. eindringt. Ergebnis: Weg in [0.1 mm] Bis zu Pen=350 [0.1 mm] anwendbar. Kleine Pen: hartes Bdm Grosse Pen: weiches Bdm Pen stark abhängig von Temperatur Pen nimmt mit zunehmender Mischdauer und bei Bitumen mit zunehmendem Alter ab. Aus Mischgut rückgewonnenes Bitumen hat ca. um 20 [0.1mm] tiefere Pen als Original T=25 C m=100g 35 Bitumen-Klassierung: 2 Pen-Werte, z.b. Bitumen 50/70 Bitumen mit Pen zwischen Penetration (EN 1426) Pen netration [0.1mm] /30 35/50 50/70 70/ / / / Temperatur [ C] 36 Page 18

19 Erweichung. Ring & Kugel (EN 1426) 9.5mm 25.0mm Indikator für Schmelzpunkt [C] Ca. obere Gebrauchstemp., d.h. obere Grenze d. Plast.spanne R&K steigt mit längerer Mischdauer Ø Ø ü ä Ø 37 Penetration [0.1mm] Bereiche R&K /Pen nach EN Klassierungsskala der Norm 20/30 (hart) /330 (extrem weich) 20/30 35/50 50/70 70/ / / / /30 35/50 50/70 70/ / / / Erweichungspunkt [ C] Erweichungspunkt [ C] 38 Page 19

20 39 R&K und Polymer- gehalt s Erweichungspu unkt [ C] Zuwach EPDM PE PP SBS EVA PVC Polymergehalt [Gew-%] Brechpunkt Fraass (EN12593) Temperatur in [ C], bei welcher Bindemittelfilm definierter Dicke bei festgelegter Biegebelastung reisst. Rissempfindlichkeit von Bindemitteln bei tiefen Temperaturen. Untere Grenze der Plastizitätsspanne. Bindemittel konst. Dicke auf 0.15mm dickes Prüfblech aus Federstahl (41 x 20mm) aufbringen Prüfblech mit -1 C/min abkühlen und gleichzeitig vertikal um mm mit35 3.5mm/11s wiederholt stauchen und entspannen. Zwischen Biegezyklen jeweils 38s pausieren. Die Temperatur, bei der sich der erste Riss zeigt, wird als Brechpunkt nach Fraass bezeichnet 36.5mm 40mm 40 Page 20

21 Dyn. Scher-Rheometer DSR Platte-Platte-Viskosimeter: Bdm. auf ±0.1 Ctemp. mit Ø=25mm bzw. 8mm und Höhe h=1mm oder 2mm lastgest. sinusförmig mit 10rad/s (ca. 1.59Hz) und Dehnungsamplitude von ca. 1% auf Torsion beanspr. = 2Mh/( r 4 )) M Drehmoment, r Radius, h Bindemittelhöhe Kreisfrequenz DSR (AASHTO T315, EN 14770) DSR Sinusoidales Moment Wasserbad Bindemittelprüfkörper 41 25mm Komplexer Schub-Modul G* Spannung & Schiebung sin 0 sin t Zeit t Imaginäre Achse Phasenwinkel G =I G*I cos ( ) Speichermodul G =I G*I sin ( ) Verlustmodul Reelle Achse T=2 / 1/f 2 G' G" 2 42 Page 21

22 log( (G), log(g*) Time-Temp. Temp. Superposition Masterkurven loga T (,T i ) Master Kurve (bei Referenz Temp T r ) T i Shift Faktor a T (,T): logat logt logtr logfr logf a T t t r fr f t r : Zeit bei Referenztemperatur T r ( reduzierte Zeit ) f r : Frequenz bei Referenztemp. T r ( reduced frequency ) t,f: Tatsächliche Zeit und Frequenz : Konstantes Schubspannungsniveau T r log(t), log(1/f) 43 Shift Faktor Thermorheologisch einfache Materialien: Verhalten bei hohen Temp. und hohen Dehngeschw. ist ähnlich wir bei tiefen Temp und tiefen Dehngeschwindigkeiten. Kleine Dehngeschwindigkeiten können durch Shift-Faktoren beschrieben werden. log(g), log(g*) loga T (,T 4 ) loga T (,T 4 ) loga T (,T 3 ) loga T (,T 2 ) T 1 T 4 T 3T2 T r loga T (,T 1 ) log(t), log(1/f) log a T (,T), ln a T (,T) Bei linearem Materialverhalten r wird r a T(,T) t t loga T (,T 3 ) log a T (,T r )=1 log a T (,T) T 4 T 3 T 2 T 1 T r loga T (,T 2 ) loga T (,T 1 ) Temperatur t t a (T) 2 a T ist auf verschiedene Arten darstellbar, z.b.: loga (T) c c T c T... T T 44 Page 22

23 Master Kurve DSR Polymermodifizierte Fugendichtungsmasse FM5 15 C 1 S.Hean, EMPA Log G* [MPa] Fug.Dichtungsm. FM5 Tr=15 C Original, gemessen Eingebaut, gemessen RTFOT, gemessen Log Frequenz [Hz] Komplexer Sc chubmodul G* [Pa] Black Diagram Binder 70C 60C 50C 40C 30C 20C 10C logg*=f( ) Polymermodifiziertes Bitumen Standard Bitumen Phasenwinkel [ ] 46 Page 23

24 Cole-Cole DSR Polymermodifizierte Fugendichtungsmasse FM5 10 DSR FM5 G" (MPa) G' (MPa) C 20 C 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 47 Beständ. geg.verhärtung mit RTFOT (EN12607 Bdm. max. 15min aufheizen, dann 75min unter konstantem Luftstrom bei 163 C thermisch heizen. Rotation benetzt Innenwand Glasgefäss Masseänderung, Veränderungen von Pen., R&K, Visk. vor und nach Erhitzen im Ofen. (EN ) 1) 48 Page 24

25 Beständ. geg.verhärtung mit RTFOT (EN12607 (EN ) 1) 49 Kraft-Duktilität (EN ) 30mm Energie, um bei 5 C mit 50mm/min eine Verlängerung von mm zu erzeugen. Nicht modifiziert: E< 3 Joule; PmB: E> 3 Joule Kraft F [ N] Nicht modifiziertes PmB Elastomer-modifiziertes PmB Plastomer-modifiziertes PmB Weg s [mm] E 400mm 200mm F(s)ds E [J]: Energie, resp. aufgewendete Arbeit für das Verlängern des Prüfkörpers s [mm]: Weg, um den der Prüfkörper gedehnt wurde F [N]: Gemessene Kraft in Abhängigkeit der Dehnung 50 Page 25

26 Gerundete Steine Risse Poröse Steine Risse Bitumen- absor- bierende Steine Gebrochene Steine 51 Struktureller Aufbau Charakterisierung Hohlraumgehalt [Volumen-%] %], geschloss. & kommuniz. Poren Bindemittelgehalt [Massen-%], (Anteil an Belag) Rohdichte [kg/m 3 ]: exkl. Hohlräume Raumdichte [kg/m 3 ] : inkl. Hohlräume Gesteinskörnungen: Provenienz (Herkunft) & Petrografie (z.b. Art, Textur, Chemismus), phys. Eigensch. (z.b. Zertrümmerg, Abrieb, Rohdichte, Wasseraufn.) Geometrie (z.b. Kornform, Rundkorngeh.,Korngrössenverteilung) Anteil d. Zuschlagstoffe [Massen-%] an Gesamtmasse d. Gesteinskörnungen (nicht in Massen-% des Belages!! ) 52 Page 26

27 Massen- & Volumenanteile v. Asphalt "Scheinbar", "wirksam", "umhüllend" 53 Massen- & Vol.anteile Asphalt s Steine b umhüllend a m m ea bw m =0 a m b m mm Luft Mischgut Bindemittel Wasser m be mbs ms s max. Masse/ min Vol. wirksam, massgeb. scheinbar absorbiert Luft Wirk. Bdm. Absorb. Bdm Stein Scheinbares Vol. mit H2O nicht füllbar Wirksames Vol. mit H2O aber nicht mit Bdm. füllbar V a V be V ma V b V bs V ws V mb V mm V sb V se V sa Stein Absorb. Bdm. Raumdichte Rohdichte Bdm.geh. Hohlr.geh. Geschlossene Eigenpore Absorb. H2O Mit H2O nicht füllbarer Porenbereich Wirksames Bdm Umhüllendes Vol. mit Bdm füllbar mb m mm V mb mmm mm Vmm mb B 100 mmm Va H 100 V mb Asphalt ist komplex: Fokus-Ebenen Füller <0.06mm (7V%) (Fasern od. andere Mikro-Partikel) Luftporen Steine (4V%) (76V%) Struktur, z.b. Schichten -verbund Asphalt z.b. Asphaltbeton Komposit Model Bit. Mastix (20V%) Poly- Styren Bindem. (13V%) Bitumen (12.4V%) Polymer z.b. SBS (0.6V%) Poly-Butadien Mizellen >25nm (6M% Asphaltene) SOL Asphaltene Maltene Mizelle Micel Asphalten Moleküle ~5nm Maltene (12M% gesättigt, 50M%Aromate, 32M% Harze) GEL Gemischt naphten.-aliphat. Gemischt aromat.-naphten. Aromat., niedr. Molekgew. Aromat., hoch Molekgew. Zentrum der Asphaltene Aromatisch Ungesät. CH-Ringe Naphtenisch: Gesät. CH-Ringe Aliphat. (Paraff): Gesät CH-Ringe 54 Styrene Elem. Butadien Elem. Carbognani's Model von Venez. Crude Asphalten Molekül (J. Murgich) Page 27

28 Performance-Risikobereiche M.N.Partl, EMPA Kälteverhalten Risse Zug Kurzzeit (neu) Langzeit (alt) Zeit heiss warm moderat kalt Temp Misch- & Verarbeitbarkeit Verdichtung Kriechen Spurrinnen Schub Mischungstyp Belagsaufbau Verkehrslast Ermüdung Risse Biegung 55 M-% & V-% von Asphaltbeton AC11 100% 80% 60% 40% 20% Mörtel Luft Bindemittel Füller <0.063mm Sand<0.5mm Sand mm Splitt >2mm 0% Massen-% Volumen-% 56 Page 28

29 Chargenmischanlage Füller Fremdfüller infolge Mahlen der Aus- gangsmaterialien oder Entstaubung beim Herstellen von Brechsand, Splitt & Schotter. Rückgewinnungsfüller aus den Entstaubungsanlagen beim Aufbereiten von Mischgut. Restfüller bleibt in Mineralstoffen beim Herstellen von Asphalt nach dem Trocknen & Entstauben 57 Grundprinzipien strukt. Tragfunktionen Klebung: Bindemittel trägt alles Viskosität Mastix Konzept Reibung: Schub zw. Steinen trägt alles Plastiziät Packungs-Konzept Abstützung: Seitlicher Stützrand trägt alles Elastizität Stützgerüst Konzept Asphalt kombi- niert alle diese Effekte 58 Page 29

30 Ideal. Modelle strukt. Trag- & Bruch a) Mastix Konzept (z.b. Gussasphalt) eingefrorene Flüssigkeit hoher Bindemittelgehalt & praktisch keine Hohlräume B<8.5M% Zuschlagstoffe schwimmen in bit. Mörtel-Matrix H ~0V% Bdm. hat sekundäre stabilisierende Aufgaben Last wird hauptsächlich durch Bdm abgetragen Versagen Deviat. Fliessen, Schub. b) Packungs-Konzept (z.b. Asphaltbeton) Betonprinzip theoretisch dichteste Packung Talbot- bzw. Fuller- Kurve B<6.5M% möglichst viel Mineralstoffe bei min. Bdm. Bedarf H~4V% Last durch Stützgerüst und Materialverbund abgetragen mögl. grosse innere Oberfl., mit mögl. dünnem Bdm. Film Versagen Mikro-Druckkammer, Deviat. Fliessen, Schub c) d) Stützgerüst-Konzept (z.b. SMA, PA) Makadamprinzip Korn-zu-Korn Abstützung der Körner B<7.5M% Verzahnung bzw. innere Reibung des groben Min.gerüsts. H~4V% Bdm hat sekundäre stabilisierende Aufgaben Last vornehmlich durch das Gesteinsgerüst übertragen Seitliche Abstützung innerhalb Belagsschicht erforderlich. Versagen hauptsächlich durch Keilzugspannungen B<5M% H~20V% c) SMA: Dichtes Stützgerüst d) PA: Offenporiges Stützgerüst mit viel Hohlräumen 59 Vol. Zuordnung Gefüge- konzepte Weichmastix Mörtel Asphalt Mastix HRA MA 100% 80% AC Splitt ACMR SMA Offenporiger Macadam PA HRA: Hot Rolled Asphalt; MA: Mastixasphalt bzw. Gussasphalt (dicht); AC: Asphaltbeton; ACMR: Rauasphalt SMA:Splittmastixasphalt; PA: Offenporiger Asphalt (Drainasphalt) 60 menanteil Volu 60% 40% 20% 0% Sand Füller Bindemittel Luft Page 30

31 Mischgutsorte Die Norm-Bezeichnung enthält jeweils Mischgutgruppe, die Schicht (mit Ausnahme der Deckschicht) sowie oberen Nennwert der grössten Mineralstoffkörnung und den Mischguttyp, z. B. SMA 11S, AC T 16 S, PA S 22 N Terminologie Schichten Ober -bau Unte r-bau Belag Deck-S. AC, ACVTL, SMA, PA, MA, HRA, AC MR, OB, Binder-S. AC B, PA B, MA B, HRA B Trag-S. AC T, HRA T, AC EME, Stabi, Kiessand gebroch. Funda -tion Fundations-S. Übergangs-S. Verbess. Untergrund Schüttung AC F, KMF, Kiessand, Stabi Verdicht. Untergrund, Stabi, Ersatzmater. AC Asphaltbeton AC EME Hochmodulasphaltbeton (EME: enrobé à module élevé) AC MR Rauasphalt HRA Hot Rolled Asphalt (HR) KMF Bitumenhaltige Kaltmischfund.S. MA Mastixasphalt (Gussasphalt) OB Oberflächenbehandlung, Kaltmikrobelag Slurry PA Offenporiger Asphalt ( Drainasph.) SMA Splittmastixasphalt 61 Siebdurchgang [M-%] Typische Korngrössenverteilungen MA AC Analysensiebe [mm] Packungs- Konzept Mastix- Konzept Stütz- gerüst- Konzept PA SMA Nominelles max. Korn >90M% d.h. 11mm d i AC11 ACMR11 MA11 SMA11 PA11 HRA11 Talbot d i D 0.45 Grösse des betrachteten Siebes D Siebdurchmesser des Grösstkorns 62 Page 31

32 Marshall-Schlagverdichtung 50 Schläge pro Seite HMM: Hohlraumgehalt Marshall Verdichtungsgrad VG in [ -%] : mb,s VG 100 mb,m Raumdichten: mb,m (Msh-PK); mb,s In-situ-Asphalt SN (EN ) Riss 50 Schläge 63 Marshall-Prüfung SN (EN ) Technolog.-empir. Nach C mit 50mm/min rad. bis Bruch belasten. Krafteinleitung mit zyl. Halbschalen (s= 19mm) Komplexer - - Zust. Stabilität-Marshall S: Max. Bruchkraft in [kn] Fliessen-Marshall F: kn Deform. bei S in [mm]. Tangent. Fliesswert F t Begriffe Stabilität & Fliessen schlecht gewählt, da werkstoffmech. anders üblich. S F t F kn mm s mm Bisweilen: S=SM, F=FM 64 Page 32

33 Marshall-Mischgutoptimierung Mischgutoptimierung AC Eignungsprüfung mit mind. 2 Korngrössenverteilg. (KGV), die im Füller und/oder Sandgehalt differieren. Pro KGV. mind. 4 Mischungen mit je um 0.3 M-% variierten Bindemittelgeh.. Kriterien: KGV, Anteil lösl. Bdm, Dichte Mischgut & Daten Marshallprüfg., d.h. Raumdichte, Hohlraumgeh., Hohlraumfüllungsgr., SM, FM. Feststellungen: Abnahme Hohlraumgeh. mit steigendem Bdm.geh Rohdichte und SM in Funktion Bindemittelgeh. besitzen ein Maximum. 65 Systematik (3) Strassenbeläge aus Asphalt Herstellung: Mischverfahren Spritzverfahren Mischprozess: Mischanlage (Mix in Plant) Mischen vor Ort (Mix in Place) z.b. in place Recycling Einbau: Giessen Walzen Spritzen Gefüge: Dicht Dicht Hohlraumarm Offenporig Beispiele: Gussasphalt Hot Rolled Dichtungsbelag Asphalt Mastix Asphaltbeton Splittmastixasph alt Offenporiger Asphalt ("Drainasphalt") Sickerschichten Oberflächenbehandlung, Tränkungen 66 Temperatur: heiss kalt Page 33

34 67 Grüner Asphalt Förderung Heiss Kalt - Recycling! Warm: Wachszusätze, z.b. Betriebs Temp. Konvent. Asphalt AC Sasobit Fischer-Tropsch Paraffin Wachs Asphalt mit Wax Asphaltan B esterifiziertes Wachs Lauwarm: Schaumbitumen, z.b. Einbautemp Aspha-Min Min, Advera WMA) Zeolitbasis zwecks Schaum im Bdm. WAM-Foam, weiches Bdm & hartes geschäumte Bdm. 10 C 100 C Temp. 180 C LEA Low Energy Asphalt Energieverbrauch + CO2 Ausstoss heisses Bdm auf feuchte Steine Ohne CO 2 von Bitumen-, Mineral- & Elektrizitäts- Erzeugung 10 Kalt: Emulsionen, z.b Evotherm Erhitzen 8 Bit.emulsion-Produkt (USA) 20 7 Bitumen (ca 4bar, WAM-Foam C) Expans. Verdampfen 4 Kammer 10 LEA Wasser (ca 4bar) Luft Warm- Heiss- Trocknen Mastix- 3 (ca 3bar) Asphalt Asphalt 5 Asphalt 2 Kalt- Halb Asph. warm 1 0 Asph. 0 Spray Düse Schaumbitumen Temperatur [ C] CO 2 Ausstoss [k kg/t] Visk kosität (M. Hugener EMPA) Heizöl-Verbrauc ch [l/t] Bitumenbahnen Dichtigkeitsklassen Sia Vollständig trocken Keine Feuchtstellen Trocken bis leicht feucht Einzelne Feuchtstellen; kein tropfendes Wasser. 3 Feucht Örtliche Feuchtstellen und einzelne Tropfstellen 4 Feucht bis nass Feucht- und Tropfstellen. Parkhaus 68 Page 34

35 PBD Funktioneller Aufbau Schichten bei Schichten bei Funktion einer Einlage zwei Einlagen Oberflächenschutz h Oberflächen- Schutz: Sonne (UV), Alterung, mechan. Beschäschutdigung, Feuer- und Hitzeeinwirkung, Verkleben in der Rolle, Aufsteigen von PmB bei MA Einbau Obere Polymerbit.- Schicht (mit Füller) Trägereinlage (z.b. PE) untere Polymerbit.- Schicht (mit Füller) Unterbestreuung bzw. Abdeckfolie Obere Schicht Polymerbit. Verstärkungseinlage (z.b. Glas) Mittlere Schicht Polymerbit. Trägereinlage (z.b. PE) Untere Schicht Polymerbit. Unterbestreuung (Abdeckfolie) Abdichtung, Dampfbremse, Wurzelwiderstand, Schweissbarkeit Träger für Polymerbitumen-Schichten, Dimensionsstabilität, Temperaturausdehnung, Reissfestigkeit, mech. Befestigung, Wurzelwiderstand Abdichtung, Dampfbremse, Wurzelwiderstand, Schweissbarkeit Träger für Polymerbitumen-Schichten, Dimensionsstabilität, Temperaturausdehnung, Reissfestigkeit, mech. Befestigung, Wurzelwiderstand Abdichtung, Dampfbremse, Wurzelwiderstand, Schweissbarkeit Verkleben in der Rolle, Keine Beeinträchtigung des Verbundes beim Schweissen 69 Kraft-Wegdiagramm PBD im Zugversuch PBD1 mit Polyestervlies (P) und PBD2 mit Polyestervlies und Glasgittervlies (GV) T=23 C, 100mm/min PBM Breite:50mm Kraft (kn) PBD1 (P) PBD2 (P,GV) Polyestervlies 200g/m Dehnung (%) Glasgemischgewebe Page 35

36 Kraft-Wegdiagramme Längs- & Querzug Bitumen imprägnierte und rohe (d.h. nicht imprägnierte) Trägereinlagen Reissfe estigkeit [kn/50mm] impräg. roh //,roh //,impräg. //,impräg. //,impräg. impräg. //,roh roh //,roh Glasgewebe 220g/m 2 Glasvlies 60g/m 2 Jute 320g/m 2 impräg. roh v=300mm/min Dehnung [%] Jutegewebe ca. 300g/m2 71 Herstellung von PBD 72 Trägereinlagen trocknen in Tränkwanne mit C Bdm imprägnieren. Überschüssiges Bindemittel durch zwei Druckrollen abpressen. Vorrats- & Ausgleichshang d. getränkten Trägers Beschichtungswanne zum Aufbringen von PmB Dichtungsschichten In Bestreuungsanl. ein oder beidseitig mit Oberfl.schutz bestreuen. Kühlstrecke aus mehreren Kühlwalzen Raumtemperatur den Fertigungsausgleich Zuschnitt, Wicklung und Verpackung darstellt Page 36

37 Typenbezeichnung PBD nach Sia 281 Erster Buchstabe (gross): Art des Bitumens: Oxidationsbitumen O; Elastomerbitumen E; Plastomerbitumen P Zweiter Buchstabe (gross): Trägereinlage. Zusätzliche Einlagen werden durch ein Komma abgetrennt: t Polyestervlies P; Glasvlies V; Glasgittervlies G; Glasgewebe W; Aluminiumfolie A; Jutegewebe J; Kupferfolie K; PET-Folie bzw. Vlies T; Kohlenfaser C; Composite M Zahlengruppe: Dicke, d.h. auf 0.1 mm gerundeter Nennwert des Herstellers. Dritte Buchstabengruppe (klein): Art der Oberflächenausrüstung an der Oberseite (erster Buchstabe) & an der Unterseite (zweiter Buchstabe): Talk bzw. Talk-Sand-Gemisch t; ; Feinsand s; ; Schieferschuppen oder Granulat a; Metallfolie m; Flammfolie f; PET-Folie bzw. Vlies e; PP-Folie bzw. Vlies p Allenfalls vierte Buchstabengruppe (gross): spezielle Zuordnungen: für den Einsatz in wurzelfesten Systemen WF; für den Einsatz unter Gussasphalt MA; für den Einsatz unter Asphaltbeton AC Zusätzlich wird in Klammer das oder die Anwendungsgebiet(e) angegeben. 73 Typenbezeichnung PBD nach Sia 281 Beispiel E P,V 5.0 tf MA (C1 C1) heisst: E: Elastomerbitumen P,V: Polyestervlies (Trägereinlage) und Glasvlies (zusätzliche Trägereinlage) 5.0: Dicke 5.0 mm - tf: Talk-Sand (Oberflächenausrüstung an der Oberseite) und Flammfolie (Oberflächenausrüstung an der Unterseite) MA: Einsatz unter Gussasphalt, (C1): Bitumenbahnen unter Verkehrsflächen aus Asphaltbelägen auf Betonbrücken. 74 Page 37

38 Zug-Dehnverhalten (EN ) 1) 75 Wärmestandfestigkeit (EN1110) Typisch T> 80 C; 2h in Schrank; Ablaufmass l (max. Abstand zw. Markierungslinien auf Ober- und Unterseite des Prüfkörpers 76 Page 38

39 Kaltbiegeverhalten (EN1109) 140 x 50mm T= 0 C bzw.-10 C zyl. Dorn Ø=30 mm (y) Geschw. 6mm/s 10 C keine Schäden! 77 Schweissen Schweisstempe eratur Hohe Kosten Schweissgeschwindigkeit 78 Wegfliessen PmB Page 39

40 Ausführungskontrolle auf der Baustelle Kriterien Folgeschäden Massnahmen Qualität und Eignung der PBD Zustand und Beschaffenheit der Betonunterlage Allgemeine Schäden (Blasen, Undichtwerden, Alterung) können kurzzeitig nach Einbau oder später auftreten Ablösung der PBD aus dem Beton, Blasenbildung unter PBD Prüfen v. Festigkeit, Beschaffenheit der Oberfläche, Porosität, Betonfeuchtigk. Einhalten der Ausführungvorschrift und Prüfen der Haftung auf dem Beton nach der Applikation Qualitätsmanagement bei Blasenbildung, Schrumpfung, schlechte Ausführung & Prüfungen nach Haftung, Zersetzung der Polymere in PBD-Applikation der Deckmasse etc. Beton nach der Applikation Die PBD müssen die SIA- Anforderg. für Anwendungsgebiet und -zweck erfüllen. Zusatzprüfungen z.b. Verträglichkeit etc. Qualitätsmanagement bei Ausführung des Belag- Einbaus Blasenbildung, Schrumpfung der PBD, & andere einbaubedingte Folgeschäden von PBD u. Belag Einhalten der Ausführungvorschrift 79 Gründach (EMPA) 80 Page 40

41 Wurzeldurchwuchs (EN13948) Durchwuchs nach 2 jährigem Test M. Jauch, P. Fischer Welt Gründach Kongress September 2005 Basel Durchstossen Einbau Unterwachsen (Rhizomen) 81 Eingewachsene Quecken-Rhizome (Sprossausläufer) M.Monreal, Fachschule für Gartenbau Essen Behälter 80 x 80 x 25cm 3 Transparenter Boden 5 Bahnstücke verschweisst 4 Testpflanzen Feuerdorn 70%Torf +30% Blähton (ph 6.2) Temp.Gang C (Nacht..Tag) Dauer 2 Jahre Belags-Elemente für Betonbrücken Brückenplatte Betonuntergrund (einschliesslich Reprofilierung)mit Haftvermittler Abdichtungsschicht für Rissüberbrückung Schutz vor Blasenbildung Aufsteigen von Feuchtigkeit (evtl. zusätzliche darunterliegende Dampfdruckentlastungsschicht) Betonschutz gegen Eindringen von Wasser von oben. Asphalt Binder/Schutzschicht zur Lastverteilung und zum Schutz der Abdichtungsschicht Asphalt Deckschicht zur Lastverteilung und Fahrsicherheit Flexible Asphalt-Fahrbahnübergänge zur Aufnahme der Brückenbewegungen Fugen (Fugen an der Brüstung) 82 Page 41

42 Belags-Elemente für Betonbrücken Brückenplatte Betonuntergrund (einschliesslich Reprofilierung)mit Haftvermittler Abdichtungsschicht für Rissüberbrückung Schutz vor Blasenbildung Aufsteigen von Feuchtigkeit (evtl. zusätzliche darunterliegende Dampfdruckentlastungsschicht) Betonschutz gegen Eindringen von Wasser von oben. Asphalt Binder/Schutzschicht zur Lastverteilung und zum Schutz der Abdichtungsschicht Asphalt Deckschicht zur Lastverteilung und Fahrsicherheit Flexible Asphalt-Fahrbahnübergänge zur Aufnahme der Brückenbewegungen Fugen (Fugen an der Brüstung) 83 Haftvermittler Wirkungsweise Gussasphalt Deckbelag Gussasphalt Schutzschicht Haftvermittler Betonuntergrund PBD Hauptfunktionen: Abdichten Haften Bitumen Emulsion Mit Bitum. Lösemit. Polymer Bitumen Dichtungsbahn Haftvermittler Kein Haftvermittler Epoxi- Versiegelung Verankerung Wasser Beton Oberfläche Lösemittel- Überschuss 84 Page 42

43 Systemaufbauten SN Hinweis: Bei AC, SMA, MR (8,11,16) Entwässerung notwendig Systeme mit vollflächigem Verbund Schwimmende Systeme ohne Verb. In Domo fabriziert In Situ fabriziert Abdichtung mit Polymerbitumen Dichtungsbahn Flüssig- Mastix Asphalt Asphalt Mastix (PBM) Kunsstoff (MA) (AM) Element Funktion d 90mm 75mm 90mm 75mm 80mm 90mm 80mm 70mm 80mm Nutz- / Aufnahme Lastaufnahme & - AC, MR MA AC, MR, MA AC, MR. AC, MR, MA AC, MR MA Deckschicht der verteilung, Sicherheit, SMA, 8,11,16 SMA, 8,11,16 SMA, MA SMA, 8,11,16 SMA, 8,11,16 Beanspr Komfort & Wärmeschutz 8,11,16 8,11,16 8,11,16 8,11,16 8,11,16 durch Verbund nach oben/unten MA MA MA 8,11 MA MA MA MA Verkehr 8,11,16 8,11,16 8,11,16 8,11,16 8,11,16 8,11,16 Schutz- Binderschicht Feuchte -schutzschicht Bauwerk Lastverteilung & Schutz vor direkter mech. Einwirk. Verbund nach oben/unten Tack Coat PBM: SBS, APP PBM: SBS, APP Flüssigkunststoff: Abdichtung Salz) & Rissüberbrückung Schutz d. Betons (Regen, Blasen- Verbund nach oben/unten präven- Schutz vor Dampfdruck tion von unten (Versiegelung od. Ventilation) & Rissüberbrück. Verbund nach oben/unten Reprofil & Ebenhausgl. Ebenheitsausgleich & Betoninstandsetzung Betonuntergrd Strukturstatische Verbund nach oben/unten Funktion Belagsdicke MA 8,11,16 ACT 11,16 MA 8,11,16 ACT 11,16 Bit. Voranstrich Bit. Emulsion MA 4,8,11 MA 4,8,11 AM 4 Epoxi- Glasvlies mit Ölpapier als Trenn- Versiegelung Epoxi, und Ventilatationsschicht zur (zweischichtig) PU, Acryl Druckentlastung Epoxi kein Verbund Voranstr. Kunststoffvergütete Zementmörtel Haftvermittler: (Zement- Acrylat- oder -Epoxi- Kombinationen) Beton 86 Page 43