Bindemittelmodifizierung -ein Weg zu neuen Mischgutkonzeptionen. Dipl.-Ing. Marco Schünemann VSVI Mecklenburg-Vorpommern

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1 Dipl.-Ing. Marco Schünemann VSVI Mecklenburg-Vorpommern

2 Das für Bitumen gültige Regelwerk

3 Die polymermodifizierten Bitumensorten früher und heute Alt: Neu: TL PmB 2001 TL Bitumen-StB 07 PmB 130 A 120 Pen 200 dmm 40 C EP 48 C 120/ A 120 Pen 200 dmm 40 C EP PmB 65 A 50 Pen 90 dmm 48 C EP 55 C 45/80-50 A 45 Pen 80 dmm 50 C EP PmB 45 A 20 Pen 60 dmm 55 C EP 63 C 25/55-55 A 25 Pen 55 dmm 55 C EP PmB 25 A 10 Pen 40 dmm 63 C EP 71 C 10/40-65 A 10 Pen 40 dmm 65 C EP PmB 40/ H 40 Pen 100 dmm 65 C EP 40/ A 40 Pen 100 dmm 65 C EP

4 Die neuen Bezeichnungen am Beispiel eines alten PmB 45A Die ersten Ziffern stehen für die untere und obere Penetrationsgrenze. Abgetrennt durch den Gedankenstrich folgt die untere Grenze für den Erweichungspunkt Ring und Kugel. Das A kennzeichnet ein PmB der Klasse A (vgl. Thermoplasten der Gruppe C (z.b. Lucobit ). Vorsicht! Gefahr von Missverständnissen: früher: PmB 65A, jetzt 45/80-50 A früher: PmB 45A, jetzt 25/55-55 A früher: PmB 25A, jetzt 10/40-65 A Immer die volle Bezeichnung angeben!

5 Was kann das Bindemittel wirklich? Das Bindemittel hat Einfluss auf nachfolgende Eigenschaften: Standfestigkeit Ermüdungsbeständigkeit Alterungsverhalten Griffigkeit (indirekt)

6 Es gibt u.a. so viele Modifikationsangebote, aufgrund... steigender Preise (für Bitumen und besonders der Polymerzusätze). der Kritik an zur Modifizierung eingesetzter SBS (z.b. Empfindlichkeit gegenüber hohen Temperaturen). der extrem steigenden Beanspruchungen von Verkehrsflächen. der Sonderanforderungen privater Auftraggeber. von Sonderanforderungen des Gesetzgebers (hier: Reduzierung der Arbeitsplatzkonzentration bei Gussasphaltarbeiten) durch den Einsatz von viskositätsverändernden Zusätzen. der politischer Einflussnahme: Zum Beispiel Tuning von Gesteinen mit ungünstigen Hafteigenschaften zur Unterstützung der lokalen Gesteinslieferanten durch Affinitätsverbesserer.

7 t Heftige Beanspruchungen hier: Hamburger Hafen Dipl.-Ing. Marco Schünemann VSVI Mecklenburg-Vorpommern

8 Was unterscheidet eigentlich polymermodifiziertes Bitumen von normalem Straßenbaubitumen im Hinblick auf das Gebrauchsverhalten?

9 Plastizitätsspanne bei Straßenbaubitumen - Prüftemperatur + EWP R+K [ºC] Brechpkt Fraaß [ºC] Plastizitätsspanne weiche Straßenbaubitumen harte

10 Plastizitätsspanne bei polymermodifiziertem Bitumen - Prüftemperatur + EWP R+K [ºC] weiche polymermod. Bitumen harte Brechpkt Fraaß [ºC] Plastizitätsspanne +

11 Bindemittelmodifizierungen in der Übersicht Achtung: Nur ein Auszug!!! Modifizierungsmittel Markennamen (Auswahl) Elastomer Caribit, Olexobit, PmB A Elastomer (erhöhter Anteil) RC-Bindemittel Bemerkungen für erhöhte Granulatzugabe Elastomer/Gummi Road+, CTS vielfältige Eigenschaften, Marken sehr unterschiedlich Thermoplast (Pulver) Lucobit PmB C Thermoplast (Granulat) PR Plast anwendungstechnische Probleme FT-Paraffine Sasobit, u.v.a. Temperaturabsenkung, Standfestigkeit, Einbauhilfe Reaktives Additiv mit Mehrfachwirkung Naturasphalt Colzuphalt Trinidat Epuré, Selenizza Temperaturabsenkung, Haftverbesserer,Einbauhilfe Standfestigkeitserhöhung, Einbauhilfe? Tego Adibit, u.v.a. Haftverbesserer

12 Modifizierungsmittel Markennamen (Auswahl) Elastomer Caribit, Olexobit, PmB A Elastomer (erhöhter Anteil) RC-Bindemittel Bemerkungen für erhöhte Granulatzugabe Elastomer/Gummi Road+, CTS vielfältige Eigenschaften, Marken sehr unterschiedlich Thermoplast (Pulver) Lucobit PmB C Thermoplast (Granulat) PR Plast anwendungstechnische Probleme FT-Paraffine Sasobit, u.v.a. Temperaturabsenkung, Standfestigkeit, Einbauhilfe Reaktives Additiv mit Mehrfachwirkung Naturasphalt Colzuphalt Trinidat Epuré, Selenizza Temperaturabsenkung, Haftverbesserer,Einbauhilfe Standfestigkeitserhöhung, Einbauhilfe? Tego Adibit, u.v.a. Haftverbesserer

13 Elastomere Erhöhen die Plastizitätsspanne. Also: Erweiterung der Gebrauchstemperatur sowohl bei Hitze... als auch bei Kälte. Die Elastomere unterstützen auch die Klebkraft des modifizierten Bitumens am Gestein. Achtung: Das kann im Bereich von Asphaltdeckschichten auch nachteilig sein! => verstärkte Einleitung von Schubspannungen! Trick für Parkierungsflächen: Abgrusen / Absanden der frischen Asphaltbefestigung (ca. 2-4 Wochen). Denn: Polymermodifizierte Bindemittel kleben auch extrem an den Gesteinskuppen und begünstigen die Einleitung starker Schubspannungen in die Asphaltbefestigung!

14 Brutale Schubeanspruchung! Eine frische Asphaltbefestigung würde hier im Frühsommer/Sommer sofort versagen, wenn sie nicht abgegrust würde!

15 Brutale Schubeanspruchung!

17 Elastomere (erhöhter Anteil) Erhalten die erhöhte Plastizitätsspanne trotz Ausbauasphaltzugabe. Also: Erweiterung des Gebrauchstemperaturbereiches sowohl bei Hitze... als auch bei Kälte. Rest siehe Elastomere Kennzeichnung sehr häufig durch Kürzel RC Erste Modifizierungsstufe ist zumeist für Ausbauasphaltzugabemengen von 20 M-% vorgesehen, die Varianten mit RC+ stehen für eine mögliche Ausbauasphaltzugabemenge von 40 M-% zur Verfügung.

19 Gummizugabe Als Alternative zu Elastomeren beleben sie den Wettbewerb. Recycling von Altreifen stellen einen positiven ökologischen Ansatz dar. Standen zunächst in Verruf -Handling hat sich bei neuen Produkten allerdings erheblich verbessert. Technisch zeigen sie bei bestimmten Einsatzbereichen gute Eigenschaften, insbesondere in Asphaltdeckschichten. Wichtig ist zudem die Fixierung der vertraglichen Randbedingungen, um einen reibungslosen Ablauf der Baumaßnahme für alle Beteiligten zu ermöglichen.

21 Thermoplaste (Pulver, Granulat) PmB C spielen weiterhin eine nur geringe Rolle in Deutschland. PmB C können bei bestimmten Anwendungsgebieten (z.b. brettharten Asphaltbinderschichten) gewisse Vorteile generieren. Vorsicht ist bei tiefen Temperaturen angebracht. PR Plast war ca. zwei Jahre lang das Superprodukt für den Hamburger Hafen. Dann offenbarten sich anwendungstechnische Probleme bis hin zu minderwertiger Qualität und daraus resultierenden Schadensfällen. Fazit: Gute Laborergebnisse sind unbedingte Voraussetzung für neue Bauweisen, ersetzen aber nicht praktische Erfahrungswerte.

23 FT-Paraffine Diese Paraffine dienen u.a. zur Temperaturabsenkung von Asphalten, was einen geringeren Energiebedarf bei der Asphaltherstellung zur Folge hat. In der Praxis haben sie vor allem den Vorteil der Verlängerung des Verdichtungszeitfensters. Zudem bieten die FT-Paraffine einen messbaren Zugewinn an Standfestigkeit! Parallel verändert sich das Tieftemperaturverhalten des Ausgangsbitumens nur geringfügig => Erweiterung der Plastizitätsspanne. Beim Einbau unbedingt beachten: Im kritischen Temperaturbereich keine Vibrationsverdichtung! => ansonsten Zerstörung der Struktur => Schäden! Bei Kontrollprüfungen unbedingt Randbedingungen bzgl. Extraktion beachten- ansonsten Probleme im Bauvertrag (EWP R+K) Erweichungspunkte R+K steigen erheblich an (Recycling Ausbauasphalt??)

24 So nicht!!! Bsp. für zu trockene hochmodifizierte Asphaltmischgüter im Hamburger Hafen. 1) Erster kritischer Bereich: Nähte 2) Danach: Ausmagerungen 3) Abschließend: Totalversagen im Zeitraffer Folgen von Übermodifikationen mit FT-Paraffinen Diese Fläche lag zum Zeitpunkt der Aufnahmen keine 5 Monate Spezialbindemittel (EWP R+K 95 Grad Celsius)

25 So nicht!!! Folgen von Übermodifikationen mit FT-Paraffinen...nach knapp 5 Monaten...

26 So nicht!!! Folgen von Übermodifikationen mit FT-Paraffinen...nach knapp 5 Monaten...

27 Folgen von Vibrationsverdichtung bei bereits zu geringen Mischguttempera- (hoch-viskoses PmB mit FT- turen unter Verwendung von Sondermischgütern Paraffinen)

28 Folgen von Vibrationsverdichtung bei bereits zu geringen Mischguttemperaturen unter Verwendung von Sondermischgütern (hoch-viskoses PmB mit FT- Paraffinen)

30 Reaktives Additiv mit Mehrfachwirkung - Colzuphalt Dieses Additiv dient u.a. zur Temperaturabsenkung von Asphalten. Zudem unterstützt es das Haftverhalten. In der Praxis wird Colzuphalt vor allem zur Verlängerung des Verdichtungszeitfensters eingesetzt. Bei diesem Produkten wird kein direkter Standfestigkeitszugewinn erzielt, die Erweichungspunkte des Grundbitumens bleiben konstant oder fallen sogar geringfügig ab.

31 Modifizierungsmittel Markennamen (Auswahl) Elastomer Caribit, Olexobit, PmB A Elastomer (erhöhter Anteil) RC-Bindemittel Bemerkungen für erhöhte Granulatzugabe Elastomer/Gummi Road+, CTS vielfältige Eigenschaften, Marken sehr unterschiedlich Thermoplast (Pulver) Lucobit PmB C Thermoplast (Granulat) PR Plast anwendungstechnische Probleme FT-Paraffine Sasobit, u.v.a. Temperaturabsenkung, Standfestigkeit, Einbauhilfe Reaktives Additiv mit Mehrfachwirlung Naturasphalt Colzuphalt Trinidat Epuré, Selenizza Temperaturabsenkung, Haftverbesserer,Einbauhilfe Standfestigkeitserhöhung, Einbauhilfe? Tego Adibit, u.v.a. Haftverbesserer

32 Naturasphalte Sie dienen vor allem der Standfestigkeitserhöhung von Asphalten. Die Plastizitätsspanne des Basisbitumens wird allerdings nicht erhöht, so dass die Erhöhung des EWP R+K mit einer parallelen Erhöhung des Brechpunktes nach Fraaß einhergeht. In der Praxis unterstützen Sie auch die Einbaufähigkeit (Kristallwasser, ähnlich der Zeolith-Wirkung -allerdings in abgeschwächter Form).

34 Haftverbesserer Sie sollen das Haftverhalten (Affinität) zwischen Bitumen und Gestein verbessern. Dadurch sollen Asphaltbefestigungen langlebiger werden. Signifikante Wirkung nur bei haftkritischen Gesteinsarten. Achtung: Mittel sind zumeist gesundheitlich bedenklich. Fertig angemischte Bindemittel (Bitumen + Haftverbesserer) sind nicht lagerstabil => Wirkung verfliegt. Das Einbauverhalten ändert sich etwas ob das repräsentativ ist, werden die kommenden Monate zeigen (verstärkter Einsatz in Thüringen, Sachsen und Sachsen-Anhalt).

35 Die Wahrheit erkannten schlaue Köpfe schon in den Sechzigern Dem übertriebenen Modifizierungswahn zuwider... ;-)

36 Optimierung anderer Kenngrößen kann auch was bringen! Eine Entwicklung, die schon in den 80er Jahren bei KEMNA begann, sollte ein... extrem standfestes, extrem ermüdungsresistentes, extrem dicht gelagertes, sehr leicht einbaubares, also robustes, auch bei kritischen Witterungsbedingungen beherrschbares, vertraglich und technisch für alle Baubeteiligten zufriedenstellendes, Asphaltbindermischgut sein.

37 Idee: Extrapolation des Splittmastixprinzips auf den Asphaltbinder, der dann als Splittmastixbinder bezeichnet werden kann! Das lässt sich realisieren durch... Mehr Bindemittel Splittmastixbinder Faserstoffe (und zwar gute...!) Mehr Füller (hochwertiges KSM) Hochviskoses polymermodifiziertes Bindemittel Spezielle Sieblinie: mehr 2/5, weniger 8/11, mehr 11/16 Schichtdicke: 6 8 cm Nein, er neigt nicht zu Entmischungen! Dipl.-Ing. Marco Schünemann VSVI Mecklenburg-Vorpommern

38 Kornzusammensetzung des Gesteinskörnungsgemisches 5,2 M-% PmB 4,2 M-% PmB 35 % mehr Füller! Splittmastixbinder 0/16S Asphaltbetonbinder 0/16S

39 Einaxiale Druckschwellversuche (Bestimmung des Verformungsverhalten von Walzasphalten bei Wärme) ABIN 0/16S, PMB45A SMBIN 0/16S, PMB45A SMBIN 0/16S, PMB25A Wendepunkt! Keine Wendepunkte! Untersuchungen: Nordlabor, Pinneberg Dipl.-Ing. Marco Schünemann VSVI Mecklenburg-Vorpommern

40 4-Punkt-Biegeversuche in Anlehnung an DIN EN (Beständigkeit gegen Ermüdung) ABIN 0/16S, PMB45A SMBIN 0/16S, PMB45A SMBIN 0/16S, PMB25A Lastwechsel: Oberlast hier recht hoch gewählt Untersuchungen: Nordlabor, Pinneberg Dipl.-Ing. Marco Schünemann VSVI Mecklenburg-Vorpommern

41 Deutliche SMA-ähnliche Struktur Hoher Gröbstkornanteil deutlich sichtbar -im Bereich des Probefeldes im Vergleich zur Sollvorgabe der Eignungsprüfung überbetont- (Anteil 11/16 > 40 M-%), trotzdem sehr homogene Textur.

42 SM-Binder auf der BAB A73 bei Erlangen in 12 m Breite Zwei Walzvorgänge statisch und ein Walzvorgang mit Vibration führten zu 100% Verdichtungsgrad

43 Sehr homogenes Oberflächenbild

44 Zusammenfassung Einsatzgebiete von Splittmastixbinder ist besonders geeignet für dauerhafte Asphaltbefestigungen (PPP-Modelle) in Hinblick auf zukünftige Erhaltungszyklen, ist besonders geeignet unter offenporigen Asphaltdeckschichten oder SMA- LA, Stripping ist praktisch ausgeschlossen, auch wenn die SAMI mal versagt (was in der Praxis nicht selten vorkommt), ist besonders geeignet unter Gussasphaltdeckschichten (kann aufgrund der extrem dichten Konzeption die Gefahr der Blasenbildung extrem reduzieren), ist besonders geeignet für das Überbauen von Betonfahrbahnen, ist besonders geeignet in Dammbereichen und Moorgebieten (herausragende Elastizität), kann temporär problemlos befahren werden, ein Fräsguteinsatz ist bis 20 M-% ohne weiteres möglich- darüber gelten erhöhte Anforderungen an die Sieblinie des Ausbauasphaltes. Dipl.-Ing. Marco Schünemann VSVI Mecklenburg-Vorpommern

45 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!!