Affinitätsproblem zwischen Gestein und Bitumen Lösungsansatz: Einsatz von Haftvermittlern

M Sonderdruck aus der Zeitschrift asphalt 4/2009 Affinitätsproblem zwischen Gestein und Bitumen Lösungsansatz: Einsatz von Haftvermittlern Alfred Nehrings, Düren Die moderne Asphaltbauweise hat in vielen Jahren der Entwicklung und dauernder Anpassung an die Erfordernisse der täglichen Praxis einen hohen technologischen Stand erreicht. Das Regelwerk wird regelmäßig an den Stand der Technik und die geltenden Normen und somit an die Erfordernisse des modernen Straßenbaus angepasst. Trotzdem gibt es immer wieder Schäden zu beobachten, die eindeutig auf den Einfluss des Wassers zurückzuführen sind, ohne dass an dieser Stelle auf die unterschiedlichen Mechanismen der Versagenstheorien eingegangen werden soll. [1] Wasser stört die Bindung zwischen Bitumen und Gestein (Stripping) und verringert dadurch die Nutzungsdauer der Asphaltschicht. Das Asphaltmischgut ist vereinfacht betrachtet eine Mischung aus Gesteinskörnern verschiedener Größe, die durch das Bindemittel Bitumen zusammengehalten werden. Es können je nach Art des Mischgutes weitere Zusätze enthalten sein. Der Bindemittelgehalt liegt zwischen 4 (bei Asphalttragschichten) und 7 M.-% (bei Splittmastixasphalt). Damit das Bindemittel optimal zur Wirkung kommt, sollte es das Gesteinskorn vollständig umhüllen und das Asphaltmischgut homogen sein. Asphaltmischgut chemisch betrachtet Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, kann Bitumen als ein thermoplastisches Gemisch verschiedener hochmolekularer Kohlenwasserstoffe betrachtet werden. Man findet langkettige, ringförmige (zyklische) und aromatische Strukturen, die am Ende der Vakuumdestillation des Erdöls erhalten werden. Aufgrund der beschriebenen organischen Struktur ist Bitumen sehr viskos, in Lösemitteln wie Toluol löslich und unlöslich in Wasser. Der Chemiker nennt es hydrophob, weil es unpolar ist und sich mit Wasser nicht mischt oder darin nicht auflöst. Gestein (hier wird zur besseren Darstellung des Problems auf quarzhaltiges, Sihaltiges Gestein zurückgegriffen) kann sehr polar sein und unter Abspaltung von H + regelrecht sauer reagieren. Wasser verhält sich ähnlich: es ist ein Dipol (2 Pole, positiv und negativ geladen), der ebenfalls H + abspalten kann. Wegen dieser ähnlichen Reaktionen bzw. Strukturen sind quarzhaltige (saure) Gesteine wie auch das Wasser als polar einzustufen. Dieses Gestein kann als hydrophil (Wasser liebend) bezeichnet werden. Da sowohl das Gestein als auch das Wasser polare Stoffe sind, haben sie eine hohe Affinität zueinander. Sie gehen eine starke Wechselwirkung (Wasserstoffbrückenbin Dr. Alfred Nehrings Diplom-Chemiker Anwendungstechnik Tel. +49 (0) 24 21 / 807 221 Fax +49 (0) 24 21 / 807 320 a.nehrings@julius-hoesch.de Vertrieb: Edith Smout Tel. +49 (0) 24 21 / 807 125 Fax +49 (0) 24 21 / 807 320 e.smout@julius-hoesch.de Julius Hoesch GmbH & Co. KG Birkesdorfer Str. 5, 52353 Düren www.julius-hoesch.de

dung) ein, große Kräfte halten sie zusammen. Aus diesem Grund muss in der Asphaltmischanlage auch in Form einer hohen Temperatur sehr viel Energie aufgebracht werden, um diese Verbindung zu lösen und das Gestein zu trocknen. Wenn nun Bitumen und das Gestein in der Mischanlage aufeinandertreffen, wollen sie eigentlich nichts bis wenig miteinander zu tun haben, weil sie unterschiedlich polar sind. Es tritt eine große Oberflächenspannung an der Grenzfläche auf. Nur wegen der hohen Viskosität des Bitumens im kalten Mischgut und weiterer Faktoren (die hier nicht diskutiert werden sollen) bleibt das Bitumen unbeweglich auf dem Gestein liegen. Es bildet keine oder nur eine schwache chemische Bindung zum Gestein. Wäre Bitumen bei Raumtemperatur beweglicher und gäbe es nicht weitere Beiträge zur Adhäsion, würde es sich wie Wasser auf einem mit Wachs konservierten, hochglanzpolierten Autodach verhalten: Es würde zu Abbildung 3: Wechselwirkung Haftvermittler - Gestein Abbildung 1: Schematische Darstellung eines Haftvermittlers Abbildung 2: Wechselwirkung Haftvermittler - Bitumen Was Haftvermittler leisten Durch Verringerung der Oberflächenspannung kann man die oben geschilderten negativen Effekte vermeiden oder mindern. Zu diesem Zweck können grenzflächenaktive Stoffe in geringen Aufwandsmengen eingesetzt werden: Haftvermittler oder Haftverbesserer. In Abbildung 1 ist eine grenzflächenaktive Verbindung schematisch dargestellt: Solche Stoffe werden auch als Emulgatoren oder Tenside bezeichnet bzw. verwendet und dienen u.a. zur Herstellung von Bitumenemulsionen. Sie enthalten in einem Molekül sowohl einen unpolaren oder hydrophoben als auch einen polaren oder hydrophilen Teil. Man könnte sie von der Form her mit einem Streichholz vergleichen, dessen Kopf eine positive Ladung trägt. Nach dem Prinzip Gleiches löst sich in Gleichem taucht das Hölzchen unseres Streichholzes in Bitumen ein bis der polare Kopf die Oberfläche erreicht und diese positiv auflädt (Abbildung 2). Durch diesen Effekt wird die Oberfläche des Bitumens in ihrer Polarität vollständig verändert. Durch entsprechende Wahl des Haftvermittlers kann man nicht nur die Polarität der Bitumenoberfläche beeinflussen, sondern eine chemische Bindung des Bitumens an die Gesteinsoberfläche ausbilden: So wie sich ungleich geladene Pole eines Magneten anziehen, wirken hier starke Anziehungskräfte (so genannte Coulomb- Kräfte). Die negative Ladung der Gesteins oberfläche und die positive Ladung des Haftvermittlers an der Bitumenoberfläche ziehen sich gegenseitig an (Abbildung 3). Die Veränderung der Oberflächenspannung erleichtert die Benetzung der Gesteinsoberfläche und führt zu einem homogeneren Mischgut. Gleichzeitig wirkt der Haftvermittler wie ein Dübel (Abbildung 4) und verbessert die Haftung des Bitumens an der Oberfläche des Gesteins. Da Stickstoff (N) im Haftvermittler eine höhere Affinität zur Gesteinsoberfläche hat als das Sauerstoffatom des Wassers, ist seine Bindung stärker als die des Wassers. So vermag er sogar Wasser zu verdrängen (aktive Haftung) und wenn der Dübel fixiert worden ist, dem Angriff des Wassers einen Widerstand entgegenzusetzen. Der Haftvermittler reduziert den Einfluss des Wassers: Die Ablösung des Bitumens von der Gesteinsoberfläche wird deutlich verringert (Antistripping-Effekt, passive Haftung). Das oben beschriebene Modell soll die wirkenden Effekte beschreiben. Es ist jedoch nicht nur ein theoretischer Ansatz, sondern kann experimentell bestätigt werden. kleinen Tröpfchen zusammenlaufen, um das Gestein nur minimal zu berühren. Dieser Effekt kann über eine Kontaktwinkelmessung beobachtet und quantifiziert werden. Wünschenswert ist genau das Gegenteil: Es ist daher nicht nur anzustreben, dass das Gesteinskorn komplett von Bitumen umhüllt ist, sondern dass auch eine Bindung zwischen Gesteinsoberfläche und Bitumen entsteht, damit Wasser, das durch verschiedene Wege in die Hohlräume gelangt, nicht zerstörerisch wirken kann. Abbildung 4: Chemische Bindung zwischen Binder und Gestein durch Haftvermittler 04 2009 2

Die Messung des Kontaktwinkels Katrin Hunstock [2] hat mit ihrem beeindruckenden Vortrag beim diesjährigen DAV-DAI-Asphaltseminar in Willingen gezeigt, dass die Messung des Kontaktwinkels grundsätzlich als Methode geeignet ist, Informationen über die Wechselwirkung zwischen Bitumen und Gestein zu erhalten. In naher Zukunft sollte mit interessanten, quantitativen Ergebnissen zu rechnen sein. In einer dem Verfasser vorliegenden Diplomarbeit [3] aus November 2007 wurde zum Zwecke einer vergleichenden Untersuchung verschiedener haftverbessernder Zusätze u.a. die Messung des Kontaktwinkels eingesetzt. Als Bindemittel wurde handelsübliches Bitumen 50/70 verwendet. Dabei wurde über den Kontaktwinkel die Qualität der Benetzung beurteilt (Abbildung 5). Bei Winkeln kleiner 90 wird die Benetzung als gut bezeichnet. Zu diesem Zweck wurde in Anlehnung an S. Korn [4] Bitumen auf 150 C erhitzt und anschließend die heißen Bitumentropfen auf den Gesteinsplatten abgelegt. Nach Temperung für 10 min oberhalb des Erweichungspunktes im Trockenschrank bei 75 C wird der Kontaktwinkel gemessen. Eine weitere Messung erfolgte nach Lagerung in entionisiertem Wasser (2 h bei mind. 5 C unter Erweichungspunkt Ring und Kugel). Aus beiden Messungen kann ein Differenzwinkel berechnet werden, der das Adhäsionsvermögen unter Wassereinfluss widerspiegelt. Abbildung 6 zeigt die Ergebnisse der Messungen nach der Temperung im Trockenschrank. Es sind kaum Unterschiede zu erkennen: Mit und ohne Haftverbesserer werden Kontaktwinkel zwischen 30 und 40 gemessen, die als gute Benetzung bezeichnet werden können. Nach der Wasserlagerung (Abbildung 7) wird der negative Einfluss des Wassers sichtbar: Undotiertes Bitumen (Referenz) zeigt einen stark gestiegenen Kontaktwinkel, die Benetzung ist aufgrund von Haftungsverlusten deutlich schlechter. Werden die Differenzwinkel (Abbildung 8) betrachtet, wird es noch deutlicher: Ohne Haftverbesserer wird bei undotiertem Bitumen der Kontaktwinkel verdoppelt (Anstieg um 39 ), während Bitumen mit Haftvermittler nur Anstiege bis max. 5,5 zeigt. Es gibt sogar negative Differenzwerte (Produkt F), gleichbedeutend mit geringerem Kontaktwinkel nach Wasserlagerung. Dies bedeutet eine messbare Verbesserung des Kontaktwinkels trotz Wasserlagerung (Spreitung, aktive Haftung) durch Einfluss des Haftvermittlers. Produkt F Abbildung 6: Kontaktwinkel nach Temperung im Trockenschrank Abbildung 7: Kontaktwinkel nach Wasserlagerung Abbildung 8: Differenzwinkel nach Wasserlagerung Abbildung 5: Kontaktwinkel ist ein Produkt der AkzoNobel und wird nachfolgend auch H4 genannt. Die Produkte der AkzoNobel werden in Deutschland und der Schweiz von der Julius Hoesch GmbH & Co. KG aus Düren vertrieben. Durch die Messung des Kontaktwinkels wurde also demonstriert, dass undotiertes Bitumen von der Gesteinsoberfläche verdrängt wurde (Anstieg des Kontaktwinkels), während Bitumen mit Haftvermittler weniger oder auch gar nicht abgelöst wurden und in einigen Fällen diesem Einfluss sogar widerstanden hatten. Die positive Wirkung der Haftvermittler wurde durch die Messung des Kontaktwinkels demnach eindeutig bewiesen. 3 04 2009

Abbildung 9: Einfluss des Bitumens auf den Umhüllungsgrad nach 24 h Rolldauer Abbildung 10: Einfluss der Haftvermittler bei Quarzit nach 24 h Rolldauer Der Rolling-Bottle-Test Es sind zwar verschiedene Prüfverfahren zur Bestimmung der Haftung zwischen Bitumen und Gestein bekannt, aber keine dieser Methoden erlaubt alle Einflussfaktoren zu erfassen. [1] Prof. Michael P. Wistuba [5] hat in seinem Vortrag auf dem DAV-DAI-Asphaltseminar 2009 in Willingen verschiedene Verfahren betrachtet und den Rolling-Bottle- Test trotz bekannter Schwächen als geeignete Methode bezeichnet. Von Vorteil ist eine photometrische Auswertung der Umhüllung des Gesteinskorns mit Bitumen anstelle der visuellen Auswertung. Die AkzoNobel erteilte 2006 einen Auftrag zur Untersuchung der Wirksamkeit von Haftvermittlern. Es wurden 4 verschiedene Haftvermittler der AkzoNobel (H1 bis H4, Dosierung: jeweils 0,5% bezogen auf Bitumen), 5 verschiedene in Deutschland eingesetzte Normbitumen (50/70) unterschiedlicher Provenienz und 3 Gesteine (haftunkritsch bis haftkritisch) untersucht. Ein wesentlicher Teil der Ergebnisse wurde 2007 von Prof. K.-W. Damm [7] auf dem DAV-DAI-Asphaltseminar in Willingen präsentiert. Von den ausgewählten Bitumenprovenienzen wurde aufgrund der Unterschiede bezüglich Paraffin- und Asphaltengehalt und der Säurezahl ein unterschiedliches Haftverhalten erwartet. Diabas wurde als Gestein mit guter, Granit als Gestein mit mittelmäßiger Haftung und Quarzit als haftkritisches Gestein ausgewählt. Auf die Angabe von Details zum Prüfverfahren wird an dieser Stelle verzichtet und auf die Norm [6] verwiesen. Nach entsprechender Rolldauer wurde der Umhüllungsgrad unabhängig von 5 Laboranten visuell unter Anwendung einer Kalibriertabelle ermittelt. Als Voruntersuchung wurden die 5 Bitumen mit den 3 Gesteinen ohne Zusatz von Haftvermittlern dem Rolling Bottle Test unterzogen. Das Ergebnis ist in Abbildung 9 dargestellt. Dieser Vergleich zeigt bereits interessante Ergebnisse: Wie der Abbildung 9 zu entnehmen ist, sind beim haftunkritischen Gestein Diabas bereits nach 24 h Rolldauer sehr unterschiedliche Umhüllungsgrade (zwischen 15 und 40%) zu erkennen. Dieses Ergebnis lässt den eindeutigen Schluss zu, dass nicht nur das Gestein, sondern auch das Bitumen einen erheblichen Einfluss auf die Haftung hat. Bei Quarzit werden schlechtere Werte erwartet und mit Werten zwischen 5 und 10% auch bestätigt. Für die folgende Untersuchung der Haftvermittler wurden die Normbitumen A und D (für gutes und schlechtes Bitumen) eingesetzt. Obwohl die oben genannten Gesteine für die weitere Untersuchung eingesetzt wurden, werden hier ausschließlich die Ergebnisse für das haftkritische Gestein Quarzit präsentiert. Bei allen Gesteinen wird durch Einsatz der Haftvermittler unabhängig vom Bitumen eine deutliche Verbesserung der Umhüllung und somit der Haftung des Bitumens am Gestein erreicht. Abbildung 10 zeigt hervorragende Werte für Quarzit: Die Umhüllungsgrade liegen zwischen 70 und 85%, während ohne Haftverbesserer nur Umhüllungsgrade von 10% ermittelt werden. Da zwischen den 4 Haftvermittlern kaum Unterschiede in der Wirksamkeit festzustellen sind, wurde die Rolldauer deutlich verlängert und damit gleichzeitig eine extreme Beanspruchung simuliert. Durch die Verlängerung der Prüfzeit auf 72 h zeigen sich unabhängig von der Gesteinsart deutliche Unterschiede zwischen den Haftvermittlern: Abbildung 11 ist zu entnehmen, dass bei Anwendung des guten Bitumens der Haftvermittler H2 die bessere Umhüllung und somit Haftung bietet. Abbildung 12 zeigt, dass bei schlechtem Bitumen D der Haftvermittler H4 das beste Ergebnis liefert. Entgegen der allgemeinen Meinung, dass das Gestein allein für die Haftprobleme verantwortlich sei, hat der Rolling-Bottle- Test gezeigt, dass Bitumen ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Haftung hat. Die Haftvermittler bewirken generell und unabhängig vom Typ eine erhebliche Verbesserung der Haftung und ermöglichen, die Nachteile eines haftkritischen Paares Gestein Bitumen relativ einfach und effektiv zu kompensieren. Prüfung der Wasserempfindlichkeit Auch diese Prüfmethode [8, 9] untersucht den Einfluss des Wassers auf die Haftung 04 2009 4

Tabelle 1: Einfluss des Haft vermittlers auf den Spaltzugfestigkeitsabfall zwischen Gesteinskörnern und Bindemittel. Anhand von Marshall-Probekörpern [10] wird mit und ohne Wasserlagerung mittels indirektem Zugversuch [11] die Spaltzugfestigkeit ermittelt und ins Verhältnis gesetzt (ITSR). Die Prüfung erfolgte an Asphaltbeton AC 16. Das Mischgut [12] wurde mit den Normbitumen 50/70 A und D (Bindemittelgehalt 4,8%) und dem Gestein gleichen Typs hergestellt, das für den Rolling-Bottle-Test genutzt wurde. Als Haftvermittler wurden die Typen H2 und H4 eingesetzt. In allen Fällen wurde für die Fraktion 0/2 mm Kalkstein eingesetzt. Generell ist anzumerken, dass die gemessenen Höchstlasten durch Zugabe der Haftvermittler sowohl für nasse als auch trockene Probekörper angestiegen sind. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in Tabelle 1 zusammengefasst. In Abbildung 13 wurden die Daten für Quarzit grafisch aufbereitet. Grundsätzlich ist zu erkennen, dass bei allen Gesteinen die Spaltzugfestigkeit ansteigt, die Belastbarkeit des Asphaltbetons und somit die Standfestigkeit des Asphaltes also durch Zugabe der Haftvermittler bei jedem Gestein deutlich gesteigert wird. Beim haftkritischen Gestein Quarzit wird durch beide Haftvermittler H2 und H4 ein Anstieg von 25% ermittelt, bei Granit ist er mit 23% etwas geringer und bei Diabas am kleinsten, aber immer noch deutlich. Bei Betrachtung der Bruchfläche der Marshall-Probekörper wird offensichtlich, dass ohne Haftvermittler beim Auseinanderbrechen die Haftung zwischen Gestein und Bitumen versagt (Adhäsionsbruch), während das Korn intakt bleibt. Bei Probekörpern mit Haftvermittlern ist die Zahl der gebrochenen Gesteinskörner deutlich erhöht (Kohäsionsbruch). [3] Es kann bisher festgehalten werden, dass Haftvermittler die Benetzung des Gesteinkorns verbessern und über die verbesserte Haftung sowohl die Standfestigkeit als auch den Widerstand gegen die schädlichen Wirkungen des Wassers erhöhen. Dieser Faktor ist besonders wichtig für Asphalte mit hohem Hohlraumgehalt, also auch für Asphaltbinder- und Tragschichten und erst recht für offenporige Asphalte, die dem Einfluss des Wassers besonders ausgesetzt sind. Diesen Umstand belegt sehr deutlich Abbildung 14: Christian Schulze [13] hat im November 2008 in Aachen in seinem Vortrag über eine Einrichtung zur Messung des Kornausbruches (ARTe) bei offenporigen Asphalten berichtet. Man hatte beobachtet, dass eine Konditionierung des 2-lagigen OPA (obere Schicht OPA 4/8) durch Wasserlagerung (5 Tage) einen Anstieg des Kornausbruchs auf das Doppelte bewirkt. Dieses Ergebnis stützt Messergebnisse (Tabelle 2), die mit dem Rolling-Bottle-Test an Grauwacke erhalten wurden. Auch hier wurde ein Bitumen 50/70 mit bekannter, guter Haftung (GH50/70), einem PmB 45A und einem Bitumen 50/70 mit schlechter Haftung (SH 50/70) gegenübergestellt. Wie Tabelle 2 zu entnehmen ist, zeigt Grauwacke mit Bitumen guter Haftung ohne Haft Abbildung 11: Verlängerte Rolldauer bei gutem Bitumen A und Quarzit Abbildung 12: Verlängerte Rolldauer bei schlechtem Bitumen D und Quarzit 5 04 2009

Bild 1: Wasserschäden im tropischen Regenwald vermittler bereits nach 24 h Rolldauer nur noch einen Umhüllungsgrad kleiner 25%. Bei Verwendung von PmB wird noch ein Umhüllungsgrad von ca. 40% ermittelt. Werden allerdings Haftvermittler eingesetzt, so ist nach 24 h Rolldauer wie schon in Abbildung 9 gezeigt kaum ein Unterschied in der Wirksamkeit der Haftvermittler zu erkennen. Der Umhüllungsgrad ist deutlich höher als bei PmB. PmB verbessert zwar die Haftung im Vergleich zu undotierten Normbitumen, zeigt aber nicht den Widerstand gegen den Wassereinfluss wie Bitumen mit Haftvermittlerzusatz. Prüfungen an Offenporigen Asphalten PA16 [9] Unter Berücksichtigung der bereits vorliegenden Ergebnisse wurde im Labor ein offenporiger Asphalt PA 16 auf Basis PmB 45/80-65 (Tabelle 3, 4,5%) mit und ohne Zusatz des Haftvermittlers H2 (0,5 M.-%) hergestellt. Das (aromatische) Bindemittel F charakterisiert sich durch eine kleine Säurezahl, eine Penetration von 57 (0,1 mm), einen Erweichungspunkt Ring und Kugel von 66 C und eine elastische Rückstellung von 78%. Als Gestein mit unterschiedlichem Haftverhalten und Quarzanteil wurden Hornfels, Andesit und Diabas entsprechend der Daten aus Tabelle 3 verwendet. Um den geforderten Siebdurchgang einzustellen, wurde Kalkstein für die Fraktion 0/2 mm gewählt und entsprechend zugegeben. Um die Wirkung des Haftvermittlers zu prüfen, wurden der Rolling-Bottle-Test, die Prüfung der Wasserempfindlichkeit durch indirekten Spaltzugversuch und die Prüfung des Kornverlustes (trocken und nass) nach DIN EN 12697-17 [14] und dem NLT 362 Test Cantabro Test durchgeführt. Die Ergebnisse wurden in Tabelle 4 zusammengefasst: Bei allen 3 Gesteinsarten wird durch Zugabe des Haftvermittlers ein besserer Umhüllungsgrad (Rolling-Bottle- Test), ein deutlich geringerer Kornverlust und ein Anstieg der Spaltzugfestigkeit und somit eine höhere Belastbarkeit bzw. höhere Standfestigkeit des offenporigen Asphaltes erhalten. Die Spaltzugfestigkeiten des Asphaltbetons AC 16 und des offenporigen Asphaltes PA 16 steigen bei Einsatz von Diabas und Haftvermittler H2 beinahe um den gleichen Betrag, nämlich um R 13 bzw. 15 oder um 17 bzw. 19%, wie aus den Tabellen 1 und 4 zu entnehmen ist. Dies ist eine sehr gute Übereinstimmung der Messwerte zur Wirkung des Haftvermittlers. Teststrecke im Regenwald von Malaysia [15] In einer Bergregion von Malaysia entstehen durch regelmäßige, starke Monsunregenfälle (236 Regentage und 2,7 m Wassersäule pro Jahr) immer wieder Schäden durch Wasser. Die Straßen trocknen schlecht ab, weil sie durch den Regenwald im Schatten liegen. Durch Gemüse- und Blumenanbau sowie Tourismus werden die Straßen von Lkw und Bussen stark befahren. Alle 2 bis 3 Jahre müssen diese Straßen instand gesetzt werden (Bild 1). Mitte 2006 mussten abermals 5 km durch dünne Schichten im Heißeinbau (DSH) auf Basis Bitumen 80/100 (5%) und Granit saniert werden. Auf einer Länge von 400 m wurde für einen Feldtest das verwendete Bitumen mit 0,3% des Haftvermittlers Wetfix BE der AkzoNobel dotiert. Vierteljährlich wurde dieses Teilstück überprüft und 3 weiteren, vergleichbaren Teilstrecken gegenübergestellt. Nach 18 Monaten war die Haftvermittlerdeckschicht noch in Ordnung, während alle 3 Vergleichsstrecken ohne Haftvermittler wieder das bekannte Schadensbild durch Wassereinwirkung zeigten. Die obere Reihe in Bild 2 zeigt das Vergleichsstück mit Haftvermittler Wetfix BE nach 6, 14 und 17 Monaten, die untere Reihe eine Vergleichsstrecke ohne Wetfix in gleichen zeitlichen Abständen. Nach den eindeutigen, positiven Ergebnissen der oben angeführten Laborprüfungen, demonstriert dieser Härtetest Abbildung 13: Einfluss der Haftvermittler H2 und H4 Abbildung 14: Einfluss der Wasserlagerung auf den Kornausbruch bei OP 04 2009 6

durch extreme Wasserbelastung in der Praxis äußerst anschaulich die Vorteile in der Nutzungsdauer durch Einsatz des Haftvermittlers. Dosierung und Temperaturstabilität Haftvermittler können auf verschiedenen Wegen dem Bindemittel zugefügt werden. Die Zugabe zum Bitumen kann in der Raffinerie oder in der Asphaltmischanlage erfolgen. Zugabe in der Raffinerie Ordert man Bitumen, dem bereits Haftvermittler zugegeben worden ist, wird der Hersteller eventuell nicht den Typ bzw. das zugegebene Material nennen. Wird bei verschiedenen Lieferanten eingekauft, ist nicht ausreichend sichergestellt, dass immer der gleiche und bevorzugte Haftvermittler zugegeben worden ist. Die Konzentration des Haftvermittlers könnte unterschiedlich hoch sein. Dies könnte zu Schwankungen in der Qualität des Mischgutes führen. Der Haftvermittler muss in diesem Fall temperaturstabil sein, damit man in den Genuss der vollen Wirksamkeit kommt, denn bei der Lagerung im Bitumentank kann durch die hohe Lagertemperatur die Wirksamkeit nachlassen. Tabelle 3: Die eingesetzten Gesteine Zusätzlich ist zu beachten, dass bei der Verwendung von Ausbauasphalt, also der Zugabe von Granulat (über die Paralleltrommel) die Menge an Frischbitumen schwanken kann. Ohne Dosiereinrichtung Tabelle 4: Ergebnisse für PA 16 Tabelle 2: Rolling-Bottle-Test mit Grauwacke und PmB an der Mischanlage wäre im Frischbitumen eine höhere Konzentration an Haftvermittler notwendig. Dies ist nicht immer einfach zu realisieren. Zugabe in der Mischanlage Aus diesen Gründen geht der Königsweg über eine Dosiereinrichtung an der Mischanlage. Man kann je nach Bedarf oder Rezeptur dosieren. Mit der Dosiereinrichtung an der Mischanlage verfügt man über die notwendige Flexibilität, um den Forderungen des Marktes zu folgen. Dies kann durchaus ein Wettbewerbsvorteil sein. Optimal ist die Injektion des Haftvermittlers in die Bitumenleitung oder in die Bitumenwaage, denn der Haftvermittler sollte im Mischgut homogen verteilt sein. Dies ist ein wichtiger Aspekt, da die Aufwandsmenge gering ist: 0,5% Haftvermittler bezogen auf Bitumen bedeuten bei 6% Bitumen pro Tonne Asphalt absolut gesehen nur 300 g Haftvermittler pro Tonne Mischgut. Lagerung Haftvermittler sind in der Regel Gefahrstoffe, die sachgerecht zu lagern und zu verarbeiten sind. Die Forderungen des Umwelt- und Arbeitsschutzes sind relativ einfach zu erfüllen. Die Lagerung des Materials im Fass oder Container kann in bauartgeprüften Regalsystemen erfolgen. Diese können verschlossen werden, bei Bedarf sind sie isoliert oder sogar beheizbar und verfügen über die notwendige Auffangwanne. Bei Einsatz dieser bauartgeprüften Systeme ist das Genehmigungsverfahren relativ einfach, weil die Forderungen an den Umweltschutz bereits beachtet wurden. Es bietet sich an, die notwendige Pumpe innerhalb des Regals zu installieren. So befindet sie sich in einer Umhausung und bei einer theoretisch möglichen Leckage befindet sich auch diese innerhalb bzw. oberhalb der Auffangwanne. Die Forderungen an die persönliche Schutzausrüstung der Mitarbeiter sind ohne großen Aufwand zu erfüllen. Zusammenfassung Sowohl das Bindemittel als auch das Gestein haben einen erheblichen Einfluss auf die Haftung. Haftvermittler verbessern die Haftung zwischen Gestein und Normbitumen bzw. PmB. Haftvermittler verbessern in allen Fällen die Qualität des Mischgutes im Sinne Benetzung (Kontaktwinkel), Haftung (RBT) und Standfestigkeit (ITSR). 7 04 2009

Ganz besonders positiv ist die Wirkung des Haftvermittlers, wenn schlechtes Bitumen und haftkritisches Gestein zum Einsatz kommen. Haftvermittler reduzieren wirksam den Kornverlust von offenporigen Asphalten (OPA). Dies wurde bereits an einer nicht veröffentlichten Teststrecke in der Praxis beobachtet [16]. Trotz der Mehrkosten für das Mischgut durch Einsatz des Haftvermittlers sollte durch eine Verlängerung der Nutzungsdauer (Lebensdauer) und somit Einsparungen beim Erhaltungsaufwand durch den Einsatz des Haftvermittlers ein signifikanter Kostenvorteil zu erzielen sein. Der Einsatz von Haftvermittlern ist dringend zu empfehlen bzw. von den ausschreibenden Stellen zu fordern und sollte Eingang finden in das technische Regelwerk. Die Arbeitsgruppe Asphalttechnik des DAV hat Hinweise zur Verwendung von Haftmitteln im Asphaltstraßenbau erarbeitet, in denen auch auf die Problematik der Lagerstabilität sowie des Umweltund Arbeitsschutzes eingegangen wird. Die Hinweise werden in Kürze in dieser Zeitschrift veröffentlicht. Literatur [1] Steffi Sander Haftung zwischen Gestein und Bitumen und dort zitierte Literatur, asphalt 7/2007 [2] Katrin Hunstock, Kontaktwinkel ein Maß für das Haftverhalten? Vortrag DAV-DAI-Asphaltseminar Willingen 2009 [3] vertrauliche, private Mitteilung: Diplomarbeit November 2007 [4] S. Korn, Beurteilung der Benetzbarkeit und des Adhäsionsvermögens von Bitumen mittels Kontaktwinkelmessung, Diplomarbeit 2004, Hamburg, Hochschule für angewandte Wissenschaften [5] Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Michael P. Wistuba, Techn. Universität Braunschweig, Haftverhalten Bitumen Gestein, Vortrag DAV-DAI-Asphaltseminar Willingen 2009 [6] DIN EN 12697 11, Asphalt Prüfverfahren für Heißasphalt, Bestimmung der Affinität von Gesteinskörnungen und Bitumen, 2005 [7] Prof. Dr. Ing. K.-W. Damm, Heidenlabor für Baustoff- und Umweltprüfungen, Haftung von Bitumen an Gestein Theorie und Erfahrungen, Vortrag DAV-DAI-Asphaltseminar Willingen 2007 Bild 2: Asphaltstrecken mit und ohne Haftvermittler [8] DIN EN 12697 12, Asphalt Prüfverfahren für Heißasphalt, Bestimmung der Wasserempfindlichkeit von Asphalt-Probekörpern [9] Dieser Teil der Studie wurde in Zusammenarbeit der AkzoNobel und dem Zentrallabor der ELSAN-Grupo OHL (Spanien) erstellt [10] DIN EN 12697 30, Asphalt Prüfverfahren für Heißasphalt, Probevorbereitung, Marshall-Verdichtungsgerät [11] DIN EN 12697 23, Asphalt Prüfverfahren für Heißasphalt, Bestimmung der indirekten Zugfestigkeit von Asphalt-Probekörpern [12] DIN EN 12697 35, Asphalt Prüfverfahren für Heißasphalt, Labormischung [13] Dipl.-Ing. Christian Schulze, Inst. F. Straßenwesen, RWTH Aachen, Kornausbrüche bei Offenporigen Asphalten, Vortrag Aachener Straßenbau- und Verkehrstage Aachen 11/2008 [14] DIN EN 12697 17, Asphalt Prüfverfahren für Heißasphalt, Kornverlust von Probekörpern aus offenporigem Asphalt [15] AkzoNobel, Asphalt Applications, Americas Newsletter, Spring 2008 [16] persönliche Mitteilung über einen bisher nicht veröffentlichen Test in der Praxis 04 2009 8