Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der simulierten Alterung von Bitumen im Labor auf die Struktur von polymeren und praxisrelevanten Eigenschaften modifizierter Bindemittel zu untersuchen. Hierfür wurden neben der simulierten Kurzzeitalterung nach RFT gemäß DIN EN 12607-3 die Langzeitalterung nach PAV (mit vorgeschalteter thermischer Beanspruchung nach RFT) und nach LT-RFT (modifizierte RFT-Alterung) angewendet. Die Simulation einer reinen oxidativen Alterung des Bindemittels erfolgte durch den PAV-Test ohne vorgeschaltete Kurzzeitalterung, bei einer Temperatur von 100 Grad C unter Luftzufuhr (Luftdruck = 21 bar) und einer Beanspruchungszeit von 20 Stunden. Untersucht wurden insgesamt acht polymermodifizierte Bitumen: vier SBS-modifizierte Bitumen der Sorte PmB 45 A, ein thermoplastmodifizierten Bitumen der Sorte PmB 45 0 und drei höher SBS-modifizierte Bitumen der Sorte PmB 40/100-65 H. Hinsichtlich der Polymerstruktur kann zwischen linearen, verzweigten und sternförmigen SBS-Polymeren unterschieden werden. Darüber hinaus besitzen zwei der untersuchten Bindemittel, ein PmB 45 und ein PmB 40/100-65 H, eine Art Vernetzung/Kopplung zwischen Bitumenspezies und Polymeren. An allen Bindemitteln vor und nach der Alterung wurden neben den physikalischen Untersuchungen auch rheologische und chemische Untersuchungen durchgeführt und die Kennwerte im frischen sowie im gealterten Zustand ermittelt. Während die Untersuchungen am frischen Bindemittel dessen Eigenschaften bei der Auslieferung vom Produzenten widerspiegeln, werden durch die Simulation der Kurzzeitalterung (RFT) Veränderungen in den Eigenschaften der Bindemittel während der Herstellung, Lagerung, Transport und Verarbeitung berücksichtigt. Die Simulation der Langzeitalterung umfasst solche Veränderungen, die während der Nutzungsdauer des Bindemittels in der Straße über einen Zeitraum von ca. 10 Jahren in ungünstigen Fällen (hohlraumreiche Asphalte und/oder extreme Verkehrs- und Wetterbedingungen usw.) auftreten können. Es zeigt sich, dass die Alterung der polymermodifizierten Bitumen auf den Abbau (Degradation) der im PmB enthaltenen Polymere (Abnahme des Molekulargewichtes der Polymere) einerseits und andererseits auf die Oxidation des Grundbitumens zurückzuführen ist. Die chemische Analyse der PmB lässt ein Ansteigen des Asphaltengehaltes, begleitet von einer Abnahme des Gesamtaromatengehaltes, in Abhängigkeit von den Alterungsbedingungen (Art, Dauer, Temperatur usw.) sowie eine progressive Abnahme der Molekulargewichte der Polymere erkennen. Die Veränderung der physikalischen (rheologischen) Bindemitteleigenschaften infolge Alterung wird durch die begleitende chemische Veränderung im Bindemittel hervorgerufen. Letztere ist als Folge einer gleichzeitigen Oxidation des Grundbitumens und eines von der Polymerstruktur, und -gehalt sowie von der Art und Dauer der Beanspruchung abhängigen Polymerabbaues zu sehen. Während die Oxidation des Grundbitumens die Erhöhung der Bindemittelviskosität bewirkt, kann der Abbau, bzw. die Veränderung der Polymerstruktur der im PmB enthaltenen Polymere dagegen zu einer Herabsetzung der Viskosität führen. Dies ist besonders bei den höher polymermodifizierten Bitumen der Fall. So wird die Verhärtung des Grundbitumens durch den Polymerabbau kompensiert. Anhand der durchgeführten physikalischen sowie chemischen Untersuchungen stellte sich die Langzeitalterung nach LT-RFT als die stärkste Beanspruchung heraus. Die Langzeitalterung nach PAV mit vorgeschalteter Kurzzeitalterung RFT scheint daher praxisnaher zu sein als die Langzeitalterung nach LT-RFTI. Allgemein zeigten die hier untersuchten höher polymermodifizierten Bitumen ein besseres Alterungsverhalten als die PmB 45. Am alterungsbeständigsten sind sternförmige oder mit Bitumenspezies vernetzte SBS-Polymere. Hier konnte selbst nach der aggressivsten Alterung nach LT-RFT noch eine Wirkung der eingesetzten Polymere nachgewiesen werden (elastische Rückstellung, Polymernetzwerk festgestellt an kD-Prüfung). Die Anwendung der ermittelten Ergebnisse auf das Gebrauchsverhalten kann nur mit Performanceübungen an Asphalt selbst untersucht werden. Es wird vorgeschlagen, die Asphalteigenschaften bei hohen (Wärmebeständigkeit) und bei niedrigen (Tieftemperaturverhalten) Gebrauchstemperaturen zu untersuchen. Diese Untersuchungen sollten an frischen und PAV-gealterten Asphaltprobekörpern durchgeführt werden.
Einfluss von Kurzzeit- sowie Langzeitalterung im Labor auf die Struktur von Polymeren und praxisrelevanten Eigenschaften modifizierter Bindemittel
Influence of short-period and long-period laboratory aging on the structure of polymers and of practically relevant properties of modified binding agents
Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik ; 910 ; 1-106
2005
106 Seiten, 110 Bilder, 25 Tabellen, 54 Quellen
Report
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