Temperaturleitverhalten von Asphalt

Ziel des Forschungsschwerpunktes ist der Nachweis, dass der Einsatz von Gesteinskörnungen mit günstigem Temperaturleitverhalten einen Beitrag zur Ressourceneffizienz und zur Reduzierung des Energieeinsatzes (und damit einhergehend der CO₂-Emissionen) liefert.

Erreicht werden sollen die Ziele durch eine verbesserte Wärmestandfestigkeit von Asphalt in der Nutzungsphase. Die verbesserte Wärmestandfestigkeit ergibt sich dabei aus der Verwendung von Gesteinskörnungen mit einem nidriegen Temperaturleitverhalten. Besondere Vorteile zeigen hier die Stahlwerksschlacken, welche ein industrielles Nebenprodukt der Stahlherstellung sind. Durch die verbersserte Wärmestandfestigkeit würde sich der Verformungswiederstand des Asphaltes erhöhen, was wiederum die Lebensdauer des Asphaltes verlängern könnte und damit zu vergrößerten Erhaltungsintervallen führt. Alternativ könnte eine verbesserte Standfestigkeit auch für eine Reduzierung der Asphaltschichtdicken genutzt werden. Beide Strategien führen grundsätzlich zu geringerem Baustoffverbrauch.

Ausgewählte Literatur zum Thema:

T. Mielke; D. C. Lupascu
Einfluss der Gesteinskörnung auf das Temperaturverhalten von Asphalt
(Influence of the aggregate on the temperature behaviour of asphalt)
Straße und Autobahn, Jahrgang 70, Heft 4, S. 728-732 (2019)

D. Demond, T. Merkel, T. Mielke, and D. C. Lupascu
Innovatives Asphaltmischgut mit Stahlwerksschlacke
(Innovative asphalt with steel slag)
Report des FEhS-Instituts 23(2), 2-6 (2016)

Nanomechanische Analyse von bitumenhaltigen Bindemitteln

Das industriell hergestellte Bindemittel Bitumen ist ein Produkt der Erdölverarbeitung, ein sehr komplexes Gemisch hoch- und nichtsiedender Kohlenwasserstoffverbindungen. Für den Bau von Asphaltschichten macht man sich das thermoviskose Verhalten von Bitumen zunutze: Während es bei tiefen Temperaturen hart und spröde ist, wird es bei steigender Erwärmung zunächst zäh- und dann dünnflüssig. Die Qualität des Asphaltes steht in direktem Zusammenhang mit der Qualität des verwendeten Bitumens. Eine Reihe von Modifikationen (Wachse, Gummi, Polymere etc.) können dem Bitumen hinzugefügt werden, um das thermoviskose Verhalten positiv zu beeinflussen. Das Bitumen wird über Jahre den Einflüssen der Sonne und der Oxidation ausgesetzt. Destillative, oxidative und Strukturalterung sorgen dafür, dass sich die Eigenschaften des Bitumens verändern, das Bitumen die Haftigkeit verliert, verhärtet und rissig wird.

Zur Erklärung des Verhaltens von Bitumen auf der Mikroebene soll das Rasterkraftmikroskop behilflich sein. Das Prinzip des Rasterkraftmikroskops (Atomic Force Microscope „AFM“) ähnelt einem Finger, der eine Oberfläche mechanisch abtastet und zudem die Kräfte zwischen den Atomen der Probe und denen der Messspitze misst. Eine Nadel („tip“) ist an einer mikroskopisch kleinen Blattfeder, dem Cantilever, befestigt und fährt, getrieben von einem piezoelektrischen Scanner, in einem vorgegebenen Raster über eine Probe. Die Verbiegung des Hebelarms, hervorgerufen durch Kräfte zwischen Probe und Spitze, werden hochaufgelöst gemessen, indem ein Laserstrahl auf die Spitze gerichtet und der reflektierte Strahl mit einem Photodetektor aufgefangen wird. Gerade die Topographie der Bitumenprobe gibt Aufschluss über die Änderung der Oberflächenstruktur bei unterschiedlichsten Einflüssen. Weitere Parameter wie z.B. Adhäsion oder E-Modul können zeitgleich berechnet werden.

Ausgewählte Literatur zum Thema:

D. Ganter, S. Franzka, V.V. Shvartsman, D.C. Lupascu
The phenomenon of bitumen ‘bee' structures – bulk or surface layer – a closer look
International Journal of Pavement Engineering (2020)

D. Ganter, T. Mielke, M. Maier, D.C. Lupascu
Bitumen rheology and the impact of rejuvenators
2019 Construction and Building Materials 222, pp. 414-423 (2019)

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