Untersuchung zur Charakterisierung von Bitumen („BEZIBIT“)

Abstract

In diesem Forschungsprojekt wurde eine Prüfsystematik für eine ganzheitliche (rheologische und chemi sche) Charakterisierung und systematische Materialbewertung von bitumenhaltigen Bindemitteln für den Asphaltstraßenbau entwickelt. Die neue Prüfsystematik basiert auf Prüfungen im Dynamischen Scherrhe ometer (DSR) zur Charakterisierung des rheologischen Materialverhaltens im gesamten Gebrauchstempe raturbereich unter Berücksichtigung der viskoelastischen Eigenschaften, des Verformungsverhaltens, des Kälteverhaltens und des Alterungsverhaltens. Die Prüfsystematik wird vervollständigt durch Fourier-Trans formations-Infrarotspektroskopie (FTIR-Spektroskopie) zur Bestimmung chemischer Materialeigenschaf ten. Zunächst wurden rheologische und chemische Prüfverfahren zusammengestellt und an einer repräsenta tiven Auswahl an bitumenhaltigen Bindemitteln systematisch analysiert und anhand von Parameterstudien weiterentwickelt. So wurde aus einem Set an verschiedenen Prüfverfahren eine neue, ganzheitliche Prüfsystematik entwickelt. Die rheologische Prüfsystematik besteht im Wesentlichen aus dem Bitumen Typisierungs-Schnell-Verfahren (BTSV), einem 8 mm Temperatur-Sweep (T-Sweep), einem 25 mm Single Shear Creep Test (SSCT) und einer 4 mm Relaxationsprüfung. Diese wird ergänzt durch FTIR-Analysen insbesondere für die Identifikation verschiedener Bindemittelmodifizierungen sowie der weitergehenden Bewertung des Alterungszustandes. Die neue Prüfsystematik ist für die Anwendung in der Praxis gut ge eignet. Sie kann bei einer Einfachbestimmung innerhalb eines Arbeitstages mit einem DSR und bei einer Mehrfachmessung mit dem FITR innerhalb von 30 Minuten durchgeführt werden. Es folgten systematische Reihenuntersuchungen der neuen Prüfsystematik an 102 verschiedenen reprä sentativen bitumenhaltigen Bindemitteln in unterschiedlichen Alterungszuständen. Daraus wurden geeig nete Bewertungsparameter für die Erstellung einer Charakterisierungsmatrix identifiziert. Die aus den Prüf verfahren abgeleiteten Bewertungsparameter sind einfach interpretierbar und in der Praxis sofort anwend bar. Sie umfassen das Materialverhalten im gesamten Temperaturbereich des Gebrauchsverhaltens sowie die chemische Zusammensetzung und weisen eine gute Wiederholbarkeit für eine eindeutige Differenzier barkeit unterschiedlicher Bindemittel auf. Auf Grundlage der untersuchten 102 Materialvarianten und einer systematischen Auswertung unter Be rücksichtigung des aktuellen Technischen Regelwerks, konnten Orientierungswerte für unterschiedliche Anwendungszwecke in Abhängigkeit von der zu erwartenden Schwerverkehrsbeanspruchung der Straße abgeleitet werden. Dies umfasst Vorschläge an Orientierungswerte für die Äqui-Schermodultemperaturen T(G*=15 kPa) und T(G*=5 MPa) sowie an die Änderung der jeweiligen Kennwerte durch Alterung. Außer dem werden beanspruchungsabhängige Orientierungswerte an die Kriechrate zur Beurteilung des Verfor mungswiederstands und an die prozentuale Spannungsrelaxation zur Beurteilung des Widerstands gegen Kälterissbildung vorgeschlagen. Ergänzt werden diese durch Orientierungswerte für Indexwerte aus dem FTIR. Die neue Prüfsystematik wurde abschließend zusammen mit den vorgeschlagenen Orientierungswerten anhand von Erprobungsstrecken in der Praxis validiert. Dafür wurden sieben Bauvorhaben mit zehn ver schiedenen Asphaltschichten identifiziert und an unterschiedlichen Stellen Asphaltproben entnommen. Die vorgeschlagenen Orientierungswerte konnten anhand der Proben aus den Erprobungsstrecken validiert werden. Außerdem konnte die laborübergreifende und herstellerunabhängige Anwendbarkeit der Prüfsys tematik und der Orientierungswerte in der Baupraxis demonstriert werden. Die Prüfverfahren weisen eine zufriedenstellende und zuverlässige Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit auf und sind in der Baupraxis lückenlos anwendbar.