Prof. Dr. Udo Hinterwäller

Auswirkungen wasserempfindlicher Anteile in Straßenbaufüllern auf die Eigenschaften von Asphalt

Diplomarbeit Februar 2007

Ergün Cigirdasman und Sven Hofmann

Präsentation zum Download

Aufgabenstellung

In einem Gesteinskörnungsgemisch für Asphaltmischgut kommt der Füllerkomponente eine besondere Bedeutung zu: zum einen wird der Hohlraumgehalt des Korngemisches reduziert, zum anderen wird eine Versteifungswirkung des Bindemittels erzielt. Während viele Füller sich für die Asphaltproduktion bewährt haben, wurden auch immer wieder kritische oder ungeeignete Gesteinsmehle verwendet. Nicht selten resultierten hieraus Schadensfälle mit weitreichenden Folgen für die betroffenen Unternehmen. Oftmals ging die Schadensursache nachweislich auf wasserempfindliche Anteile des Füllers zurück. Im Rahmen dieser gemeinschaftlichen Diplomarbeit sollen die Eigenschaften ausgewählter Gesteinsmehle mit bekannt hoher Wasserempfindlichkeit im Labor untersucht und mit einem in dieser Hinsicht unkritischen Kalksteinmehl verglichen werden. Hier ist insbesondere auf das Quellungsverhalten und auf mögliche Festigkeitsverluste zu achten.

Wesentliche Ergebnisse

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den negativen Auswirkungen von Straßenbaufüllern mit wasserempfindlichen Bestandteilen auf die Qualität von Asphalten. Im Allgemeinen begünstigen wasserempfindliche Anteile das Quellen von Asphalt. Anfangs werden die mineralogischen Zusammenhänge dargestellt, welche für Volumenvergrößerungen verantwortlich sind. In einem umfangreichen Laborprogramm werden dann vier als wasserempfindlich eingeschätzte Gesteinsmehle und ein Kalksteinfüller zum Vergleich untersucht. Durchgeführt werden sowohl Füller-, als auch Asphaltprüfungen. Von primärem Interesse ist das Maß der Quellung selbst, das bei entsprechenden Hohlraumverhältnissen ein Maximum von ca. 1,5 % erreicht. Auch wird bei allen Prüfserien ein entsprechend hoher Verlust an Marshall-Stabilität ermittelt. Alle vier Füller werden auf Grundlage der Laborergebnisse abschließend als wasserempfindlich eingestuft, von einer Verwendung für die Asphaltproduktion wird abgeraten.

Die Beurteilung der Affinität zwischen Bitumen und Gestein mit Hilfe der Randwinkelmessung

Diplomarbeit im Sommersemester 2007

Betreut von Prof. Dr.-Ing. Udo Hinterwäller und Dipl.-Ing. Kathrin Hunstock, Eurovia Bottrop

Bearbeitet von Melanie Gessner

Präsentation zum Download

Aufgabenstellung

Die Nutzungsdauer einer Asphaltbefestigung hängt u.a. maßgeblich von der Affinität zwischen dem Bindemittel Bitumen und dem Gestein ab. Derzeit wird diese Prüfung in der DIN EN 12697-11 beschrieben. Eine Problematik liegt darin, dass der nach der Beanspruchung der Materialien verbleibende Umhüllungsgrad lediglich visuell abgeschätzt werden kann. Es entsteht ein subjektives Prüfergebnis mit einer oft unzureichenden Reproduzierbarkeit.

Daher sind Verfahren heranzuziehen, die die Affinität zwischen zwei Körpern präziser beschreiben. Eine Möglichkeit stellt die sog. Randwinkelmessung dar. Hierbei wird ein Tropfen heißes Bitumen auf eine Gesteinsoberfläche aufgebracht und seine zeitliche Ausbildung mit einer Kamera festgehalten. Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll die Anwendbarkeit dieses Verfahrens für die Affinitätsbeurteilung untersucht werden. Parallel hierzu sind Versuche nach der o.g. Norm durchzuführen.

Wesentliche Ergebnisse

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einem neuen Prüfverfahren, um die Haftung bitumenhaltiger Bindemittel an Gesteinskörnungen zu beurteilen. Im ersten Schritt werden Affinitätsprüfungen nach DIN 1996 und DIN EN 12697 durchgeführt. Es folgen Randwinkelmessungen an ausgewählten Bindemittel-Gesteinskombinationen. Das Verfahren nach DIN 1996 vermag kaum zu differenzieren, belegt aber die bekannte Tatsache, dass basische Gesteine i.d.R. ein besseres Haftverhalten als saure Gesteine aufzeigen. Eine ähnliche Tendenz findet sich bei der Prüfung nach DIN EN 12697 ("Rolling-bottle-test"), insbesondere in Kombination mit modifizierten Bindemitteln. Die zahlreichen Messwerte der Randwinkelmessung hingegen liefern hiervon abweichende, z.T. auch konträre Ergebnisse. So stellen sich diese Baustoffe jetzt als eher haftkritisch dar. Korrelationen zwischen den Prüfverfahren sind damit nicht zu erkennen. Vor- und Nachteile der Randwinkelmessung werden herausgestellt und konkrete Empfehlungen zur weiteren Verbesserung des Verfahrens werden gegeben.