Haftverbesserer für die moderne Asphaltbauweise - VSVI-NRW · Gestein Hornfels Andesit Diabas...

Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 1

Haftverbessererfür die moderne Asphaltbauweise

VSVI NRW Seminar 2011

Münster, den 15.02.2011

Julius Hoesch Düren

GmbH & Co. KG

Birkesdorfer Straße 5

52353 Düren-Hoven

Tel +49 (0) 2421-807-0

Fax +49 (0) 2421-807-104

www.julius-hoesch.de

[email protected]


Inhaltsangabe

1. Qualitätsprobleme im Straßenbau

2. Mechanismus der Wechselwirkungaktive und passive Haftung

3. Messergebnisse aus dem LaborKontaktwinkel (Differenzwinkel), Rolling Bottle Test, Wasserempfindlichkeit

4. PmB zur Verbesserung der Haftung (?)

5. Ergebnisse aus der PraxisRegenwaldprojekt, schwedische Flughäfen


Qualitätsprobleme im Straßenbau von NRW



Straßen-NRW diskutiertkritisch den Einsatzhaftkritischer Gesteine(Grauwacke)


Info des DAV – AGAT


Info des DAV (AGAT) – Schadensfälle!

Schadensbilder:

Risse

Ausmagerungen

Kornausbrüche


DAV – Stellungnahme der AGAT


DAV – Arbeitsgruppe Asphalttechnik

Asphalt 07/2009, S. 17 ff


Forderung der Auftraggeber für alle Schichten (Thüringen seit 2008)


Forderung der AuftraggeberThüringen


Inhaltsangabe


2. Mechanismus der WechselwirkungBitumen - Gesteinaktive und passive Haftung





Asphaltmischgut

Zusammensetzung des Asphaltmischgutes:

• ca. 5 % Binder/Bindemittel (Bitumen)

überwiegend unpolares Material

• ca. 95 % Gestein(Split in verschiedenen Körnungen)

mehr oder weniger polares Material


Wechselwirkung – Ladung und Polarität

Quarz reagiert sauer,ist polar

Wasser trägt Ladungen, ist polar

Bitumen ist unpolar (wien-Paraffine), nicht löslich in Wasser

CH3-(CH)n-(CH2)m -CH3

R

H2O HO- + H+

- Si - OH - Si – O- + H+


Wasser – ein Dipol

Quelle: Wikipedia


Gesteins-Typen

Quartzite

Granite

Sandstone

Diorite

Basalt

Limestone

Marble

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Silica Content %-+

Benötigen Haftverbesserer


Affinitätsproblem an Grauwacke

• Haftungsprobleme

Split - Bitumen

• Frühzeitige Alterung

des Belags (Binders)

Folge:

• Zu frühe Reparatur bzw.

Fahrbahnerneuerung


Problemlösung:Wetfix-Haftverbesserer


CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

NH3

NH3

hydrophilhydrophob

++++

++++

Chemische Struktur einesHaftverbesserers

unpolar polar


Emulgatoren und Haftverbesserer

Der Haftverbesserer beeinflusst die Oberflächenspannung


Haftverbesserer - bessere Haftung

• Durch Änderung der Oberflächenspannungund Reduzierung der Viskosität kann das Gestein besser mit Bitumen umhüllt werden –intensiverer Kontakt zwischen Gestein und Bitumen (“chemische Bindung”)

schlechte Benetzung

großer Kontaktwinkel

gute Benetzung

kleiner Kontaktwinkel


Problemlösung: Haftverbesserer

passive Haftung:Haftung am Mineral,Widerstand gegen denAngriff von Wasser

aktive Haftung:Anlagerung an dieMineraloberfläche (auchin Anwesenheit von Wasser)


Inhaltsangabe







Kontaktwinkelmessung nach Tempern


Kontaktwinkelmessung nach Wasserlagerung


Differenzwinkelbetrachtung


Aktive Haftung


Haftverbesserer - passive Haftung

• Wasser kann bei mangelhafterHaftung Bitumen von derGesteinsoberfläche verdrängen(stripping)

• Wasser dringt ein, mit Frost-Tau-Wechseln verwittert derBelag (Frostschäden)

• WETFIX-Haftverbessererverhindern bzw. reduzieren o.g. Einfluss des Wassers und verlängern die Lebensdauer derFahrbahn und reduzierenUnterhaltungskosten


Beschichtungstest – passive Haftungdynamischer Test: Rolling Bottle Test


Rolling bottle test (DIN EN 12697-11)

Einfluss Bitumen 50/70 A, B, C, D, E auf Umhüllungsgrad

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

A B C D E

Um

hü

llun

gsg

rad

nac

h 2

4 h

[ %

]

Quarzit Granit Diabas

A D

ausgew ählt

Quelle: Prof. Dr. Ing. Damm, Vortrag Willingen 2007


Einfluss des Haftverbesserers beiQuarzit nach 24 Stunden

Einfluss Haftverbesserer H1, H2, H3 und H4 bei Quarzit auf Umhüllungsgrad

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Bit H1 H2 H3 H4

Bit A Bit D

Quelle: Prof. Damm


Einfluss des Haftverbesserers


Einfluss der Prüfzeit bei gutem Bitumen (A) und Quarzit

Einfluss Prüfzeit auf Umhüllungsgrad bei Quarzit

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

6h 24h 48h 72h

Bit A H1 H2 H3 H4

Quelle: Prof. Damm


Einfluss der Prüfzeit beiBitumen (D) und Quarzit

Einfluss Prüfzeit auf Umhüllungsgrad bei Quarzit

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

6h 24h 48h 72h

Bit A H1 H2 H3 H4

Quelle: Prof. Damm


Einfluss des Haftverbesserers nach 72 h Prüfzeit

Unabhängig von Mineral- und Bitumensorte ist eine deutliche Verbesserung der Haftung festzustellen

Bitumen und Gestein sindfür die unterschiedlicheWechselwirkung verantwortlich!


Prüfung d. Wasserempfindlichkeit

Indirekter Zugversuch mit undohne Wasserlagerung anhandvon Marshall-Probekörpern


Einfluss des Haftvermittlers auf den Spaltzugfestigkeitsabfall

R ∆ ∆ ∆ ∆ R ∆ ∆ ∆ ∆ %

- AC16A 71H2 AC16AH2 89- AC16D 69

H4 AC16DH4 86- AC16A 74

H2 AC16AH2 91- AC16D 71

H4 AC16DH4 87- AC16A 78

H2 AC16AH2 93- AC16D 80

H4 AC16DH4 92

25

25

ITS Gestein Binder

Haftver-mittler

Mischguttyp

17

16

Quarzit18

17

A

D

Granit

A

A

D

DDiabas

15

12

23

23

19

15


Einfluss der Haftvermittler auf ITSR am Beispiel Quarzit

Einfluss des Haftvermittlers auf ITSR bei Quarzit

71

89

69

86

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

AC16A AC16AH2 AC16D AC16DH4

ITS

R (

%)


Inhaltsangabe







Kornausbruch an OPA

Quelle: Dipl.-Ing. Christian Schulze, RWTH Aachen, Inst. F Straßenwesen


Rolling bottle test, IFTA-Labor

> 65> 95> 95Wetfix AP 17 (0,3 %)BSH 50/70Grauwacke

> 75> 95> 95Wetfix BE (0,8 %)BSH 50/70Grauwacke

> 70> 95> 95Wetfix N 422 (0,8 %)BSH 50/70Grauwacke

> 70> 95> 95Wetfix AP 17 (0,3 %)BGH 50/70Grauwacke

> 90> 95> 95Wetfix BE (0,8 %)BGH 50/70Grauwacke

> 70> 95> 95Wetfix N 422 (0,8 %)BGH 50/70Grauwacke

n.b.~ 40~ 75ohnePmB 45AGrauwacke

n.b.< 25~ 60OhneBGH 50/70Grauwacke

nach 96 h

Rolldauer

nach 24 h

Rolldauer

nach 6h

Rolldauer

Grad der Umhüllung der Gesteinskörper

mit Bitumen (in %)

HaftmittelBindemittelGestein

PmB = Polymer mod. Bitumenn.b. = nicht bestimmt

BGH = Bitumen mit guter HaftungBSH = Bitumen mit schlechter Haftung


Prüfung an offenporigem Asphalt PA16 auf Basis PmB 45/80-65

Binder F EinheitTyp aromatischSäurezahl kleinPenetration 57 0,1 mmEP RuK 66 ° CElast. R 78 %

6h 24 h trocken nass R ∆ ∆ ∆ ∆ R ∆ ∆ ∆ ∆ %- 87 63 4,1 12,2 81

H2 95 80 3,7 8,3 98- 77 18 5,4 9,3 82

H2 90 80 4,6 6,3 92- 80 62 5,6 6,5 77

H2 90 77 4,0 4,6 90

18 21

Haftver-mittler

BinderHohlraum-gehalt (%)

17

Umhüllung RBT (%)Gestein

Kornverlust (%) ITS

F

F

Hornfels

Andesit

Diabas

F

12

17

21

16

10

13

Gestein Hornfels Andesit DiabasHaftverhalten kritisch mittel unkritischPSV > 0,56 > 0,58 > 0,55LA < 14 < 15 < 15Körnung fein sehr fein feinChem. Einst. sauer neutral basischSiO2-Gehalt > 63 % 52 - 63 % < 52 %Farbe graublau hellgrau dunkelgrün


Inhaltsangabe







Flughafen JönköpingLangzeitstudie (1992 – 2008)

1992neue Rollbahn nach18 Jahren Nutzung mitVerwendung einesHaftverbesserers

2008Untersuchung vonneuen Bohrkernen

Rollbahn ingutem Zustand!


Schwedische Flughafenprojekte seit 1992 mit WETFIX – Langzeitstudie

Keine Rollbahn mehr ohne Haftverbesserer!

mit WETFIX2008

ohne WETFIX1988


Teststrecke im Regenwald(Malaysia)

• 236 Regentage pro Jahr (2,7 m Wassersäule)

• Belastung mit mehr als 200 Lkw`s und Bussen pro Tag


Teststrecke im Regenwald(Malaysia)

Stripping – neueDeckschicht alle2-3 Jahre

5 km Vergleichsstrecke,davon 400 m mit0.3 % Wetfix BE


Regenwaldteststreckemit 0.3 % Wetfix BE

ohne Wetfix BE

nach 6 Monaten nach 14 Monaten nach 17 Monaten


Zusammenfassung: deutliche Vorteile durch Haftverbesserer !

• Bessere Umhüllung des Korns, bessere Haftung und somit höhere Standfestigkeit

• größere Auswahl an Gesteinsarten• größere Auswahl an Bitumensorten• Geringere „Alterung“ des Binders und

somit längere Nutzungsdauer

• Haftverbesserer sind vom AG zu fordern, da im Regelwerk noch nicht verankert !!!


ENDE

Asphalt 04/2009, www.julius-hoesch.de

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit !!!

Fragen ?????

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