Generieren von Anforderungswerten für RTFOT-gealterte Bitumen

Kurzlebigere Verkehrswegebefestigungen aus Asphalt und größere Schäden in den vergangenen Jahren infolge des unterschiedlichen Alterungsverhaltens von Bitumen der gleichen Sorte stellen den Asphaltstraßenbau vor immer größere Herausforderungen. Deshalb werden Bitumen als visko-elastischer Bestandteil im Asphalt als das schwächere Glied angesehen. Insbesondere die Anfälligkeit von Bitumen für Sauerstoff- und UV-Alterung ist nicht unerheblich. Sowohl die oxidative Alterung als auch die Strukturalterung verändern das Bitumen dermaßen unterschiedlich, dass nach einer kurzen Liegedauer die gewünschten Eigenschaften nicht mehr erhalten bleiben. Die in Deutschland empirisch ermittelten Anforderungen für die Bitumenprüfungen nach TL Bitumen-StB gehen hauptsächlich vom Anlieferungszustand aus und nur zum Teil über den kurzzeitgealterten Zustand hinaus. Unter Experten ist bekannt, dass die konventionellen Prüfungen zur Feststellung der o.g. Eigenschaftsveränderungen nicht geeignet sind.

Um in diesem Bereich einen substanziellen Beitrag zur Weiterentwicklung zu leisten, wurde im Rahmen des Projekts zur RTFOT-Alterung (Rolling Thin Film Oven Test) von Bitumen auf Basis des Straßenbaubitumens 70/100 ein System erarbeitet, das  leistungsorientierte Prüfungen mit dem Dynamischen Scherrheometer (DSR) berücksichtigt. Für diese Prüfungen existieren gemäß Bitumennormen keine Anforderungswerte in Deutschland. Aus diesem Grund sollen anhand von Erfahrungswerten der TPA GmbH aus den Jahren 2016 bis 2018 Anforderungswerte für Versuche mit dem Dynamischen Scherrheometer entwickelt werden.

Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts weisen darauf hin, dass eine ganzheitliche Betrachtung von Bitumenproben aus unterschiedlichen Lieferstellen bei der Generierung von Anforderungswerten für das DSR nicht mehr zielführend ist, weil die Herstellungsmethoden von Bitumen aufgrund der Rationalisierung der Raffinerien und damit verbundener, unterschiedlicher Herstellungsmethoden von Bitumen mittlerweile stark variieren. Die Betrachtung der Prüfergebnisse differenziert nach Lieferstellen hat sich hingegen als sinnvoll erwiesen. Es wird deutlich, dass sich für die jeweiligen Lieferstellen Messwertbereiche mit klar erkennbaren Ober- und Untergrenzen ergeben, in die sich die DSR-Ergebnisse einordnen lassen. Anhand der Spannweiten der komplexen Schermodule und Phasenwinkel können die Steifigkeit sowie auch die elastischen und viskosen Anteile eines Bitumens festgestellt werden.

So ergibt sich bei einer Prüftemperatur von 30°C für jede Lieferstelle ein separates Spannweitenfenster für kurzzeitgealterte Bitumenproben (Abb. 1). Bei Lieferstelle A werden besonders hohe Spannweiten erreicht, nahezu alle Bitumenproben können hier eingeschlossen werden. Eine konstante Herstellung scheint hier nicht vorhanden zu sein. Möglichst gleichbleibend scheint der Herstellungsprozess der Lieferstelle D zu sein, Lieferstelle E ist sogar noch konstanter, da allerdings die Stichprobenzahl hier sehr klein ist, bleibt diese zunächst unbeachtet.

In zukünftigen Projekten muss nun validiert werden, ob die gleichen Verfahren auch für andere Bitumensorten angewendet werden können. Hierbei wäre es zusätzlich ratsam, den Alterungszustand mit dem Biegebalkenrheometer zu untersuchen. Diese Erkenntnisse würden  die Wahl von Bitumen hinsichtlich der Zustandsmerkmale Kornausbrüche und Top-Down Cracking für unterschiedlich schwere Projekte erheblich vereinfachen.