Alternative Bindemittel für den nachhaltigen Asphaltstraßenbau

Ansprechpartnerin: Dr.-Ing. Nina Nytus

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung von ligninbasierten Substitutionsprodukten für das Bindemittel Bitumen zur Schaffung nachhaltiger sowie leistungs- und zukunftsfähiger Asphaltstraßen. Die entwickelten Produkte sollen dabei für einen kurzfristigen Einsatz vor allem als Teilersatzstoffe sowie zur Wiederverwendung von Ausbauasphalten eingesetzt werden. Zum Erreichen des Projektziels wird der Ansatz verfolgt, das Biopolymer Lignin in Form von unterschiedlichen Fraktionen mit variierenden Funktionalitäten zu kombinieren. Wobei das Lignin nicht in reiner Form, sondern mit einer Mischkomponente (z.B. einem Rejuvenator oder einem Gemisch von Rejuvenatoren oder auch einem Bioöl, einem Prozessöl oder Nebenprodukten aus Bioraffinerien) vermischt wird. Bei Bedarf sollen die Eigenschaften des resultierenden Bindemittels anschließend durch die Zugabe einer oder mehrerer modifizierter und dadurch funktionalisierter Ligninfraktionen gezielt gesteuert werden. Die Eigenschaften der entwickelten Alternativbindemittel sowie den daraus hergestellten Asphalten sollen den geltenden straßenbautechnischen Anforderungen entsprechen, während zudem das Alterungsverhalten sowie die Auswirkungen der zu erwartenden höheren Belastungen aus Klima und Verkehr tiefergehender bewertet werden sollen. Weiterhin sollen die entwickelten Alternativbindemittel bzw. die daraus hergestellten Asphalte eine Wiederverwendung ermöglichen. Darüber hinaus werden die Alternativbindemittel hinsichtlich des Umwelt- und Arbeitsschutzes und zudem durch eine Wirtschaftlichkeits- und eine Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Assessment LCA) eingeordnet. Im Rahmen dieses Projekts soll somit ein biobasierter, umweltschonender und wirtschaftlicher Ersatzstoff mit steuerbaren Eigenschaften für das Bindemittel Bitumen entwickelt und zudem in einer realen Straßenbausituation umgesetzt werden.

DFG-Projekt: Postcarbone Straße – Der ewige Wiederverwendungskreislauf von Asphalt

Ansprechpartnerin: Jule Dominik, M.Sc.

Die Wiederverwendung von Asphalt stellt ein aktuell relevantes und zukunftsweisendes Potenzial für eine verbesserte Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit im Bauwesen dar. So standen im Jahr 2019 in Deutschland ca. 13,4 Mio. t Ausbauasphalt zur Verfügung, was ca. ein Drittel der im selben Jahr produzierten Asphaltmenge entspricht. Durch die Nutzung des Ausbauasphalts können somit große Mengen an frischem Asphalt eingespart werden, weshalb in Deutschland bereits seit Jahrzehnten Ausbauasphalte in neue Asphalte eingemischt werden. In Zukunft wird zudem eine Erhöhung der Ausbauasphaltanteile angestrebt, um durch Ressourceneffizienz und CO2-Einsparungen bei der Herstellung dem Klimawandel entgegenzuwirken. Einige Asphalte befinden sich jedoch vermutlich zunehmend im 2. oder 3. Wiederverwendungszyklus, sodass sich unmittelbar die Frage stellt, wie häufig Asphalt trotz der fortschreitenden Alterung des Bindemittels Bitumen grundsätzlich wiederverwendet werden kann. Im Vorgängerprojekt Postcarbone Straße – Der endlose Wiederverwendungskreislauf von Bitumen (Nr.: 392670763) konnte bereits gezeigt werden, dass durch die Zugabe von biobasierten Rejuvenatoren prinzipiell eine mehrfache Wiederverwendung von Bitumen möglich ist. Gleichzeitig wurden jedoch auch Grenzen festgestellt. Im Rahmen des Folgeprojekts soll durch die wissenschaftliche Erarbeitung eines modifizierten Rejuvenators ein grundsätzlicher Lösungsweg zur Behebung bzw. Verschiebung der aufgetretenen Grenzen und damit die prinzipielle Möglichkeit einer endlosen Wiederverwendung von Asphalt aufgezeigt werden. Zum Erreichen umfassender Erkenntnisse werden dabei neben der Bindemittel- auch die Mastix- und Asphaltebene sowie sowohl nicht modifizierte als auch modifizierte Bindemittel betrachtet. Zusätzlich wird der Einfluss der mehrfachen Wiederverwendung auf das Haftverhalten untersucht, zwei innovative Ansätze zur Erfassung des Vermischungsgrads von Altbindemittel und Rejuvenator erarbeitet und Modelle zur Abschätzung der Performanceeigenschaften von mehrfach verjüngtem Asphalt erstellt.

Untersuchungen zum Verformungsverhalten von Walzasphaltdeckschichten mit Schaumbitumen

Ansprechpartner: Georg Bus, M.Sc.

Anhand von Schaumbitumenuntersuchungen an 14 Bindemitteln (72 Schaumversuche), Asphaltperformance-Untersuchungen an 12 Varianten und einer anschließenden Praxiserprobung in einem Erprobungsfeld der duraBASt wird der Nachweis eines möglichen und ggf. zeitlich begrenzten Risikos für erhöhte Verformungen durch die Anwendung der Schaumbitumentechnologie geführt. Die vermutet zeitliche Veränderung der Performance-Eigenschaften wird über einen Zeitraum von 6 Monaten beobachtet. Dies erfolgt sowohl an den im Labor hergestellten Proben, als auch an den Ausbauproben aus dem Erprobungsfeldern. Aus den Erkenntnissen der internationalen Literaturrecherche und den Labor- und Felduntersuchungen werden Empfehlungen zum Umgang mit schaumbitumenhaltigem Asphaltmischgut im Labor und in der Praxis abgeleitet und zusammen mit den Untersuchungsergebnissen dokumentiert.

Schaumbitumen

Studie zur Adhäsion zwischen ressourcenschonenden Sekundärbaustoffen und Bitumen zur Bestimmung von Einflussfaktoren bzgl. der Kornausbruchtendenz in Asphaltdeckschichten

Ansprechpartner: Timo Gottschling, M.Sc.

Mineralische Rohstoffe sind Grundpfeiler für unseren Lebensstandard, stehen jedoch aufgrund natürlicher Gegebenheiten wie gesetzlicher Vorgaben zunehmend begrenzt zur Verfügung. Daher müssen alle vorhandenen Ressourcen nachhaltig und umweltbewusst im Sinne einer Ressourcenschonung und Ressourceneffizienz genutzt werden. Die konsequente Verwendung von industriellen Gesteinskörungen (SWS) als adäquates Substitut für natürliche Gesteinskörnungen ist eine Möglichkeit einen Beitrag zu dieser Notwendigkeit zu leisten.

Das deutsche Straßennetz mit einer Gesamtlänge von ca. 650.000 km ist zu 95 % in Asphaltbauweise ausgeführt und stellt einen wesentlichen Anwendungsbereich für industrielle Gesteinskörnungen dar, der jedoch zunehmend in der offenporigen Asphaltbauweise eingeschränkt wird und das obwohl SWS auch für diesen Einsatzbereich anforderungsgerechte Eigenschaften aufweisen. Mit dem Forschungsvorhaben soll daher der umfangreiche Nachweis erbracht werden, dass Gesteinskörnungen aus SWS aufgrund ihrer Materialeigenschaften bzw. ihrem Adhäsionsverhalten zu Bitumen mindestens als gleichwertig zu Natursteinen zu handeln sind. So soll die Akzeptanz und die Absatzmenge von Stahlwerksschlacken auch in der offenporigen Asphaltbauweise ausgebaut werden. Da die Absatzmargen im Bereich der Asphaltdeckschichten und speziell der offenporigen Bauweise eher höherpreisig gehandelt werden, wäre eine Förderung der KMU sowohl über die Absatzmenge, als auch die Verkaufsmarge möglich.

Zusammenfassend wird das Ziel verfolgt, den wissenschaftlichen Nachweis zu erbringen, dass ressourcenschonende industrielle Gesteinskörnungen ebenso gut für die offenporige Asphaltbauweise geeignet sind, wie natürliche Gesteinskörnungen. Zusätzlich soll über diese ressourcenschonende Materialverwendung die Inanspruchnahme von natürlichen Rohstoffen sowie den Energieaufwand zur Gewinnung dieser Stoffe reduziert und ein weiterer Baustein zur Ressourcenschonung und Ressourceneffizienz beigetragen werden.
 

Auswirkungen des Einsatzes von temperaturabgesenktem Walzasphalt auf Dampf-/Aerosolbildung und die Dauerhaftigkeit

Ansprechpartner: Georg Bus, M.Sc.

Mit diesem Projekt werden in 4 Straßenanschnitten jeweils additivierte Asphaltbinder- und Asphaltdeckschichten mit abgesenkter Temperatur eingebaut und messtechnisch begleitet, womit die Basis für den Nachweis der Dauerhaftigkeit dieser Asphalte zu einem späteren Zeitpunkt (> 5 Jahre) gelegt wird. Die Grundlage dafür liefern Messungen der Arbeitsplatz-konzentrationen, umfassende Dokumentationen der Einbaubedingungen, erweiterte Kontrollprüfungen an den Asphaltmischungen und an Ausbauproben sowie Zustandser-fassungen nach einjähriger Nutzungsdauer. Die Basis für die Auswahl der eingesetzten Produkte (Zusätze) zur Temperaturabsenkung bildet die von der BASt veröffentlichte „Erfahrungssammlung“. Da mit dem ARS 9/21, 2021 weitere Erprobung mit solchen Bauweisen zu erwarten sind, sollen die Ergebnisse dieser Erprobungen möglichst mit in die Auswertung dieses Projektes eingebunden werden.