einfach und komplex

i
bitumen
M A G A Z I N D E R A R B E I T S G E M E I N S C H A F T D E R B I T U M E N - I N D U S T R I E E . V.
Bitumen
Einfach und komplex
02 12
D ezember 2 0 1 2
02 l Editorial
liebe leserinnen und leser,
Bitumen ist ein Naturprodukt – aber ein hochtechnologisches Naturprodukt, an das hohe Ansprüche gestellt werden und das die hohen Qualitätsanforderungen zuverlässig erfüllt.
Die für die Herstellung von Bitumen benötigten Rohöle werden sorgfältig ausgewählt. Umfangreiche Tests gehen der Beurteilung und Verarbeitung jeden Rohöls voraus. In den Raffinerien wird
neben anderen Produkten Bitumen durch gezielte Herstellungsverfahren in komplexen Prozessen
produziert. Eine große Konstanz der Eigenschaften des Naturproduktes Bitumen wird in den einzelnen Produktionsphasen und vor Produktfreigabe durch die hohen Qualitätsanforderungen der
Mineralölindustrie gewährleistet. Qualitätsmanagementsysteme haben bei uns einen sehr hohen
karsten Rettmann
Vorsitzender des Vorstandes der ARBit e.V.
Stellenwert.
Bereits in Ausgabe 04/11 des Magazins bitumen! waren die Qualitätssicherung und die Prüfung
von Bitumen Thema. Die große Resonanz auf diese Ausgabe und aktuelle Diskussionen haben die
Inhalte der vorliegenden Ausgabe bitumen! 02/12 inspiriert.
In dieser Ausgabe stellen wir Ihnen unsere Beiträge und Positionen zu Anforderungen und Prüfverfahren für bitumenhaltige Bindemittel vor. Unser Wissen auf diesem Gebiet möchten wir gerne
teilen. An einem fachlichen und sachlichen Austausch mit Ihnen über diese Themen sind wir auch
in Zukunft sehr interessiert.
Viel Vergnügen beim Lesen wünscht Ihnen Ihr
Karsten Rettmann
Vorsitzender des Vorstandes der ARBIT e.V.
03 l Titelthema
Bitumen RicHtiG BeuRteilen
Die Prüfung und Beurteilung des Beitrags des Bindemittels
Bitumen zum Gebrauchsverhalten von Asphaltstraßen ist
die große technische Aufgabe für industrie und Anwender.
>>
04 l Titelthema
euROBitume DAtA cOllectiOn
>>
Die europäische Normungsorganisation CEN hat von
der Europäischen Kommission zunächst durch die Bauproduktenrichtlinie, fortgeführt durch die Bauproduktenverordnung, unter anderem die Aufgabe erhalten,
zukünftige Anforderungsnormen am Gebrauchsverhalten von Produkten zu orientieren.
Datensammlung eurobitume
• 146 Datensätze
• 60.000 Datenpunkte
• CEN/TR 15352:
Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel –
Entwicklung von auf das Gebrauchsverhalten
Bereits vor Jahren wurden zu bitumenhaltigen Bindemit-
bezogenen Spezifikationen: Statusbericht 2005
teln die ersten Schritte getan: Im Jahr 2005 wurde der
Technische Bericht CEN/TR 15352 fertig gestellt, der in
Die Mitglieder von Eurobitume, dem europäischen Ver-
deutscher Fassung 2006 durch DIN veröffentlicht wurde.
band der Bitumenindustrie, haben zur gleichen Zeit be-
Der Fachbericht bietet eine umfassende Übersicht über
schlossen, aktiv zu dieser Datensammlung beizutragen.
die weltweit verwendeten Prüfverfahren für bitumen-
Es wurde eine Datenbank mit 146 Datensätzen zu unter-
haltige Bindemittel. Teil dieses Technischen Berichtes ist
schiedlichen Bitumen und bitumenhaltigen Bindemitteln
aber auch die Aufforderung an Interessierte zur syste-
der folgenden Gruppen erstellt:
matischen Sammlung von Produktdaten von in Europa
im Asphaltstraßenbau verwendeten bitumenhaltigen
• Straßenbaubitumen (EN 12591),
Bindemitteln.
• polymermodifizierte Bitumen (EN 14023),
• harte Straßenbaubitumen (EN 13924) und
• Spezialbitumen
Bindemittelgruppen in der eurobitume-Datenbank
69
58
15
Straßenbaubitumen
Polymermodifizierte Bitumen
(PmB)
Harte Straßenbaubitumen
4
Spezialbitumen
05 l Titelthema
Die Datenbank umfasst insgesamt etwa 60.000 Einzelwer-
Die große Aufgabe für Normung und Industrie ist es der-
te von Prüfergebnissen. Ergänzt wird die Datenbank durch
zeit, auf Basis der CEN-Datenbank die nächste Generation
ein Positionspapier zu den einzelnen verwendeten Prüf- und
der Anforderungsnormen für Bitumen und bitumenhaltige
Konditionierungsverfahren, in dem Angaben zum Zeitbedarf,
Bindemittel zu entwerfen.
zur Präzision, zu Besonderheiten, zu Korrelationen zwischen
den Prüfergebnissen, Kommentare aus dem Bericht zur BiTVAL-Phase 1(1) sowie Empfehlungen zur Eignung des jeweiligen Verfahrens für Qualitäts- und Produktionskontrolle bzw.
für zukünftige Anforderungsnormen gegeben werden.
Das Positionspapier, das eine umfassende Übersicht über
die Prüfverfahren bietet, kann kostenfrei von der Eurobitume-Website heruntergeladen werden.(2)
Eurobitume TF Data Collection
Position Paper on Test Methods
used during the Data Collection
Die von der Bitumenindustrie gesammelten Erfahrungen
May 2009
im Rahmen der Datensammlung wurden CEN zur Verfügung gestellt. Die Datenbank wird um Datensätze der
CEN-Mitgliedsorganisationen erweitert. Die Mitglieder des
CEN/TC 336 haben Zugang zu dieser Datenbank.
(1)
(2)
http://bitval.fehrl.org/fileadmin/bitval/BitVal_final_report.pdf
http://www.eurobitume.eu/sites/default/files/tfdatacollectionpositionpaper-final-14052009.pdf
kernaussagen des Positionspapiers
1. es bestehen gute korrelationen zwischen einigen Prüfverfahren.
2. Die Güte der korrelationen ist abhängig von der Bindemittelart.
3. Die Praktikabilität von Prüfverfahren ist wichtig.
4. einfache Bindemittel sind mit einfachen Prüfverfahren zu beschreiben.
5. Die nadelpenetration ist ein geeignetes Prüfverfahren für alle Bindemittelarten.
6. Prüfungen von PmB im DSR können zahlreiche konventionelle Prüfverfahren ersetzen.
06 l Titelthema
DAS kOnZePt kOmPleXeR BinDemittel
>>
Nicht modifizierte Bitumen haben den größten Anteil
Eurobitume hat eine umfangreiche Datenbank zum CEN-
bitumenhaltiger Bindemittel im Asphaltstraßenbau.
Projekt der systematischen Sammlung von Bindemittelda-
Steigende Anforderungen an die Fahrbahnbefesti-
ten (siehe Seiten 4 und 5) beigetragen. Ein Ergebnis der
gungen und weiter entwickelte Asphaltkonzepte füh-
Analyse der rund 60.000 Datenpunkte zu 146 Bitumen ist
ren zu immer stärkerer Nachfrage nach modifizierten
das Konzept komplexer Bindemittel.
Bindemitteln.
Alle Straßenbaubitumen, die der Anforderungsnorm
einfache und komplexe Bindemittel
einfache Bindemittel
EN 12591
komplexe Bindemittel
nicht in EN 12591
spezifiziert, z.B.
EN 14023, EN 13924
EN 12591 entsprechen, sind in diesem Kontext als einfache Bindemittel zu verstehen.
Alle Bindemittel, die in anderen Anforderungsnormen
beschrieben werden, also auch polymermodifizierte Bitumen oder die in Deutschland nicht eingesetzten harten
Straßenbaubitumen oder Multigrade-Bitumen, aber auch
In Deutschland stellen beispielsweise polymermodifi-
Spezialbitumen werden als „komplexe Bindemittel” be-
zierte Bitumen mittlerweile mehr als 25% der Binde-
zeichnet.
mittel im Asphaltstraßenbau dar. Ihre Verwendung gehört seit mehr als zehn Jahren zu den Regelbauweisen
Die Anforderungen an bitumenhaltige Bindemittel wer-
für Asphaltschichten. Zunehmend nachgefragt werden
den meist mit konventionellen Testmethoden geprüft, zu
auch Modifizierungen z.B. zur Veränderung der Visko-
denen langjährige Erfahrungen in der Durchführung und
sität der Bindemittel und Asphalte, um etwa Verarbei-
der Interpretation der Ergebnisse vorliegen. Diese Prüfme-
tungstemperaturen zu reduzieren oder Verdichtungshil-
thoden, beispielsweise die Bestimmung des Erweichungs-
fen zu nutzen.
punktes Ring und Kugel oder der Nadelpenetration, wur-
Dynamisches Scherrheometer (DSR)
07 l Titelthema 05 l Titelthema
Prüfung der Nadelpenetration (EN 1426)
den für nicht modifizierte Straßenbaubitumen entwickelt
und validiert. Aus pragmatischen Gründen wurden diese
Prüfverfahren für modifizierte, komplexe Bindemittel
übernommen.
Einfache Bindemittel können mit den Ergebnissen der
konventionellen Prüfverfahren zuverlässig beschrieben
und in ihrem Gebrauchsverhalten beurteilt werden. Die
Anwendung neuer, rheologischer Prüfverfahren bringt
keine anderen Erkenntnisse.
Bei komplexen Bindemitteln stoßen die meisten üblichen
Prüfverfahren jedoch an ihre Grenzen. Hier sollten, insbesondere zur Ansprache des Verhaltens bei erhöhten und
bei tiefen Gebrauchstemperaturen, Alternativen zu den
bisherigen Prüfmethoden genutzt werden, um die Bindemittel zu beschreiben und in der Asphaltkonzeption zu
beurteilen.
Das Konzept komplexer Bindemittel ist Basis der fachlichen Diskussionen zur Entwicklung von am Gebrauchsverhalten orientierten Anforderungsnormen des CEN, der
europäischen Normungsorganisation.
Eurobitume-Datenbank
08 l Titelthema
FOkuS: eRWeicHunGSPunkt RinG unD kuGel
>>
Die Prüfung des Erweichungspunktes Ring und Kugel
Die Interpretation der Ergebnisse ist jedoch höchst un-
wird seit mehr als 100 Jahren angewendet, um Bitumen
terschiedlich. Insbesondere kann der bestehende Erfah-
im oberen Temperaturbereich ihres üblichen Gebrauchs
rungshintergrund zur Validierung der Prüfergebnisse ein-
zu prüfen. Damit soll der Beitrag des Bitumens zum Wi-
schließlich Rückschlüssen auf den Beitrag des Bitumens
derstand von Asphaltbefestigungen gegen bleibende
zum Verformungswiderstand von Asphaltschichten nicht
Verformungen bewertet werden können. Umfangreiche
auf komplexe Bindemittel übertragen werden.
Erfahrungen in der Durchführung und der Interpretation
der Prüfung liegen weltweit vor.
Über die Erkenntnis, dass der Erweichungspunkt Ring und
Kugel nicht zur Beurteilung des Verhaltens komplexer
Der Erweichungspunkt Ring und Kugel ist für konven-
Bindemittel bei erhöhten Gebrauchstemperaturen geeig-
tionelle, nicht modifizierte Destillationsbitumen die
net ist, besteht mittlerweile weltweit Konsens.
Temperatur, bei der sie eine dynamische Viskosität von
� ≈ 1,3 kPa · s aufweisen. In Verbindung mit dem Prüfverfahren der Nadelpenetration ist er als äquivalent zu
einer Penetration von 800 1/10 mm anzunehmen.
Der Erweichungspunkt Ring und Kugel kann für alle
bitumenhaltigen Bindemittel bestimmt werden, auch
wenn die Präzision dieses Prüfverfahrens bei komplexen
Bindemitteln schlechter ist als bei Straßenbaubitumen.
Softening Point Ring and Ball
It is a well known and established test applicable for
conventional binders. The significance of the test is
uncertain for PMB, in particular highly modified PMB.
Eurobitume Position Paper on test Methods used during the Data Collection
(www.eurobitume.eu ISBN 2-930160-11-X)
09 l Titelthema
Beispiel höher polymermodifizierte Bindemittel: Der Bei-
Bindemitteln mit keinem anderen Prüfparameter. Seine
trag dieser polymermodifizierten Bitumen zum Verfor-
Beeinflussung hat keinen Einfluss auf das Gebrauchsver-
mungsverhalten von Asphaltschichten wird bestimmt
halten der PmB.
durch die Konzeption des Bindemittels und dessen Gebrauchshistorie. Die Einsatzstoffe Bitumen und Polymere
Dynamische Scherrheometer ermöglichen über unter-
werden in unterschiedlichen Verfahren zu homogenen
schiedliche Prüfverfahren eine gezieltere und genauere
Produkten verarbeitet.
Ansprache des Gebrauchsverhaltens komplexer Bindemittel, sowohl für die Beurteilung alternativer Produkte
Die Prüfung des Erweichungspunktes Ring und Kugel
in der Asphaltkonzeption als auch in der Kontrolle der
führt zu einer falschen Bewertung des Gebrauchsverhal-
Produkteigenschaften in den verschiedenen Nutzungs-
tens der Produkte, wenn die Erfahrungswerte an Straßen-
stadien.
baubitumen zugrunde gelegt werden.
Die Bewertung des Alterungszustandes von aus dem AsDie Eingrenzung des Erweichungspunktes Ring und Kugel
phalt rückgewonnenen PmB anhand der Änderung des
durch einen Mindest- und einen Maximalwert führt nicht
Erweichungspunktes Ring und Kugel ist nicht möglich, da
zu einheitlicher technischer Qualität der unterschiedli-
unter anderem nicht die Einflüsse von Extraktionsverfah-
chen polymermodifizierten Bitumenprodukte. Der Erwei-
ren und Lösemitteln auf z.B. Polymerstruktur und -netz
chungspunkt Ring und Kugel korreliert bei komplexen
berücksichtigt werden können.
>>
Unterschiedliches Prüfverhalten
einfacher und komplexer Bindemittel
<<
Prinzipskizze Erweichungspunkt Ring und Kugel
10 l Titelthema
FOkuS: elAStiScHe RÜckStellunG
>>
Seit Beginn der Verwendung polymermodifizierter
Die Bestimmung der elastischen Rückstellung erfolgt nach
Bitumen (PmB) stellte sich die Frage, wie nachgewiesen
EN 13398. Dabei wird ein Probekörper aus Bitumen um
werden kann, dass es sich bei einem bitumenhaltigen
üblicherweise 20 cm gedehnt und unmittelbar anschlie-
Bindemittel um PmB und eben nicht um Straßenbaubi-
ßend der Bindemittelfaden mittig durchtrennt. Mit Hilfe ei-
tumen handelt.
nes einfachen Längenmaßstabs wird nach 30 Minuten die
verbliebene Dehnung des Fadens abgelesen. Aus der Dif-
Im Asphaltstraßenbau werden fast ausschließlich mit
ferenz dieses Wertes zur ursprünglichen Fadenlänge wird
Elastomeren modifizierte Bindemittel verwendet, mög-
die elastische Rückstellung in Bezug auf die Ausgangslän-
lich ist aber auch die Modifizierung mit Plastomeren.
ge errechnet. Die übliche Dehnlänge von 20 cm wurde aus
Elastomermodifizierte Bitumen weisen aufgrund der
rein praktischen Gründen festgelegt – das Rechnen mit
Modifizierung ein ausgeprägtes elastisches Verhalten
dem sich ergebenden Wert der Ausgangslänge des Binde-
auf, das sich deutlich von dem nicht modifizierter Bin-
mittelfadens von 10 cm ist einfach und das Ablesen der
demittel unterscheidet.
Fadenlängen ausreichend genau möglich.
Auf Basis des Prüfverfahrens der bis 1999 in den An-
Ob ein bitumenhaltiges Bindemittel mit Elastomeren mo-
forderungsnormen für bitumenhaltige Bindemittel ge-
difiziert ist oder nicht, kann anhand der elastischen Rück-
forderten Duktilität wurde die Prüfung der elastischen
stellung auch bei anderen Dehnlängen oder unterschied-
Rückstellung entwickelt, um das unterschiedliche elasti-
lichen Prüftemperaturen beurteilt werden.
sche Verhalten der Bindemittel als Kriterium zum Nachweis der Modifizierung mit Elastomeren anzusprechen.
Prinzipskizze Elastische Rückstellung
cm
0
5
10
15
20
11 l Titelthema
elastic Recovery
• Test method provides indication of the elastic behaviour of the product and is used on elastomer modified
PMB only.
• The results allow a screening of the PMB status of the binder for the presence of an elastomeric polymer and
therefore some indication of the polymer treat level in case of elastomer modified PMB. It also gives some
indication of the binder type and can help to differentiate between an elastomer modified binder and others.
• The requested elongation of 200 mm cannot be met with all binders at all temperatures (e.g. hard binders and /
or aged binders). This shortcoming could be overcome if different temperatures than 10 and 25°C were allowed.
Eurobitume Position Paper on test Methods used during the Data Collection
(www.eurobitume.eu ISBN 2-930160-11-X)
Die elastische Rückstellung eines bitumenhaltigen Bin-
Die nicht gestellte Anforderung an die elastische Rück-
demittels ist kein Maß zur Beurteilung der Qualität oder
stellung bei plastomermodifizierten Bindemitteln ist der
Quantität der Polymermodifizierung. Es handelt sich um
einzige Unterschied der Anforderungen der TL Bitumen-
den schlichten Nachweis, ob eine Elastomermodifizie-
StB 07 und auch der früheren TL PmB an elastomermodi-
rung vorliegt oder nicht.
fizierte oder plastomermodifizierte PmB.
FOkuS: StAtuSBeRicHt cen/tc 336 WG1 tG3
Verfahren zur Simulation der Alterung von
bitumenhaltigen Bindemitteln
Die TG3 „Bindemittel-Alterung/-Konditionierung“ im CEN/
TC 336 WG1 hat zur Aufgabe, Verfahren zur Simulation der
Kurzzeit- bzw. Langzeitalterung von bitumenhaltigen Bindemitteln im Laboratorium zu validieren und zu empfehlen.
Im Jahr 2012 wurde ein Statusbericht ihrer Arbeit erstellt,
der als Beitrag zum E&E-Kongress 2012(3) veröffentlicht
wurde.
Die Alterung von Bindemitteln in Asphalten mit niedrigeren Verarbeitungstemperaturen sollte am Asphalt geprüft
werden, da neben modifizierten Bindemitteln auch Modi-
kurzzeitalterung
• Das RTFOT-Verfahren (EN 12607-1) ist für die meisten bitumenhaltigen
Bindemittel anwendbar und wird als Referenzmethode in zukünftigen
Spezifikationen empfohlen.
• Für hochviskose Bindemittel werden in EN 12607-1 bereits höhere
Temperaturen empfohlen, aber zur Beanspruchung niedrigviskoser
Bindemittel müssen noch Empfehlungen erarbeitet werden.
langzeitalterung
• Das PAV-Verfahren (EN 14769) mit vorlaufender RTFOT-Alterung
(EN 12607-1) ist für die meisten bitumenhaltigen Bindemittel anwendbar und wird als Referenzmethode in zukünftigen Spezifikationen empfohlen.
fizierungen der Asphalte verwendet werden. Die CEN/TCs
227 und 336 sollten geeignete Verfahren evaluieren.
(3)
Quelle: Statusbericht 2012 von CEN/TC 336 WG1 TG3
Besamusca, J.; Sörensen, A.; Southwell, C.: Addressing Ageing Characteristics of Bituminous Binders in Europe (www.eecongress.org)
12 l Dialog
Weitblick
Nicht nur in Deutschland
Website ARBIT, www.arbit.de
Die Bitumenindustrie ist europaweit organisiert. Gemeinsam mit der ARBIT arbeiten der europäische Verband Eurobitume mit den Dependancen in Benelux und
der Schweiz sowie die nationalen Verbände GPB (Frankreich) und RBA (Großbritannien) daran, unsere Partner
über Bitumen zu informieren, das Wissen und die Erfahrungen zu dem Naturprodukt zu teilen, den sicheren
Umgang zu fördern und unsere Anliegen sowohl national als auch global umzusetzen.
Website Eurobitume, www.eurobitume.eu
Website GPB, www.bitume.info
Kontakt:
Arbeitsgemeinschaft der Bitumen-Industrie e.V. (ARBIT)
Steindamm 55, 20099 Hamburg
Tel.: +49 (0) 40 2802939
Fax: +49 (0) 40 2802125
E-Mail: [email protected]
www.arbit.de
Website RBA, www.bitumenuk.com