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Weiterführende Untersuchungen zur Beurteilung des Adhäsionsverhaltens zwischen Bitumen und Gestein

BASt-Bericht S 116

Martin Radenberg, Nina Nytus, Sabine Boetcher, Lehrstuhl für Verkehrswegebau, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Ruhr-Universität Bochum
Ralf Diedel, Miriam Miehling, Forschungsinstitut für Anorganische Werkstoffe – Glas/Keramik - GmbH, Höhr-Grenzhausen

54 Seiten
Erscheinungsjahr: 2017
Preis: 0,00 €

Dieser Bericht steht ausschließlich kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Die Dauerhaftigkeit der Straßen hängt maßgeblich vom Haftverhalten zwischen dem Bitumen und der Gesteinskörnung ab. Seit Jahrzehnten wird das Haftverhalten unterschiedlicher Gesteine und Bitumen mit diversen Prüfverfahren untersucht. Eine Quantifizierung der Einflussfaktoren konnte bisher nicht erreicht werden, jedoch hat das Gestein nach den Ergebnissen des AiF-Forschungsprojektes IGF 16639N einen größeren Einfluss auf die Adhäsion als das Bitumen [RADENBERG et al., 2014].

Im Rahmen dieses Projektes soll die Komponente Gestein genauer untersucht werden und der Einfluss der verschiedenen Gesteinseigenschaften auf die Adhäsion quantifiziert werden. Ein Fokus der Forschungsaufgabe ist dabei, zu untersuchen, ob der Parameter Zeta-Potential dazu dienen kann, die Wechselwirkung zwischen Bitumen und Gesteinsaggregaten zu beschreiben. Aus der Literatur geht hervor, dass niedrige Potenzialdifferenzen zwischen Bitumen und Gestein auf eine gering wirksame adhäsive Bindung/ elektrostatische Wechselwirkung hindeuten und zum Beispiel bei gleichsinniger Ladung sogar zur gegenseitigen Abstoßung von Gesteinsoberfläche und Bitumenmolekülen führen. Die Untersuchungen von [LABIB, 1992] zeigen, dass Bitumenemulsionen negative Zeta-Potentiale aufweisen.

Bei den Rolling-Bottle-Versuchen konnte ein signifikanter Einfluss der Gesteinseigenschaften insbesondere des Zeta-Potentials und des Ca-Anteils der löslichen Salze auf den Umhüllungsgrad festgestellt werden.

Der Schüttelabriebversuch hat sich mit den hier gewählten Randbedingungen als ungeeignet für die Quantifizierung möglicher Einflussfaktoren erwiesen. Ebenso konnten mit der Tropfenkonturanalyse weder Einflüsse aus den Gesteinseigenschaften noch aus den Bitumeneigenschaften als maßgeblich quantifiziert werden. Dennoch kann grundsätzlich eine Aussage über das Haftverhalten zwischen Bindemittel und Gestein getroffen werden. Weiterhin kann die Wirkung von Wasser auf das Haftverhalten messtechnisch erfasst werden.

Die Versuche zur Haftgrenztemperatur zeigen, dass der pH-Wert des Wassers einen Einfluss auf die Haftgrenztemperatur (HGT) ausübt. Mit abnehmenden pH-Wert sinkt bei dem Diabas und der Grauwacke das Zeta-Potential (Betrag). Je höher das Zeta-Potential (Betrag) ist, desto geringer ist die Haftgrenztemperatur.

Further investigations on assessment of adhesion behaviour between bitumen and aggregate

The street’s durability depends on the bonding between bitumen and aggregates. This bonding is a research topic since decades; several test methods were used to quantify the mainly influencing factors without closing success. The results of the IGF-project no. 16639 N / 1 funded via AiF showed that aggregates have a larger influence on the adhesion as bitumen [RADENBERG et al., 2014].

The project’s aim is a detailed analysis of the component aggregate and to quantify the different aggregate properties’ influence on the adhesion. The focus is on the parameter zeta potential and the investigation whether the zeta potential can be used to describe the bitumen and aggregate interaction.

With the rolling-bottle-test a significant influence of the aggregates - particularly of the zeta potential and the soluble salts’ calcium carbonate content – on the covering could be determined.

The abrasion test with the used boundary conditions proved to be improper to quantify the possible influencing factors. Also no influencing bitumen and aggregate properties affecting the contact angle could be found. However, by the contact angle measurement fundamental conclusions about the bonding between bitumen and aggregate can be detected. Although the water effect on the bonding can be measured.

The tests to determine the bonding limit temperature (BLT) showed an influence of the pH value on the BLT. With decreasing pH value the zeta potential (amount) of diabase and greywacke decreases and the higher the zeta potential (amount) the lower is the BLT.

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