4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 369 Herstellen von temperaturabgesenktem Asphalt unter Verwendung von Schaumbitumen - Bestimmende Einflussfaktoren auf die Schaumqualität Dr. rer. pol. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dipl.-Ing. (FH) Martin Haberl Institut für Baustoff-Qualitätssicherung GmbH, Fellbach Hart Consult International GmbH, Ernst Zusammenfassung Vor dem Hintergrund der Temperaturabsenkung bei der Produktion von Asphaltmischgut werden aktuell verschiedene Möglichkeiten getestet und in der Praxis erprobt. Erklärtes Ziel der Asphaltbranche ist es, die durch den Gesetzgeber vorgegebenen Immissionsgrenzwerte von max. 1,5 mg/ m³ an Aerosolen und Dämpfen als MAK-Wert für die Verarbeitung bei Asphalt einzuhalten. Hierzu ist eine Absenkung der Herstell- und Verarbeitungstemperaturen des Asphaltmischgutes gegenüber den bisherigen Angaben aus ZTV Asphalt-StB bzw. TL Asphalt-StB notwendig. Somit wird unter dem Terminus Niedertemperaturasphalt (NT-Asphalt) ein Asphaltgemisch verstanden, dass mit niedrigeren Temperaturen als in den vorgenannten Regelwerken angegeben, hergestellt und verarbeitet wird. Nach den bisher vorliegenden Erfahrungen ist die Verwendung von Schaumasphalt eine geeignete Möglichkeit um damit NT-Asphalt herzustellen. Wie in verschiedenen Publikationen angegeben, kann durch diese Methode die Mischguttemperatur auf ca. 110 °C bis 120 °C abgesenkt werden, bei gleichbleibender Verarbeitbarkeit. In den bisherigen Forschungen wurde das Hauptaugenmerk auf das vorrangige Ziel der Temperaturabsenkung, bei immer noch günstiger Verarbeitbarkeit und anforderungskonformen Eigenschaften der damit hergestellten Asphaltbeläge gerichtet. Die auf den Aufschäumprozess einwirkenden Parameter, die wiederum auch die Eigenschaften der fertigen Schichten beeinflussen, wurden bis dato nur rudimentär untersucht. Aufgeschäumte Bitumen werden vom Grundsatz her durch Einspritzen von Wasser in heißes Bitumen hergestellt. Es entsteht dabei eine Dispersion, bestehend aus Bitumen und Wasser bzw. Wasserdampf. In der Praxis sind zwei unterschiedliche Herstellverfahren, bekannt. Man spricht dabei von dem direkten Verfahren bzw. dem indirekten Verfahren. Teilweise wird auch eine Kombination der beiden Verfahren angewandt. Nachfolgend wird das direkte Verfahren, bei dem Wasser und Luft in heißes Bitumen eingeblasen wird, behandelt. In diesem Vortrag werden die Ergebnisse hinsichtlich der Optimierung der Eigenschaften von aufgeschäumten Bitumen (Schaumbitumen) aufgezeigt. Es werden dabei drei wesentliche Faktoren angesprochen: Einpressdruck der zum Schäumprozess benötigten Luft, Temperatur des eingedüsten Bitumens und die zum Aufschäumen verwendete Wassermenge. Die Versuche wurden mit einem unmodifizierten Bitumen 50/ 70 und einem mit 2,5 M.-% synthetischem Wachst (Fischer-Tropsch) modifizierten Bitumen 50/ 70 durchgeführt. Für die Versuchsdurchführung wurde intern ein Versuchsablaufplan erstellt. Die Parameter „maximales Expansionsverhältnis (ERm)“ und „Halbwertszeit (HL)“ wurden manuell ermittelt. Unter den vorab festgelegten Variationen für die Bitumentemperatur und den Wassergehalt wurden unterschiedliche Ergebnisse für ERm und HL ermittelt. Das maximale Expansionsverhältnis erreichte in Abhängigkeit vom Wassergehalt einen Maximalwert ERmax(T), der mit der Temperatur anstieg und je nach Bindemittelsorte um bis zu 50 % variierte. Dabei stieg der optimale Wassergehalt, der zum Aufschäumen eingedüst wurde, bis zum Erreichen von ERmax. nahezu linear an. Bei allen Versuchen konnte festgestellt werden, dass das Verhältnis von ERmax(T) zum optimalen Wassergehalt, dem sogenannten Schäumungskoeffizienten M unabhängig von der Temperatur des Bitumens war und zwischen 2 und 3 lag Ermittelte ER-Werte unterhalb des optimalen Wassergehaltes waren direkt proportional zum Schäumungskoeffizienten und zum Wassergehalt. Aus den so ermittelten Ergebnissen aus der ER- und HL-Messungen konnte festgestellt werden, dass durch den durchgeführten Aufschäumprozess die Steifigkeit des Bitumens aufgrund der eingetretenen Alterung des Bitumens erhöht wurde. Die ermittelte Alterung lag jedoch unterhalb der für eine Alterung nach RTFOT zu erwartenden Werte. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass durch die untersuchten Parameter eine Steuerung der Eigenschaften des geschäumten Bitumens möglich ist. Weiterhin konnte belegt werden, dass durch die Zugabe von synthetischem FT-Wachs, die Halbwertszeit des Bitumenschaums signifikant verlängert werden kann. Die Schaumbildung wird somit im Wesentlichen durch die Menge des währende des Prozesses verdampfenden Wassers und die dabei stattfindende Energieausbeute gesteuert. Die Halbwertszeit des hergestellten Bitumenschaums nahm mit zunehmendem Wassergehalt zunächst ab und war dann ab erreichen einer bestimmten Temperatur nahezu konstant, sobald der Wassergehalt mindestens die Hälfte des optimalen Wassergehalts überstieg. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass die Halbwertszeit proportional zur Bitumenviskosität ist. 370 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Herstellen von temperaturabgesenktem Asphalt unter Verwendung von Schaumbitumen - Bestimmende Einflussfaktoren auf die Schaumqualität 1. Einleitung Nicht erst seit der Verpflichtung zur Senkung des MAK- Wertes für Dämpfe und Aerosole von 10 mg/ m³ auf 1,5 mg/ m³ in der Umgebungsluft bei Herstellung und Verarbeitung von Asphalt, wird an der Entwicklung von Niedertemperaturasphalten (NTA) gearbeitet. Unter dem Begriff der WMA-Technologie (Warm Mix Asphalt) wird z. B. in den USA bereits seit vielen Jahren temperaturabgesenkter Asphalt hergestellt und verarbeitet. Eine feste Säule bildet dabei der mit Schaumbitumen hergestellte Asphalt. Bitumenschaum entsteht, wenn Wasser in Verbindung mit Luft in heißes Bitumen eingespritzt wird. Für die Herstellung von dauerhaften Asphalten ist grundsätzlich die Verwendung von Bindemitteln anzustreben, die hinsichtlich ihrer Viskosität dem Asphalt während der Nutzung einen hohen Widerstand gegenüber bleibenden Verformungen bietet, der mit einem hohen Steifigkeitsmodul und einer angemessenen Verarbeitbarkeit während des Herstellungsprozesses korreliert [1,2]. Die Schaumbitumentechnologie zielt dabei zunächst auf eine Viskositätsverringerung des eingesetzten Bitumens ab und wurde ursprünglich zunächst für die Stabilisierung im Kaltrecyclingverfahren von Böden bei Platzbefestigungen und im Straßenbau eingesetzt. Dabei wird geschäumtes Bitumen in ein Mineralstoffgemisch eingefräst. Der so hergestellte Bitumenschaum wird dann als Bindemittel eingesetzt, wobei sich als problematisch herausstellte, dass insbesondere in den oberen Schichten nur eine unzureichende Umhüllung der Zuschlagstoffe stattfand [3,4]. Mit der Entwicklung von halbwarmen Mischungen, bei denen die Zuschläge vorgewärmt wurden, wurde dieses Problem deutlich abgeschwächt. Die Verarbeitbarkeit der so hergestellten Gemische nahm zu, da die Viskosität der Gemische sank. Damit waren die Parameter der halbwarmen Mischungen mit dem konventionellen Heißmischgut vergleichbar [5,6]. Bereits in [7,8] wird ausgeführt, dass die Ausdehnung von Bitumenschaum und insbesondere auch seine Stabilität ganz wesentlich vom eingesetzten Wasseranteil während des Aufschäumprozesses abhängen. Dieser wiederum beeinflusst die Größe der Schaumblasen und damit auch deren Verteilung. Dies beeinflusst dann die Form der Schaumzerfallskurve [9] und den Schäumungsindex (FI), der als Funktion daraus bestimmt werden kann. Dieser Ansatz ist aber aufgrund der Komplexität der Schaumzerfallskurve und der Tatsache, dass eine Abnahme der Halbwertzeit (HL) nicht unbedingt mit einem Anstieg des Expansionsverhältnisses (ER) korreliert, nicht absolut belegbar. Dagegen ist im Allgemeinen davon auszugehen, dass die Bitumenviskosität ein sinnvoller Parameter für die Bitumenschaumqualität sein kann [10]. Die Viskosität des Ausgangsbitumens kann durch den Einsatz von Zeolithen [11] oder synthetischen Wachsen, die die Schaumparameter durch Stabilisierung des Schaumzerfalls verbessern [12], verringert werden. Ebenso kann dies durch die Erhöhung der Asphaltenanteile im Bitumen erreicht werden [13]. Weiterhin können zur Verbesserung der Schaumstabilität auch chemische Additive eingesetzt werden [9]. Damit liegen bereits maßgeblich Möglichkeiten für die Beeinflussung der Schaumqualität und damit auch der Qualität der damit hergestellten Asphaltbeläge vor. Die Bewertung der Schaumverteilung ist wiederum stark abhängig von der Genauigkeit des Messverfahrens. Im Allgemeinen liefern ER- und HL-gestützte Bewertungen keine ausreichenden Informationen darüber, inwieweit der Aufschäumprozess die Bitumenrheologie und die chemische Zusammensetzung des Bitumens beeinflusst oder sogar verändert [14]. Die ER- und HL-Parameter hängen bekannterweise von der Temperatur des zum Eindüsen verwendeten Wassers, der Wassermenge und dem Druck beim Eindüsen ab. Üblicherweise wird an Mischanlagen lediglich der Wassergehalt kontrolliert. Der Einfluss der von weiteren Parametern auf die Eigenschaften und damit die Qualität des Schaums hängt weiterhin von der Art und den Eigenschaften des zur Verwendung kommenden Bitumens ab. Beim Aufschäumen wird binnen kürzester Zeit Wasser innerhalb des heißen Bitumens zu Dampf umgewandelt. Das Vorhandensein von Wasser, respektive Wasserdampf, im Bitumen kann wiederum zu einer erheblichen Versteifung des Bitumens führen. Diese Versteifung ist dann eine Folge aus der destillierenden Wirkung des Wasserdampfs auf Erdöle im Allgemeinen [2]. Der Schäumprozess ist damit mit dem Crackvorgang innerhalb eines Vakuumturms beim Raffinieren von Erdöl vergleichbar. Eine Beschleunigung des Alterungsprozesses von Bitumen unter Vorhandensein von Wasser ist allgemein bekannt [15]. Die beim Schäumprozess vorherrschenden hohen Temperaturen in Verbindung mit hohen Dampfdrücken können daher dazu führen, dass die geschäumten Bitumen eine Art der künstlichen Alterung erfahren. In der Literatur wurden in der Vorbereitung zu diesem Vortrag jedoch nur wenig Informationen über einen optimierten Schäumprozess gefunden, der diese Aspekte berücksichtigt. 1.1 Verwendete Materialien und Versuchsmethoden 1.1.1 Bitumen Die Versuche wurden mit einem Normbitumen 50/ 70 und einem Normbitumen 50/ 70, das mit 2,5 M.-% synthetischem Fischer-Tropsch-Wachs (FT-Wachs) modifiziert wurde, durchgeführt. Das Wachs wurde im Bitumenlabor mit einem Hochschermischer und einem entsprechenden Mischkopf in das Bitumen eingerührt. An den Bindemitteln wurden die grundlegenden Parameter bestimmt. Diese waren: - Steifigkeitsmodul G* - Phasenwinkel δ - Dynamische Viskosität η - Null-Scher-Viskosität η ZSV 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 371 Herstellen von temperaturabgesenktem Asphalt unter Verwendung von Schaumbitumen - Bestimmende Einflussfaktoren auf die Schaumqualität Ausgangsmaterialien Parameter Einheit 50/ 70 50/ 70 mit Wachs Penetration 0,1 mm 62 56 Erw. RuK °C 48 71 G*/ sin δ Pa 4171 5527 η bei 60°C Pa*s 358 342 η ZSV bei 60 Pa*s 561 660 1.1.2 Probenahme Schaumbitumen Während der Versuchsdurchführung wurden die hergestellten Schaumbitumenproben in Glasbehältern gesammelt. Die notwendige Anzahl wurde vor Versuchsbeginn definiert und bereitgestellt. Um die Eigenschaften des geschäumten Bitumens untersuchen zu können, wurden die Schaumbitumenproben nach dem Zusammenbruch des Schaums (exakt 15 Minuten nach dem Aufschäumen), auf -10 °C abgekühlt und bei dieser Temperatur bis zur Bestimmung der rheologischen Parameter gelagert. 1.1.3 Dynamische Viskosität Für den Versuch kam ein Dynamisches Scherrheometer der Marke Anton Paar zum Einsatz. Die Versuche wurden nach den geltenden Normen durchgeführt. Die Dynamische Viskosität wurde bei 60°C für zwei Schergeschwindigkeitsstufen durchgeführt. Zum einen wurde der Newtonsche Grenzzustand γ = 1 s-1 bestimmt und dann die Null-Scherviskosität η ZSV bei einer Schergeschwindigkeit von 0.0032 s-1 . 1.1.4 Komplexer Schermodul G* und Phasenwinkel δδ Die rheologischen Versuche zur Ermittlung des komplexen Schermoduls G* und des Phasenwinkels δ wurden mit einem Kegel-Platte Messsystem (25 mm) bei einer Spaltweite von 150 µm zwischen den Messsystemen durchgeführt. Die bei den Versuchen angesetzte Spannungsamplitute betrug 40 Pa und die Versuchstemperaturen betrugen 40°C und 60°C. Der Frequenzbereich lag zwischen 0,1 und 10 Hz. 2. Versuchsaufbau Bei der Planung des Versuchs wurden vorrangig drei Parameter berücksichtigt, die den Schäumungsprozess beeinflussen. Dies waren der Luftdruck, die Bitumentemperatur und die Wassermenge. Die optimale Temperatur für den Aufschäumprozess des Bitumens liegt bekanntermaßen bei über 140°C. Durch die Verwendung eines Modifikators zur Veränderung der Bitumenviskosität, kann üblicherweise die Temperatur des Bitumens bei der Herstellung von Asphalt herabgesetzt werden. Dieser Effekt soll auch hier untersucht werden. Vorliegend kam daher ein synthetisches Fischer- Tropsch-Wachs zum Einsatz, um zu testen, ob auch für den Aufschäumprozess eine Temperaturreduzierung für das Bitumen stattfinden kann. Die Versuche zu diesem Test wurden daher abweichend zu den Standarteinstellung der eingesetzten Laborschaumanlage durchgeführt. Die Versuche wurden mit den folgenden Einstallungen an der Laboranlage durchgeführt: - Luftdruck: 100 kPa, 400 kPa, 700 kPa - Bitumentemperatur: 110°C, 145°C; 180°C - Wassergehalt: 1 M.-%; 2,5 M.-%; 5 M.-% Versuchsplan Versuch Luft, kPa Temp. °C Wasser M.-% 1 100 110 1 2 400 110 2,5 3 700 110 5 4 100 145 1 5 400 145 2,5 6 700 145 5 7 100 180 1 8 400 180 2,5 9 700 180 5 2.1 Messung von Ausdehnungsrate und Halbwertszeit Der Einfluss der Mitarbeiter, die mit der Durchführung der Versuche betraut sind, ist bei der vorliegenden Versuchsdurchführung nicht unerheblich. Es ist daher darauf zu achten, dass immer dieselben Mitarbeiter, die in der Handhabung der Laborschaumanlage eingewiesen sind, die Versuche durchführen. Für die Messungen wurde der produzierte Schaum direkt in einem kalibrierten Behälter mit einer vor dem Bitumenschaum geschützten integrierter Messeinrichtung produziert. Die Messung der Volumenänderung (ER) kann so sehr gut abgelesen werden. Die Ermittlung der Halbwertszeit (HL) erfolgt durch Messung mit einer Stoppuhr. 2.2 Verteilungsmodell für den Bitumenschaum Es wurde jeweils eine Bitumenprobe mit den vorab bestimmten Einstellungsparametern in der Laboranlage mit jeweils einer Menge von 500 g hergestellt. Die kontinuierliche Messung von ER und die zugehörige Expansionszeit ist zwingend notwendig. Um die Schaumparameter ER und HL rechnerisch zu bestimmen, muss eine mathematische Beziehung zwischen diesen beiden Parametern gefunden werden. Auf der Grundlage der in der Literatur gefundenen und dort ausgearbeiteten mathematischen Beziehung des Bitumenschaums [7, 9] wurde eine angegebene Funktion ausgewählt. Da innerhalb der ersten 5 Sekunden ein gewisser Anteil an Blasen bereits wieder sehr schnell zusammenfällt, wurde die nachfolgende Funktion von den Verfassern durch eine Exploration dahingehend angepasst [7,9]. ER(t) = 1 + ERmax 1 + (t/ HL) C ER max = max(b(t)) a 372 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Herstellen von temperaturabgesenktem Asphalt unter Verwendung von Schaumbitumen - Bestimmende Einflussfaktoren auf die Schaumqualität Dabei steht: • ER(t) für das berechnete Ausdehnungsverhältnis in Abhängigkeit von der Zeit • a ist die Höhe von 500 g ungeschäumten Bitumens im kalibrierten Behälter (konstant) • b(t) ist der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Schaumbitumens und der Messeinrichtung (ändert sich in Abhängigkeit der Zeit) • HL ist die Halbwertzeit • t ist die Messzeit • c ist das Verhältnis, das die Schaumzerfallsrate definiert (Verhältnis zwischen der Änderung von HL in Abhängigkeit von der Zeit). • ERmax ist das Maximum des Ausdehnungsverhältnisses (ER). Mit der von Jenkins ff aus seiner Dissertation übernommenen Funktion besteht die Möglichkeit zu beschreiben, wie schnell sich das Volumen des aufgeschäumten Bitumens verändert. Auf Grundlage der durchgeführten Simulation und unter Berücksichtigung der Messungenauigkeiten konnte festgestellt werden, dass das Ausdehnungsverhältnis in Abhängigkeit von der Zeit, somit die Ausdehnung des Bitumenschaums und seine Stabilität sehr gut darstellt. Zur Verifizierung wurden die Versuche insgesamt dreimal durchgeführt. Es ist hierbei anzumerken, dass das Model nicht alle Verhaltensweisen des Bitumenschaums beschreibt, aber für die untersuchten Bitumen eine sehr hohe Korrelation mit den Versuchsergebnisse zeigt. In den Fällen, in denen der berechnete HL-Wert extrem niedrig lag, nämlich unter 1 s, hat der Schaumeffekt im Bitumen entweder nicht stattgefunden oder war nur schwer abzuschätzen. Ungewöhnlich ist, dass der niedrige Wert von HL entweder mit einer niedrigen Temperatur (110 °C) oder einem niedrigen Druck (100 kPa) zusammenhing. Unabhängig von einem niedrigen HL-Wert wurden alle Testergebnisse zur weiteren Analyse verwendet. Nur in wenigen Fällen lag der R 2 Parameter bei 0,6. In den meisten Fällen lag er bei deutlich > 0,7. Die Ergebnisse des Parameterabgleichs, der Mittelwert der Ergebnisse und die Funktion, die die Verteilung der Schaumparameter beschreibt, wurden gegenübergestellt. Zusätzliche Messungen wurden durchgeführt, um die Varianz der Wiederholbarkeit zu bestimmen, die zur Berechnung der Signifikanz der Parameter erforderlich ist. Die Ergebnisse der zugeordneten Modellparameter wurden verwendet, um einen vorläufigen Vergleich der Schaumverteilungsparameter für die Bitumenschaumabbaurate (Parameter c), ER dabei bestimmt durch die Schaumhöhe im Behälter (Parameter b), ebenso wie HL, durchzuführen. Ergebnisse für Bitumen 50/ 70 (a = 0,6 cm) Kombi b50/ 70 cm HL 50/ 70 s c50/ 70 RMSE cm R 2 100-110-1 1,82 34,11 2,79 0,51 0,96 100-145-5 3,40 56,44 1,66 1,50 0,94 100-180-2,5 3,53 0,001 0,12 0,95 0,65 400-110-5 2,80 16,36 1,31 0,63 0,94 400-145-2,5 11,97 16,56 1,64 1,62 0,94 400-145-2,5 (zusätzlich) 13,02 15,20 1,69 1,71 0,93 400-145-2,5 (zusätzlich) 11,33 16,33 1,58 1,74 0,94 400-180-1 1,17 126,7 1,21 1,09 0,81 700-110-2,5 36,1 0,31 0,79 1,61 0,95 700-145-1 35,8 1,35 0,97 1,49 0,99 700-180-5 5,99 7,41 3,35 1,02 0,83 Ergebnisse für Bitumen 50/ 70 + 2,5 % FT (a = 0,6 cm) Kombi b50/ 70 cm HL50/ 70 s c50/ 70 RMSE cm R 2 100-110-1 1,60 134,67 1,22 0,22 0,99 100-145-5 4,76 20,68 0,87 0,99 0,98 100-180-2,5 35,8 0,005 0,63 1,58 0,63 400-110-5 3,62 45,31 1,87 1,22 0,99 400-145-2,5 5,86 21,33 2,10 1,51 0,93 400-145-2,5 (zusätzlich) 5,68 22,76 2,88 1,68 0,94 400-145-2,5 (zusätzlich) 5,66 19,40 2,59 1,38 0,94 400-180-1 1,29 14,49 4,61 0,36 0,71 700-110-2,5 4,81 19,77 1,37 1,94 0,94 700-145-1 34,2 0,83 0,73 1,56 0,99 700-180-5 7,22 10,9 2,49 0,55 0,96 Beim Vergleich der Werte zeigt sich, dass das Bitumen 50/ 70 +2,5 M.-% FT Wachs einen geringfügig höheren ER-Wert und auch einen höheren HL-Wert aufweist. Die Schaumzerfallsrate (Parameter c) von Bitumen 50/ 70 ist dagegen wieder mit dem modifizierten Bitumen vergleichbar. Dabei ist festzustellen, dass die Werte des modifizierten Bitumens weniger stark streuen als die Werte des nichtmodifizierten Bitumens. Eine längere und nicht so steil abfallende HL sowie ein stabiler c-Wert, verlängern demnach die Zeit, in der der Bitumenschaum verwendet werdend kann. Bei einer längeren Halbwertszeit HL ist davon auszugehen, dass der Bitumenschaum aus dem mit FT-Wachs modifizierten Bitumen demnach besser für Niedertemperaturasphalte geeignet sein wird. Dies scheint wiederum mit den für eine bestimmte Zusammensetzung des Bitumens und den daraus resultie- 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 373 Herstellen von temperaturabgesenktem Asphalt unter Verwendung von Schaumbitumen - Bestimmende Einflussfaktoren auf die Schaumqualität renden rheologischen Eigenschaften des Bitumens zusammenzuhängen. Die ER-Variationen, unabhängig vom Bitumentyp, sind von allen unabhängigen Variablen, d. h. von Bitumentemperatur, dem Luftdruck und der Menge des eingedüsten Wassers, mehr oder weniger stark beeinflusst worden. Hinsichtlich des Parameters HL hatte der Luftdruck die geringste Auswirkung in den durchgeführten Versuchen. Die Analyse der Ergebnisse zeigt weiterhin, dass bei einem Wassergehalt von 2,5 M.-% die ER für beide Bitumensorten ähnlich war. Die höchsten ER-Parameter für Bitumen 50/ 70 wurden bei einer Temperatur von 140 °C und einem Druck von über 400 kPa erreicht. Der Temperaturanstieg reduzierte dabei die Viskosität des Bitumens, was wiederum begrenzend auf die Bildung von großen Blasen wirkte. Bei der entsprechenden Einstellung an der Laboranlage war die niedrige HL des Schaums umgekehrt proportional zu den Ergebnissen der ER. Im Fall des modifizierten Bitumens wurde das ER- Maximum bei einer Temperatur von etwa 145 °C und einem Druck von > 600 kPa erreicht. Die ER-Werte von Bitumen 50/ 70 waren jedoch im Allgemeinen niedriger. Was den HL- Parameter des modifizierten Bitumen 50/ 70 mit 2,5 M.-% FT-Wachs betrifft, so zerfiel der Bitumenschaum mit einem Anstieg des Bitumen- und Luftdrucks deutlich schneller. Diese Charakteristik des Zerfalls des Bitumenschaums ist vermutlich auf die niedrige Viskosität des durch die synthetische Wachsphase dispergierten Bitumens zurückzuführen. Infolgedessen trug die Abnahme der Bitumenkohäsion zum schnellen Zusammenfall des Bitumenschaums bei. Daraus wird wiederum deutlich, dass der Wassergehalt von 2,5 M.-% für die geprüften Bindemittelsorten nicht optimal ist. Der Aufschäumprozess verändert weiterhin die rheologischen Eigenschaften des Bitumens auf ganz unterschiedliche Weise. 2.3 Rheologischen Eigenschaften 2.4 Viskoelastische Eigenschaften Die viskoelastischen Eigenschaften des Bitumenschaums wurde durch Messung des komplexen Schermoduls G* und des Phasenverschiebungswinkels δ im Frequenzbereich von 0,01 bis 10 Hz und für Temperaturen von 40 °C und 60 °C bestimmt. Der Phasenverschiebungswinkel gilt als wesentlich empfindlicher Parameter gegenüber chemischen Veränderungen in der Bitumenzusammensetzung. Die ermittelten Ergebnisse für das Normbitumen 50/ 70 zeigen eine leichte Verschiebung der Ergebnisse für G* nach dem Aufschäumen, hin zu höheren Phasenwinkelwerten im Vergleich zum Ausgangsbitumen. Eine solche Veränderung der rheologischen Eigenschaften des Bitumens nach dem Aufschäumen deutet auf eine chemische Veränderung des Bitumens hin. Es ist davon auszugehen, dass durch das Aufschäumen eine Oxidation und damit eine künstliche Alterung, des Bitumens ausgelöst wird. Für das modifizierte Bitumen konnte weiterhin eine Verschiebung nach dem Schäumen hin zu kleineren Werten für den Phasenwinkel festgestellt werden. Es ist zu erkennen, dass im Kurvenbereich der hohen Temperaturen in einigen Fällen die geschäumten Bitumen eine niedrigeren Phasenwinkel im Vergleich zum Ausgangsbitumen aufwiesen. Es ist anzunehmen, dass dies auf das auskristallisierte FT-Wachs zurückzuführen ist, das wiederum das Molekulargewicht erhöht und dem Bitumen eine höhere Elastizität verleiht. Infolgedessen könnte die Modifizierung von Bitumen mit FT-Wachsen einen evtl. Verlust an Elastizität, der durch das Vorhandensein von Luft im Bitumen während des Schäumungsprozesses verursacht wird, wieder ausgleichen. Dadurch werden die rheologischen Eigenschaften des Bitumens gegenüber dem Ausgangsbitumen wesentlich verändert und müssen bestimmt werden, um eine Aussage hinsichtlich der zu erwartenden Alterung treffen zu können. Bei Betrachtung der Ergebnisse fällt weiterhin auf, dass der Anstieg von G*/ sin (δ) für das mit FT-Wachs modifizierte Bitumen nach dem Aufschäumen im Vergleich zu dem nicht modifizierten Bitumen 50/ 70 viel dynamischer verläuft. Fast alle Ergebnisse des modifizierten Bitumens sind höher als die des nicht geschäumten Ausgangsbitumens. Aus den Untersuchungsergebnissen geht hervor, dass das Normbitumen 50/ 70 höhere und damit bessere ER- Werte aufweist als das mit einem FT-Wachs modifizierte Bitumen 50/ 70. Bei dem modifizierten Bitumen ist der HL-Wert deutlich höher, was hier auf einen stabileren Schaum deutet. Trotz des niedrigeren ER-Werts war G*/ sin (δ) bei dem modifizierten 2,23-mal so hoch wie bei dem Normbitumen 50/ 70. Will man den ER-Wert des modifizierten Bitumens erhöhen, muss die Bitumentemperatur erhöht werden, bei gleichzeitiger Erhöhung des Drucks und der Wassermenge. Dies führt zum einen zu einer Erhöhung der Steifigkeit des Bitumens, gleichzeitig aber auch zu einer stärkeren Alterung des Bitumens und zu einer signifikanten Verringerung von HL. Durch eine Optimierung des Aufschäumprozesses kann die Alterung des geschäumten Bitumens sicherlich noch weiter begrenzt werden. 3. Auswertung der Ergebnisse Mit den durchgeführten Versuchen konnte belegt werden, dass die Zugabe von FT-Wachsen die HL-Werte positiv beeinflusst. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass sich Änderungen bei der Bitumentemperatur und des Luftdrucks direkt auf die Parameter G*/ sin (δ) auswirken. Dabei wurde ersichtlich, dass unabhängig von der Bitumensorte nach dem Aufschäumen ein Anstieg von G*/ sin (δ) gegenüber dem Ausgangsbitumen festzustellen ist. Ebenfalls wurden erhebliche Unterschiede bei der dynamischen Viskosität bei einer Prüftemperatur von 60 °C ermittelt. Dabei waren die Unterschiede des modifizierten Bitumens größer als die des nicht modifizierten Bitumens. Dies wird im Wesentlichen auf die auskristallisierten Wachse zurückgeführt. Ebenso wurden für die geschäumten Bindemittel niedrigere Phasenwinkel festgestellt. Die ermittelten Ergebnisse sind mit den Ergebnissen von künstlich gealterten Bindemitteln vergleichbar. 374 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Herstellen von temperaturabgesenktem Asphalt unter Verwendung von Schaumbitumen - Bestimmende Einflussfaktoren auf die Schaumqualität Literaturangaben [1] Kim, Y.R Modeling of Asphalt Concrete; ASCE Press: Reston, VA, USA; McGraw-Hill: New York, NY, USA, 2009 [2] Sificzyk, B; Mieczkowski, S. Mieszanki Mineralno-Asfaltowe: Wykonawstwo i Badania; WKŁ: Warschau, Polen, 2009 [3] Polenski, P; Ivanski, M. 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