Ziel der Forschungsarbeit war die Beantwortung der Fragestellung, welchen Einfluss die Zugabe von Asphaltgranulaten mit unterschiedlichen Granulatbindemitteln (polymermodifiziertes Bitumen oder Straßenbaubitumen) auf die mechanischen Eigenschaften eines verdichteten Asphaltbindermischguts 0/16 S mit PmB 45A ausübt. Dazu wurde Asphaltbindermischgut 0/16 S unter Variation von zwei PmB 45A-Produkten hergestellt. Gegenstand der weiteren systematischen Variationen waren die Asphaltgranulatqualität (PmB/Straßenbaubitumen), Zugabeanteile, Zugabetemperaturen und Nachmischzeiten. Insgesamt wurden 36 Asphaltbindervarianten mittels Doppelwellen-Zwangsmischer im labortechnischen Maßstab hergestellt. Aus den Gemischen wurden Marshall-Probekörper und walzsektor-verdichtete Asphaltprobeplatten hergestellt und die Asphalteigenschaften Verdichtungswiderstand mittels T-Wert, Haftverhalten mittels Spaltzugversuchen, Verformungsbeständigkeit anhand von Spurbildungs- und dynamischen Stempeleindringversuchen, Kälteeigenschaften mittels Zug- und Abkühlversuchen sowie die Ermüdungsbeständigkeit mit Zug-Schwellversuchen überprüft.

Zunächst war festzustellen, dass trotz praktisch gleicher Asphaltzusammensetzung (nach Extraktion) die Asphaltbindervarianten auf Grund der Herstellungsmodalitäten (zugegebenes PmB 45A-Produkt, Asphaltgranulatqualität, Zugabemenge, Zugabetemperatur und Nachmischzeit) zum Teil deutlich unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen.

Der Einfluss der PmB 45A-Produkte auf die Asphalteigenschaften Kälteflexibilität und Ermüdungsresistenz ist unabhängig der Asphaltgranulatzugabe oder Asphaltgranulatqualität nachweisbar. Das Verformungsverhalten sowie die Kälte- und Ermüdungseigenschaften werden bei einer größeren Zugabemenge (30 M.-% statt 15 M.-%) günstig beeinflusst. Als dominanter Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des resultierenden Asphaltmischguts wurde die Nachmischzeit identifiziert. Eine Verlängerung der Nachmischzeit hat die Verformungs-, Kälte- und Ermüdungseigenschaften günstig beeinflusst.

Insgesamt kann bei der Herstellung von Asphaltbindermischgut 0/16 S mit PmB 45A bis zu 30 M.-% Asphaltgranulat eingesetzt werden, auch wenn das Asphaltgranulat Straßenbaubitumen enthält. Unter der Voraussetzung, dass ausreichend lange nachgemischt wird und das frisch zugegebene PmB 45A-Produkt speziell für den vorgesehenen Einsatzzweck des Asphaltes ausgewählt wurde, werden die mechanischen Eigenschaften des resultierenden Asphaltbindermischguts 0/16 S nicht negativ beeinflusst.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1  Einleitung

Nach dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz sind Abfälle, die nicht vermieden werden können, zu verwerten. Dabei ist eine möglichst hochwertige Verwertung anzustreben.

Die Verwertung von Ausbaustoffen im Asphaltstraßenbau ist in den technischen Regelwerken „Technische Lieferbedingungen für Asphaltgranulat“, (TL AG-StB 06), Ausgabe 2006, sowie im „Merkblatt für die Verwertung von Asphaltgranulat“, (M VAG), Ausgabe 2000 [8], der FGSV beschrieben.

Eine möglichst hochwertige Wiederverwertungsstufe wird dabei erreicht, indem Asphaltgranulate in der gleichen Asphaltart wiederverwertet werden, aus der diese ursprünglich und möglichst sortenrein gewonnen wurden. In der Tabelle 1 sind die Verwertungsmöglichkeiten von unterschiedlichen Asphaltgranulaten dargestellt [8] und die höchstmöglich erreichbaren Wertschöpfungsstufen hervorgehoben.

Tabelle 1: Zugabemöglichkeiten von Asphaltgranulaten [8]

Die Verwendung von bis zu 30 M.-% Ausbauasphalt in Asphaltbinderschichten ist derzeit Stand der Technik, behindert wird die Verwendung von Ausbauasphalt in Asphaltbindermischgut 0/16 S für den Fall, dass PmB verwendet werden soll. Formal wäre diese Forderung nur dann erfüllt, wenn auch der zur Verwendung vorgesehene Ausbauasphalt PmB enthält.

Wenn Ausbauasphalt aus einer Halde verwendet werden soll bleibt unsicher, ob das Asphaltgranulat überhaupt PmB oder nur Straßenbaubitumen enthält. Dabei sind die Auswirkungen der Bindemittelart aus dem Asphaltgranulat (Straßenbaubitumen oder PmB) auf die Gebrauchseigenschaften der Asphaltbinderschicht unbekannt. Es ist nicht auszuschließen, dass wegen eines möglichen Doppelumhüllungseffektes durch das „frische“ PmB dieses gegenüber dem „alten“ Bindemittel im Asphalt dominiert. Dieser Effekt wurde bereits in [2] bei der Zugabe von weichen Bindemitteln zu Varianten mit hartem Ausbauasphalt festgestellt. Es ist daher möglich, dass auf diese Weise kein qualitätsmindernder Einfluss auf die Asphalteigenschaften durch die Verwendung von Asphaltgranulat mit Straßenbaubitumen stattfindet. Ziel der Forschungsarbeit [1] war es festzustellen, ob und unter welchen Voraussetzungen die Wiederverwertung von Asphaltgranulaten mit Straßenbaubitumen in Asphaltbindermischgut 0/16 S (mit PmB) möglich ist, ohne die mechanischen Eigenschaften der Asphaltbinderschicht ungünstig zu beeinflussen.

2    Untersuchungsmethodik

2.1 Art und Umfang der Untersuchungsvariation

Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurde Asphaltbindermischgut 0/16 S mit PmB 45A und zwei unterschiedlichen Asphaltgranulatqualitäten (Asphaltgranulat mit Straßenbaubitumen und Asphaltgranulat mit PmB) unter Variation der Herstellmodalitäten untersucht. Ausgehend von Null-Varianten ohne Asphaltgranulatzugabe (Referenzvarianten mit zwei PmB 45A-Produkten und der Variation der Nachmischzeit) wurden folgende Variationen vorgenommen:

• PmB 45A-Produkt (zwei PmB 45A-Produkte unterschiedlicher Hersteller)
• Asphaltgranulatqualität (mit Straßenbaubitumen/mit PmB)
• Zugabemenge des Asphaltgranulates (15 -% und 30 M.-%)
• Zugabetemperatur des Asphaltgranulates (20 °C: Simulation der Kaltzugabe/100 °C: Simulation der Warmzugabe)
• Nachmischzeit (30/180 Sekunden im Labormischer).

Im Rahmen von Voruntersuchungen wurden dazu zwei PmB 45A-Produkte aus fünf Produkten unterschiedlicher Hersteller ausgewählt. Das Ziel der Auswahl war dabei, dass diese beiden Produkte möglichst das Gesamtspektrum der Eigenschaften der marktgängigen PmB 45A abdecken sollten. Die Auswahl erfolgte anhand der Bitumeneigenschaften Erweichungspunkt Ring und Kugel, Nadelpenetration, Brechpunkt nach Fraaß, elastische Rückstellung und Kraftduktilität sowie der dynamischen Scherrheometeranalytik im Originalzustand der PmB 45A und nach Abmischungen mit Straßenbaubitumen 30/45 in den Stufen 20, 40, 60 und 80 M.-%.

Die eingesetzten Asphaltgranulate wurden gezielt aus Deckschichten aus Splittmastixasphalt 0/8 gefräst, um mögliche Einflüsse aus unterschiedlichen Asphaltarten und Größtkorndurchmessern auszuschließen.

2.2 Herstellung der Asphaltbindervarianten

Die Rezeptur des herzustellenden Asphaltbinders 0/16 S wurde mittels Eignungsprüfung unter Verwendung von PmB 45A ohne Asphaltgranulatzugabe optimiert. Für die Asphaltbindervarianten mit Asphaltgranulatzugabe wurde die Dosierung der frischen Baustoffe dahingehend verändert, eine mit den Null-Varianten (ohne Asphaltgranulat) identische Korngrößenverteilung sowie einen identischen Bindemittelgehalt zu erreichen.

Die Herstellung der Asphaltbindervarianten erfolgte mit einem Doppelwellen-Zwangsmischer im labortechnischen Maßstab, um die Mischkinematik bei der Einmischung des Asphaltgranulates möglichst praxisgerecht zu simulieren. Die frischen Gesteine – mit Ausnahme des Füllers – wurden auf eine festgelegte Temperatur vortemperiert, die in Abhängigkeit der Zugabemenge und der Zugabetemperatur des Asphaltgranulates dahingehend ausgewählt wurde, eine immer gleiche resultierende Mischguttemperatur beim Mischvorgang zu gewährleisten. Das Asphaltgranulat wurde zur Simulation der Kaltzugabe mit einer Temperatur von 20 °C und zur Simulation der Warmzugabe mit einer Temperatur von 100 °C vortemperiert.

Aus dem hergestellten Asphaltmischgut wurden Probekörper mit dem Marshall-Verdichtungsgerät sowie walzsektor-verdichtete Asphaltprobeplatten gemäß ALP-A, Teil 11 [3] hergestellt.

2.3 Prüfungen zur Ansprache der mechanischen Eigenschaften

An den hergestellten Probekörpern wurden folgende Versuche zur Ansprache der wichtigsten mechanischen Asphalteigenschaften durchgeführt:

• Bestimmung des Verdichtungswiderstandes T (Verdichtungseigenschaften)
• Bestimmung des indirekten Zugfestigkeitsverhältnisses mittels Spaltzugversuch an unterschiedlich gelagerten Marshall-Probekörpern (Haftverhalten)
• Spurbildungsversuche und dynamische Stempeleindringversuche (Verformungsverhalten)
• Einaxiale Zug- und Abkühlversuche (Kälteflexibilität)
• Einaxiale Zug-Schwellversuche (Ermüdungseigenschaften).

Zur Bestimmung des Verdichtungswiderstandes T wurden während der Herstellung der mit 100 Schlägen je Probekörperseite verdichteten Marshall-Probekörper die Probekörperdicken messtechnisch aufgenommen und der T-Wert [21 Nm] berechnet.

Das Haftverhalten wurde mit dem Verhältnis der indirekten Zugfestigkeiten gemäß DIN EN 12697-12 überprüft. Dazu wurde eine Teilgruppe der mit 25 Verdichtungsschlägen je Probekörperseite hergestellten Marshall-Probekörper einer Wasserbeanspruchung unterzogen und anschließend die nass sowie die trocken gelagerten Teilgruppen mittels Spaltzugversuch bei einer Temperatur von 25 °C geprüft (Zwischenzeitlich wurde die in der DIN EN 12697-12 empfohlene Prüftemperatur von 25 °C durch 15 °C ersetzt).

Die Verformungseigenschaften wurden mittels Spurbildungsversuchen gemäß TP A-StB, Teil: Spurbildungsversuch – Bestimmung der Spurrinnentiefe im Wasserbad [4] und mit dynamischen Stempeleindringversuchen gemäß [5] geprüft. Für die Durchführung der dynamischen Stempeleindringversuche wurden aus walzsektor-verdichteten Asphaltprobeplatten Bohrkerne mit dem Durchmesser 200 mm entnommen und diese mittels sinusförmigem Lastimpuls von 0,2 Sekunden Dauer mit 0,8 MPa sowie einer anschließenden Lastpause von 1,5 Sekunden mit 0,02 MPa belastet. Als Ergebnis wurde die dynamische Stempeleindringtiefe in [mm] nach 10.000 Lastwechseln angegeben.

Zur Beurteilung der Kälteeigenschaften wurden einaxiale Zug- sowie Abkühlversuche gemäß TP A-StB [6] durchgeführt. Die Zugfestigkeit wurde bei konstanter Prüftemperatur in den Stufen +20, +5, -10 und -25 °C an prismatischen Probenkörpern geprüft. Bei den Abkühlversuchen wurden die prismatischen Probekörper mit einer Temperaturrate von -10 K/h bis zum Bruch abgekühlt und die kryogenen Spannungen gemessen. Die Differenz zwischen dem Verlauf der Zugfestigkeit und der kryogenen Zugspannung wird als Zugfestigkeitsreserve bezeichnet und stellt die temperaturabhängige Spannungsreserve dar, die zur Aufnahme von verkehrslastbedingten Zugspannungen im Asphalt zur Verfügung steht. Für die Beurteilung der Kälteflexibilität werden die Temperatur beim Bruch der Probe im Abkühlversuch, die maximale Zugfestigkeitsreserve sowie diejenige Temperatur, an der sich das Maximum der Zugfestigkeitsreserve ausbildet, ausgewertet.

Zur Ansprache der Ermüdungseigenschaften wurden lastgeregelte Zug-Schwellversuche an prismatischen Probekörpern bei einer Temperatur von 0 °C gemäß [7] durchgeführt. Als Prüfspannung wurde eine sinusförmige Zug-Schwellspannung aufgebracht, die zwischen der Unterspannung – der kryogenen Zugspannung der jeweiligen Asphaltbindervariante bei 0 °C – und der Oberspannung – der kryogenen Zugspannung zuzüglich der verkehrslastbedingten Zugspannung – mit einer Frequenz von 10 Hz oszilliert. Als Ergebnis der lastgeregelten Zug-Schwellversuche wurde die Anzahl der Lastwechsel beim Bruch des Probekörpers angegeben.

3  Untersuchungsergebnisse

3.1 Ergebnisse der Prüfungen an den PmB 45A-Produkten

Anhand der Ergebnisse der Bindemittelprüfungen wurden zum Teil deutliche Unterschiede zwischen den untersuchten PmB 45A-Produkten festgestellt. Beispielhaft sind im Bild 1 die Ergebnisse des Erweichungspunktes Ring und Kugel und im Bild 2 der elastischen Rückstellung der PmB-Produkte im Frischzustand sowie der Bindemittelabmischungen (PmB 45A mit Straßenbaubitumen 30/45) dargestellt.

Beim Kennwert Erweichungspunkt Ring und Kugel ist festzustellen, dass auch die Bindemittelabmischungen der Sortenspanne für PmB 45A gemäß TL PmB, Ausgabe 2001, entsprechen. Zwei der fünf Bindemittelprodukte liegen im unverschnittenen Zustand im Bereich der oberen Grenze, die drei anderen Produkte im mittleren Bereich der Sortenspanne.

Der Kennwert der elastischen Rückstellung ist bei drei Produkten auffällig. Bereits ein Abmischungsverhältnis von 20 M.-% PmB 45A und 80 M.-% Straßenbaubitumen 30/45 reicht bei diesen Produkten aus, um den Grenzwert der elastischen Rückstellung gemäß TL PmB von 50 % zu erreichen.

Für die Herstellung der Asphaltbindervarianten wurden die Produkte PmB 45A (1) und PmB 45A (5) ausgewählt. Von diesen Produkten konnte erwartet werden, dass die unterschiedlichen Bitumeneigenschaften auch zu Unterschieden in den damit hergestellten Asphaltvarianten führen werden. Gleichzeitig deckten diese beiden Produkte den Bereich der marktgängigen PmB 45A hinsichtlich der geprüften Eigenschaften praktisch ab.

Bild 1: Erweichungspunkt Ring und Kugel der Bindemittelabmischungen

Bild 2: Elastische Rückstellung der Bindemittelabmischungen

3.3 Ergebnisse der Asphaltanalysen

Zur Gewährleistung einer vergleichbaren Mischgutzusammensetzung der hergestellten Asphaltbindervarianten wurde jede Einzelmischung analysiert. Mittels statistischer Auswerteverfahren wurden die Ergebnisse auf Ausreißer untersucht und die Datenkollektive der Varianten Asphaltgranulat mit PmB und Asphaltgranulat mit Straßenbaubitumen verglichen.

Danach konnte festgestellt werden, dass die Zusammensetzung der Asphaltbindervarianten aus allen Herstellvariationen mit Ausnahme eines einzelnen Kennwertes der gleichen Grundgesamtheit entstammen. Diese Ausnahme bildet der Kennwert Erweichungspunkt Ring und Kugel des zurückgewonnenen Bindemittels.

Das Datenkollektiv Asphaltgranulat mit Straßenbaubitumen weist im Vergleich zum Datenkollektiv Asphaltgranulat mit PmB einen um i. M. 2,5 K signifikant geringeren Erweichungspunkt des zurückgewonnenen Bindemittelgemisches auf. Dies ist plausibel, da das eingesetzte Asphaltgranulat mit Straßenbaubitumen einen um 7,3 K geringeren Erweichungspunkt besitzt, als das Asphaltgranulat mit PmB und gleichzeitig keine Anpassung der Viskosität durch das frisch zugegebene Bindemittel erfolgte (ausschließlich Zugabe von PmB 45A).

Die Bilder 3, 4, 5 und 6 zeigen die geprüften Kennwerte Erweichungspunkt Ring und Kugel und elastische Rückstellung der aus den Asphaltbindervarianten zurückgewonnenen Bindemittelmischungen.

Bild 3: Erweichungspunkt Ring und Kugel des zurückgewonnenen Bindemittels (15 M.-% Asphaltgranulat)

Bild 4: Erweichungspunkt Ring und Kugel des zurückgewonnenen Bindemittels (30 M.-% Asphaltgranulat)

Bild 5: Elastische Rückstellung des zurückgewonnenen Bindemittels (15 M.-% Asphaltgranulat)

Bild 6: Elastische Rückstellung des zurückgewonnenen Bindemittels (30 M.-% Asphaltgranulat)

3.3 Verdichtungseigenschaften

In den Bildern 7 und 8 sind die Verdichtungswiderstände T [21 Nm] in Abhängigkeit der Herstellungsvariationen zusammengestellt.

Die Nachmischzeit wirkt sich auf den Verdichtungswiderstand T bei der Verwendung des Asphaltgranulates mit PmB dahingehend aus, dass das Asphaltbindermischgut bei der längeren Nachmischzeit tendenziell etwas schwerer verdichtbar wird. Weitere eindeutige Einflüsse lassen sich nicht feststellen.

Bild 7: Verdichtungswiderstand T [21 Nm] ABi 0/16S mit 15 M.-% Asphaltgranulat

Bild 8: Verdichtungswiderstand T [21 Nm] ABi 0/16S mit 30 M.-% Asphaltgranulat

3.4 Haftverhalten

Für die Durchführung der Spaltzugversuche wurde die in DIN EN 12697-12 empfohlene Prüftemperatur von 25 °C zur Erfahrungssammlung verwendet. Im Laufe der Bearbeitung der Forschungsarbeit wurde diese Prüftemperatur in der aktuellen Fassung der DIN EN 12697-12 revidiert.

Die Ergebnisse der Verhältnisse der indirekten Zugfestigkeiten zur Ansprache des Haftverhaltens sind in den Bildern 9 und 10 dargestellt. Anhand der Ergebnisse können lediglich Wechselwirkungen mehrerer Einflussfaktoren festgestellt werden. Ein im Vergleich zur Null-Variante signifikant ungünstiges Verhältnis der indirekten Zugfestigkeit und damit des Haftverhaltens wurde auf Grund der hohen Prüfstreuung der Einzelwerte nicht festgestellt.

Bild 9: Verhältnis der indrekten Zugfestigkeiten [%] ABi 0/16S mit 15 M.-% Asphaltgranulat

Bild 10: Verhältnis der indirekten Zugfestigkeiten [%] ABi 0/16S mit 30 M.-% Asphaltgranulat

3.5 Verformungseigenschaften

3.5.1 Spurbildungsversuch

Der Spurbildungsversuch wurde gemäß TP A-StB [4] mittels Stahlrad im Wasserbad bei einer Temperatur von 50 °C durchgeführt. In den Bildern 11 und 12 sind die Ergebnisse der Spurrinnentiefe in [mm] nach 20.000 Überrollungen dargestellt. Die Unterschiede in den Spurrinnentiefen sind bei den geprüften Varianten nur gering, so dass die Einflüsse lediglich als Tendenz zu erkennen sind.

Längere Nachmischzeiten führen zu tendenziell geringeren Spurrinnentiefen und damit zu verformungsresistenterem Asphalt. Die größere Zugabemenge von 30 M.-% Asphaltgranulat führt in vielen Fällen ebenfalls zu etwas verformungsresistenterem Mischgut. Der Einsatz der unterschiedlichen Asphaltgranulatqualitäten zeigt hinsichtlich der Spurrinnentiefe keinen signifikanten Einfluss.

Bild 11: Spurrinnentiefe [mm]; ABi 0/16S mit 15 M.-% Asphaltgranulat

Bild 12: Spurrinnentiefe [mm]; ABi 0/16S mit 30 M.-% Asphaltgranulat

3.5.2 Dynamischer Stempeleindringversuch

Die Ergebnisse der dynamischen Stempeleindringversuche, die dynamische Stempeleindringtiefe in [mm] nach 10 000 Lastwechseln, sind in den Bildern 13 und 14 zusammengestellt.

Dabei zeigen die Asphaltbindervarianten beim Einsatz des Asphaltgranulates mit Straßenbaubitumen etwas höhere Stempeleindringtiefen und damit ein etwas ungünstigeres Verformungsverhalten als die Varianten, die mit dem PmB-haltigen Asphaltgranulat hergestellt wurden. Die längere Nachmischzeit beeinflusst dabei das Verformungsverhalten in vielen Fällen günstig. Zusätzlich zeigt die Zugabe von 30 M.-% Asphaltgranulat gegenüber der Zugabemenge von 15 M.-%. in vielen Fällen tendenzielle Vorteile in der Verformungsresistenz.

Von den 16 mit straßenbaubitumenhaltigem Asphaltgranulat hergestellten Asphaltbindervarianten sind mittels statistischen Auswerteverfahren 4 Varianten als signifikant ungünstiger und damit verformungsanfälliger erkannt worden als die ungünstigste Null-Variante.

Bild 13: Dynamische Stempeleindringtiefe [mm]; ABi 0/16S mit 15 M.-% Asphaltgranulat

Bild 14: Dynamische Stempeleindringtiefe [mm]; ABi 0/16S mit 30 M.-% Asphaltgranulat

3.6 Kälteeigenschaften

Für die Beurteilung der Kälteeigenschaften der Asphaltbindervarianten werden die Bruchtemperaturen der Abkühlversuche sowie die maximale Zugfestigkeitsreserve ausgewertet. Grundsätzlich können einem Asphalt günstige Kälteeigenschaften zugesprochen werden, wenn

• für die Bruchtemperatur beim Abkühlversuch tiefe Temperaturen und
• für die maximale Zugfestigkeitsreserve hohe Spannungen ermittelt werden.

Bild 15: Bruchtemperatur beim Abkühlversuch [°C]; ABi 0/16S mit 15 M.-% Asphaltgranulat

Bild 16: Bruchtemperatur beim Abkühlversuch [°C]; ABi 0/16S mit 30 M.-% Asphaltgranulat

In den Bildern 15 und 16 ist die Bruchtemperatur als Ergebnis der Abkühlversuche dargestellt. Den deutlichsten Einfluss auf dieses Ergebnis besitzt das frisch zugegebene PmB 45A-Produkt. Dieser Einfluss zeigt sich bereits bei den Null-Varianten und überdeckt bei den Asphaltvarianten mit Asphaltgranulat praktisch alle anderen Einflussfaktoren, insbesondere auch den der unterschiedlichen Asphaltgranulatqualität.

Die Bilder 17 und 18 zeigen die maximale Zugfestigkeitsreserve. Den deutlichsten Einfluss auf dieses Prüfergebnis zeigt die Nachmischzeit. Lange Nachmischzeiten bewirken eine deutlich höhere Zugfestigkeitsreserve und damit günstigere Kälteeigenschaften. Zusätzlich zeigt sich, dass die Zugabe von 30 M.-% statt 15 M.-% Asphaltgranulat in den meisten Fällen ebenfalls einen günstigen Einfluss auf die Zugfestigkeitsreserve ausübt.

Bild 17: Maximale Zugfestigkeitsreserve [N/mm²]; ABi 0/16S mit 15 M.-% Asphaltgranulat

Bild 18: Maximale Zugfestigkeitsreserve [N/mm²]; ABi 0/16S mit 30 M.-% Asphaltgranulat

Zusammenfassend kann zur Beurteilung des Kälteverhaltens festgehalten werden, dass eine längere Nachmischzeit einen besonders günstigen Einfluss ausübt. Die Eigenschaften des aus dem Asphaltgranulat stammenden Bindemittels (Straßenbaubitumen/PmB) werden größtenteils von den Eigenschaften des frisch zugegebenen PmB-Produktes überdeckt und zeigen einen nur untergeordneten Einfluss auf das Kälteverhalten des Asphaltbinders.

Hinsichtlich der Kälteeigenschaften wurden mit statistischen Auswerteverfahren insgesamt 13 der 32 Varianten mit Asphaltgranulatzugabe als signifikant ungünstiger gegenüber der ungünstigsten Null-Variante eingestuft. Von den 13 als ungünstig erkannten Asphaltbindervarianten wurden 11 mit der kurzen Nachmischzeit hergestellt.

3.7 Ermüdungseigenschaften

Die Ergebnisse der einaxialen Zug-Schwellversuche – die Lastwechselzahl beim Bruch der Probe – sind in den Bildern 19 und 20 dargestellt. Es ist festzustellen, dass die längere Nachmischzeit auch die Ermüdungsresistenz deutlich günstiger beeinflusst. Einige Asphaltbindervarianten zeigen im Vergleich zu den Null-Varianten im Mittel geringere Bruchlastwechselzahlen und damit ein ungünstigeres Ermüdungsverhalten. Größtenteils sind dies Varianten, die mit der kurzen Nachmischzeit hergestellt wurden. Die Asphaltbindervarianten mit der langen Nachmischzeit erreichen – mit zwei Ausnahmen – mindestens die Ermüdungsresistenz der ungünstigsten Null-Variante.

Bild 19: Bruchlastwechselzahl; ABi 0/16S mit 15 M.-% Asphaltgranulat

Bild 20: Bruchlastwechselzahl; ABi 0/16S mit 30 M.-% Asphaltgranulat

4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Der Einsatz von straßenbaubitumenhaltigen Asphaltgranulaten war bisher streng genommen nicht möglich, wenn für das herzustellende Asphaltbindermischgut PmB 45 als Bindemittel gefordert wurde. Um die Einflüsse aus der Zugabe von straßenbaubitumenhaltigen Asphaltgranulaten im Vergleich zu PmB-haltigen Asphaltgranulaten zu beschreiben, wurden Asphaltbindervarianten 0/16 S mit zwei ausgewählten PmB 45A-Produkten und unter Verwendung von zwei gezielt aus SMA 0/8 S Deckschichten gewonnen Asphaltgranulatqualitäten (mit Straßenbaubitumen/mit PmB) hergestellt. Zusätzlich wurden die Zugabemenge (15 M.-%/30 M.-%), die Nachmischzeit (30/180 Sekunden) und die Zugabetemperatur (20 °C kalt/100 °C warm) systematisch variiert.

An den Asphaltbindervarianten wurde die Mischgutzusammensetzung festgestellt sowie die Verdichtungseigenschaften, das Haftverhalten, die Verformungseigenschaften, die Kälteeigenschaften und die Ermüdungseigenschaften überprüft.

Anhand der Prüfergebnisse in Verbindung mit den eingesetzten mathematisch-statistischen Auswerteverfahren (Varianzanalysen sowie einfache und multiple Mittelwertvergleiche) wurde für den hergestellten Asphaltbinder 0/16 S festgestellt, dass

• anhand der Untersuchungen am zurückgewonnenen Bindemittelgemisch weder auf die mechanischen Eigenschaften des Asphaltes geschlossen werden kann, noch das „Verschneiden“ des frischen PmB 45A mit dem gealterten Straßenbaubitumen aus dem Asphaltgranulat nachweisbar ist,
• die Zugabetemperatur einen nur untergeordneten Einfluss ausübt,
• die höhere Zugabemenge von 30 M.-% Asphaltgranulat sich im Vergleich zu der Zugabemenge von 15 M.-% in vielen Fällen günstig auf die Verformungs-, Kälte- und Ermüdungseigenschaften auswirkt, (Vermutlich ist dies auf den Doppelumhüllungseffekt zurückzuführen, der bei einer größeren Zugabemenge verstärkt auftritt.)
• lange Nachmischzeiten sich besonders günstig auf die Verformungs-, Kälte- sowie Ermüdungseigenschaften auswirken. Insbesondere zeigt sich dies an Asphaltbindervarianten, deren Eigenschaften mit einer kurzen Nachmischzeit das Niveau der Referenzvarianten nicht erreichen, wohl aber mit der längeren Nachmischzeit,
• das frisch zugegebene PmB 45A-Produkt einen erheblichen Einfluss auf die Kälte- und Ermüdungseigenschaften ausübt, der bereits bei den Null-Varianten (ohne Asphaltgranulatzugabe) deutlich zu erkennen ist,
• der Einsatz von Asphaltgranulat mit Straßenbaubitumen praktisch nur die dynamische Stempeleindringtiefe ungünstig beeinflusst – insbesondere bei der kurzen Nachmischzeit.

In der Tabelle 2 ist eine einfache Übersicht der Einflüsse aus den Herstellungsvariationen auf die Asphalteigenschaften zusammengestellt.

Tabelle 2: Zusammenstellung der Einflüsse

Von den 32 hergestellten Asphaltbindervarianten haben 13 Varianten in einzelnen oder mehreren Eigenschaften signifikant ungünstigere Ergebnisse erzielt als die Null-Varianten. Von diesen 13 Asphaltbindervarianten sind 11 Varianten mit der kurzen Nachmischzeit hergestellt worden.

Die Nachmischzeit ist damit im Rahmen dieser Untersuchungen als wichtigster Einflussfaktor identifiziert worden, insbesondere auch, weil sich die Nachmischzeit unabhängig der Qualität der vorgesehenen Baustoffe praktisch immer anpassen lässt. Bei der Asphaltherstellung sind bei der Verwendung von Asphaltgranulaten längere Nachmischzeiten zu empfehlen, da diese einige Asphalteigenschaften günstig beeinflussen. Dabei gelten die im Rahmen dieses Forschungsprojektes eingesetzten Nachmischzeiten (30/180 Sekunden) ausschließlich für den verwendeten Doppelwellen-Zwangsmischer im Labormaßstab und kann nicht ohne Weiteres für großtechnische Mischanlagen übernommen werden.

Zusätzlich muss empfohlen werden, das speziell im Rahmen der Eignungsprüfung auf das Asphaltgranulat und den Verwendungszweck des Asphaltbindermischguts ausgewählte PmB 45A-Produkt auch bei der großtechnischen Asphaltherstellung einzusetzen, da ein Wechsel des PmB-Produktes einige Asphalteigenschaften beeinflussen kann.

Unter Beachtung dieser Empfehlungen ist es möglich, Asphaltgranulate auch mit Straßenbaubitumen in Asphaltbindermischgut wiederzuverwerten, wenn dies mit PmB 45A herzustellen ist, ohne die mechanischen Eigenschaften des resultierenden Asphaltgemisches ungünstig zu beeinflussen.

Literaturverzeichnis

1. Renken, P.; Lobach, T.: Einfluss der Zugabe von Ausbauasphalten in Asphaltbindermischgut mit PmB 45, Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Heft 954, 2007
2. Renken, P.; Lobach T.: Wirksamkeit der Zugabe von Asphaltgranulat auf die mechanischen Eigenschaften von Asphaltdeckschichten, Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Heft 908, 2005
3. Arbeitsanleitungen zur Prüfung von Asphalt (ALP A-StB), Teil 11: Herstellung von Asphaltprobeplatten im Laboratorium mit dem Walzsektor-Verdichtungsgerät (WSV), Ausgabe 2003 (FGSV 787/11)
4. Technische Prüfvorschriften für Asphalt im Straßenbau TP A-StB, Teil: Spurbildungsversuch, Spurrinnentiefe im Wasserbad, Ausgabe 1997 (FGSV 756/2)
5. Leutner, R. et. al.: Der dynamische Stempeleindringversuch – Beurteilung der Verformungseigenschaften von Asphalt, asphalt Heft 5/2003, S. 17–22
6. Technische Prüfvorschrift – Verhalten von Asphalten bei tiefen Temperaturen, Ausgabe 1994, (FGSV 756)
7. Technische Prüfvorschrift – Beständigkeit von Asphalt gegen Ermüdung bei mittleren und tiefen Temperaturen – Zugschwellversuch, Entwurfsfassung, Februar 2003
8. Merkblatt für die Verwertung von Asphaltgranulat (M VAG), Ausgabe 2000 (FGSV 754)