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Bitumen und BitumenmodifikationenDr.-Ing. Tobias HagnerTOTAL Bitumen Deutschland GmbH
ROHÖLVERARBEITUNG
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 2
BITUMENPRODUKTION
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 3
� Destillationsrückstand� atmosphärische Destillation� Vakuumdestillation ca. 70 mbar� Temperatur ca. 360 °C
Rohölverarbeitung� ~ 100.000.000 t/a in D
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Arb
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der
Bitu
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BITUMENAUSBEUTE
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 4
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V)
BITUMENARTEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 5
TBD Brunsbüttel� Straßenbaubitumen� Polymermodifizierte Bitumen� Oxidationsbitumen� Hartbitumen� Harte Straßenbaubitumen� EmulsionsbitumenTRM Leuna� StraßenbaubitumenMBW Webau� Polymermodifizierte Bitumen� Oxidationsbitumen
BITUMENABSATZ2014
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 6
� gesamt: 2.162.065 t Straßenbau: 1.627.311 t (75,3 %)
� Bitumenbedarf abnehmend
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
gesamt
Straßenbau
BITUMENARTEN/SORTEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 7
� zunehmend weichere Straßenbaubitumen (Recycling)� anteilig mehr Polymermodifizierte Bitumen
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
PmB 160/220 70/100 50/70 30/45
2010
2011
2012
2013
2014
POLYMERMODIFIZIERTE BITUMENSORTEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 8
� Anteil der Bindemittelsorten gleichbleibend� zunehmend höher- und mehrfachmodifizierte Bindemittel
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
10/40-65 A 25/55-55 A 45/80-50 A 40/100-65 A
2012
2013
2014
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
25/55-55 A 25/55-55 A RC
25/55-55 A ECO
25/55-55 A TR
2012
2013
2014
BITUMENEIGENSCHAFTEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 9
Que
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STOFFEIGENSCHAFTEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 10
Bitumen reagiert auf äußere Beanspruchungen temperatur- und zeitabhängig
visko-elastisch� bei geringen Temperaturen
elastisch (spröde); Gefahr von Kälterissen
� bei hohen Temperaturenviskos (plastisch); Gefahr von Verformungen
Bindemittelwahl� so weich wie möglich
(Beanspruchung durch Klima),� aber so hart wie nötig
(Beanspruchung durch Verkehr)
BITUMENKENNWERTE
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 11
BrechpunktBrechpunkt NadelpenetrationNadelpenetration ErweichungspunktErweichungspunkt
Temperatur
Penetrationsindex
Plastizitätsspanne
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ERWEICHUNGSPUNKT RING UND KUGEL
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1
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100
1000
10000
100000
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Vis
kosi
tät [
Pa
s]
Temperatur [°C]
Straßenbaubitumen
Erw
eich
ungs
punk
t R&
K
ERWEICHUNGSPUNKT RING UND KUGEL
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1
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100
1000
10000
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30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Vis
kosi
tät [
Pa
s]
Temperatur [°C]
Straßenbaubitumen
wachsmodifiziertes Bitumen
Erw
eich
ungs
punk
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KE
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1
10
100
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20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Nad
elpe
netr
atio
n @
25
°C [
dmm
]
Erweichungspunkt Ring und Kugel [°C]
Straßenbaubitumen T1
BTDC (BITUMEN TEST DATA CHART) HEUKELOM
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Nad
elpe
netr
atio
n @
25
°C [
dmm
]
Erweichungspunkt Ring und Kugel [°C]
Straßenbaubitumen T1
Penetrationsindex
BTDC (BITUMEN TEST DATA CHART) HEUKELOM
Que
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elpe
netr
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n @
25
°C [
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]
Erweichungspunkt Ring und Kugel [°C]
Straßenbaubitumen T1
abhängig von:- Rohölprovenienz
BTDC (BITUMEN TEST DATA CHART) HEUKELOM
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°C [
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Erweichungspunkt Ring und Kugel [°C]
Straßenbaubitumen T1
abhängig von:- Rohölprovenienz- Produktionsanlagen
BTDC (BITUMEN TEST DATA CHART) HEUKELOM
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BITUMENMODIFIKATION
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 18
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 19
Polymermodifizierung
spez. Straßenbaubitumen+ Styrol-Butadien-Polymer
= physikalisches Gemisch aus Bitumen undPolymer
+ Vernetzungsmittel
= chemisch vernetztes polymermodifiziertesBitumen (STYRELF-Verfahren)
HERSTELLUNG VON POLYMERMODIFIZIERTENBITUMEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 20
PolymerPolymer
WIRKUNGSWEISE VON ADDITIVEN
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°C [
dmm
]
Erweichungspunkt Ring und Kugel [°C]
Straßenbaubitumen T1
PmB-Anlage
PmB
abhängig von:- Basisbitumen- Polymeranteil- Polymerart /-sorte
BTDC (BITUMEN TEST DATA CHART) HEUKELOM
Que
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BIT
)
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 22
POLYMERMODIFIKATION
� Einfluss unterschiedlicher Polymere
� bei überhöhtem PolymergehaltPhasenumkehr
Que
lle:
Zen
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Die
Asp
halts
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se1/
85
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 23
MODIFIKATIONSEFFEKTE
� erweiterte Plastizitätsspanne
� verbesserte Elastizität
� größere Kohäsion
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Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 24
MODIFIKATIONSEFFEKTE
� Erweichungspunkt deutlich höher� Nadelpenetration unverändert
� Brechpunkt geringer� Elastische Rückstellung größer
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 25
VISKOSITÄTSVERÄNDERTE BINDEMITTEL
Eigenschaft / Additiv Fettsäureamide Fischer-Tropsch-Wachse
Montanwachse
Schmelzpunkt [°C] 140-145 114-120 80-150
Erstarrungspunkt [°C] 135-142 98-105 75-145
Hystereseeffekte
Bindemitteleigenschaften
� höherer Erweichungspunkt
� geringfügig kleinere Nadelpenetration
� geringere Elastische Rückstellung
Que
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ind
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BIT
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Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 26
PolymerPolymer
WIRKUNGSWEISE VON ADDITIVEN
BITUMENPRODUKTE
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Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 28
BITUMEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 29
MULTIMODIFIKATIONEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 30
PolymerPolymerRC, ECORC, ECO
HaftmittelHaftmittelAPAP
WachsWachsTR, TRXTR, TRX
SPEZIALBITUMEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 31
... als im Regelwerk vorgesehen
Industrieflächen� STYRELF 10/40-85 A TR
SPEZIALBITUMEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 32
... als im Regelwerk vorgesehen
Industrieflächen� STYRELF 10/40-85 A TR
Straßen mit besonderen Anforderungen� STYRELF 40/80-85 A
SPEZIALBITUMEN
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 33
... als im Regelwerk vorgesehen
Industrieflächen� STYRELF 10/40-85 A TR
Straßen mit besonderen Anforderungen� STYRELF 40/80-85 A
Flugplatzbefestigungen� STYRELF IntaKt
BITUMENALTERUNG
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 34
Que
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Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 35
BITUMENAUFBAU
kolloidales System� kohärente Phase – Maltene (Harze, Aromaten, gesättigte Kohlenwasserstoffe)� disperse Phase
– Asphaltene
50 nm
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 36
BITUMENALTERUNG
Alterungsprozesse� Verdunstungsalterung - thermisch-destillativer Prozess
(Abdampfen flüchtiger Bestandteile bewirkt eine Konzentrationsanreicherung der Asphaltene)
� oxidative Alterung - chemischer Prozess (Umwandlung der Erdölharze in Asphaltene)
RTFOT (DIN EN 12607-1)(Rolling Thin Film Oven Test)� Simulation der Asphaltproduktion (Kurzzeitalterung)
PAV (DIN EN 14769)(Pressure Aging Vessel)� Simulation der Liegedauer des Asphalts
(Langzeitalterung)
Bitumen und Bitumenmodif ikationen – VSVI Berlin-Brandenburg 01/2016 37
EINFLUSSFAKTOREN
� Temperatur� Sauerstoff� Oberfläche� Beanspruchungsdauer
Einwirkungen� Bitumenlagerung� Mischprozess� Silolagerung� Transport
Asphalt� Liegedauer� Hohlraumgehalt� Bindemittelgehalt / Bindemittelfilmdicke� Gesteinsart
Que
lle:
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Asp
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keG
mbH
&
Co.
KG
(S
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BITUMENLAGERUNG
� Lagerungstemperatur� Lagerungsdauer� Tankgeometrie
(horizontal/vertikal)� Tankgröße� Grad der Befüllung� Art der Beheizung
(direkt/indirekt)(Brenner/Thermalöl/elektrisch)
� Inertisierung des Lagertanks
Que
lle:
Ber
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ASPHALT
� Mischtemperatur� Mischzeiten� Temperaturen der Baustoffe� Silolagerung� Transportabdeckung
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Que
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