Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen 1 VSVI Seminar - Friedberg/Hessen 21.Januar 2009 VSVI Seminar 21.Januar 2009

Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen

1

VSVI Seminar - Friedberg/Hessen

21.Januar 2009

VSVI Seminar 21.Januar 2009



2 21.Januar 2009

“Modifizierte Spezialbitumen für leistungsoptimierte

Asphaltbeläge”

Dr.-Ing. Ingo Nösler

Dipl.-Ing. Derk Goos

NYNAS NV

[email protected] , [email protected]

mailto:[email protected]



3 21.Januar 2009

Bitumenanwendung in der Vergangenheit

• Entstanden während der Erdevolution durch:– Evaporation, Oxidation und Polymerisation von Erdöl– in Ablagerungssedimenten Mesopotamien (Euphrat & Tigris) Naturasphalt, z. B. Trinidad Lake (1595)

• Bitumen wird verwendet, um Augenkonturen an Kalkmörtel-Statuen zu modellieren (Jordanien, 6700 v. Chr.)

• Abdichtungsmaterial für Schiffe (Arche Noah)

• Mörtel für Mauerwerksbau (Babylon)

• Mumifizierung von Leichen (Ägypten, 3000 v. Chr.)

• Abdichtungsmaterial für Tempelbauten (3000 v. Chr.)

• Prozessionsstrasse „Aibur Schabu“ (Babylon, 600 v. Chr.)

• Medizinische Anwendungen (bis in die Neuzeit)



4 21.Januar 2009

Mumiya

h:

[arab.]

Asphalt

(Erdpec

h,

Bitumen

)Quelle: Shell Bitumen Handbook



5 21.Januar 2009

1856 – Deutschland, die ersten Erdöl Bohrungen wurden in Dithmarschen von Ludwig Meyn durchgeführt

1859 – Titusville (Pennsylvania), die historische erste Erdöl-Bohrung von E. Drake gilt als Beginn der Petroleumindustrie

1870 – USA, die ersten größeren Anlagen zur Gewinnung von Bitumen entstehen

1873 – Baku (Aserbaidschan), mit einer Blasendestillation wird erstmals die kontinuierliche Gewinnung von Bitumen möglich

1876 – Washington DC, erste Vergleichstests zwischen Bitumen und Naturasphalt

1888 – USA, die erste Form der Penetration wird durch H.E. Bowen entwickelt

1894 – USA, erste industrielle Anlagen zur Herstellung von Bitumen mittels Blasendestillation

1905 – New York, erstes Fachbuch zur Verarbeitung von Bitumen wird von C. Richardson veröffentlicht

1906 – Deutschland, die erste Bitumenemulsion wird patentiert

1907 – USA, die ersten Asphaltmischanlagen werden gebaut

1924 – Kalifornien, der Straenfertiger wird erfunden

1936 – USA, der Erweichungspunkt Ring und Kugel Versuch wird erfunden

1937 – Berlin, der Brechpunkt nach Fraass wird definiert

1941 – USA, der Marshall Test wird erfunden

1957 – Iowa, die Schaumbitumen werden entwickelt

1963 – England, der erste Drainasphalt wird auf einem Flughafen eingebaut

1967 – Österreich, Polymer modifiziertes Bitumen wird erstmals angewendet

Geschichtliche Entwicklung von Bitumen & Asphalt



6 21.Januar 2009

Modifizierung von Bitumen

• Basisbitumen (EN 12591)

• Polymermodifizierung

• TL PmB für Standard-PmB (EN 14023)

• Spezialbindemittel:

• Höhere Polymermodifizierung

• Wachsmodifizierung

• Additivierung von Haftmitteln

• Spezialadditive, und diverse Kombinationen untereinander !



7 21.Januar 2009

Modifiziertes Spezialbindemittel

Nypol 25 HR• Höher Polymer-modifiziert

• Wachs-modifiziert

• Erweiterte Gebrauchseigenschaften

• Hohe statische Lasten

• Hohe Schubbeanspruchungen

• Container Terminals

• Busspuren / Busterminals

• Kreisverkehre



8 21.Januar 2009



9 21.Januar 2009

Widerstand gegen bleibende Verformungen

(*) Das vorgestellten Untersuchungsprogramm wurde an der Bergischen

Universität Wuppertal, BESTLAB (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Beckedahl) durchgeführt.

Die Gebrauchseigenschaften von Asphalt lassen sich durch eine

leistungsoptimierte Auswahl des Bitumens erheblich beeinflussen:

Widerstand gegen kurzzeitige Beanspruchungen

Widerstand gegen Einwirkung von Wasser Widerstand gegen wiederholte Beanspruchungen

Spurbildungsversuch

Haftverhalten nach Nösler

Ermüdungsversuch

E-Modul Bestimmung

Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von modifizierten Spezialbitumen, Untersuchungsprogramm (*)



10 21.Januar 2009

NYNAS 50/70, NYPOL 45, NYPOL

25 HR

Verwendete Bindemittel

16,816,119,4Hohlraumgehalt HMbit [Vol-%]

7,85,53,5Hohlraumgehalt Hbit [Vol-%]

3,754,806,50Bindemittelgehalt[M-%]

ATS 0/22

CS

ABi 0/16 SSMA 0/11

S

k = 94 %, 97 %, 100 % und 102 %

Verdichtungsgradder hergestellten Probekörper

Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von modifizierten Spezialbitumen, Asphaltmischgut (*)



11 21.Januar 2009

Spurtiefe vs Überrollung SMA [Stahlrad, Wasser, 50 °C]

0

1

2

3

4

5

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000

Überrollungen [n]

Sp

urt

iefe

[m

m]

Nynas 50/70 Nypol 45 Nypol 25 HR

Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Standfestigkeit, SMA



12 21.Januar 2009

Spurtiefe vs Überrollung ABi [Stahlrad, Wasser, 50 °C]

0

1

2

3

4

5

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000Überrollungen [n]

Sp

urt

iefe

[m

m]


Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Standfestigkeit, ABi



13 21.Januar 2009

• Die Tragfähigkeit eines Bauteils ist durch die Durchbiegung der

Konstruktion infolge einer aufgebrachten Last gekennzeichnet.

• Die Durchbiegung einer Straße wird unter sonst gleichen

Voraussetzungen im Wesentlichen durch die jeweiligen Schicht

E-Moduln (einschließlich der Unterlage) und durch die zugehörigen

Schichtdicken geprägt.

Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Elastizitäts-Modul



14 21.Januar 2009

Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Elastizitäts-Modul, SMA Mastercurve [SMA, k=100%]

y = 20242e-0.0929x

R2 = 1

y = 19120e-0.0994x

R2 = 0.9992

y = 62382e-0.1149x

R2 = 0.9775

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

5 10 15 20 25 30 35Temperatur [°C]

E-M

od

ul [

MP

a]




15 21.Januar 2009

Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Elastizitäts-Modul, ABi Mastercurve [ABi, k=100%]

y = 34776e-0.1045x

R2 = 0.9811

y = 28043e-0.1039x

R2 = 0.9922

y = 72653e-0.0959x

R2 = 0.9808

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

5 10 15 20 25 30 35 40Temperatur [°C]

E-M

od

ul

[MP

a]




16 21.Januar 2009

• Der E-Modul kann, je nach verwendetem Bindemittel, in

unterschiedlicher Deutlichkeit beeinflusst werden.

• Bei ansteigendem E-Modul sind positive Effekte auf die

Tragfähigkeit zu erwarten.

• Eine Entlastung der Unterlage kann damit erreicht werden.

Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Elastizitäts-Modul



17 21.Januar 2009

E-Modul (20 °C) vs Verdichtungsgrad k (SMA)

y = 1E-11x7.2052

R2 = 0.9932

y = 8E-08x5.2561

R2 = 0.989

y = 1E-07x5.3821

R2 = 0.9547

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

92 94 96 98 100 102 104Verdichtungsgrad k [%]

E-M

od

ul [

MP

a]


E-Modul vs. Verdichtungsgrad, SMA



18 21.Januar 2009

E-Modul (20 °C) vs Verdichtungsgrad (ABI)

y = 3E-09x5.986

R2 = 0.9888

y = 8E-14x8.3691

R2 = 0.9955

y = 7E-08x5.5869

R2 = 0.9804

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

92 94 96 98 100 102 104Verdichtungsgrad k [%]

E-M

od

ul

[MP

a]


E-Modul vs. Verdichtungsgrad, ABi



19 21.Januar 2009

Der E-Modul zeigt bei Verwendung von PmB

- insbesondere bei der Verwendung von Nypol 25 HR -

eine erheblich geringere Empfindlichkeit gegen

Schwankungen des Verdichtungsgrades als bei

Verwendung von unmodifiziertem Bindemittel

E-Modul vs. Verdichtungsgrad



20 21.Januar 2009

Spurtiefe vs. Verdichtungsgrad SMA [Stahlrad; Wasser, 50 °C]

y = 1E+53x-26,260

R2 = 0,9806

y = 2E+43x-21.321

R2 = 0.9871

y = 4E+32x-16.138

R2 = 0.9006

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

93 94 95 96 97 98 99 100 101 102Verdichtungsgrad [%]

Sp

urt

iefe

[m

m]


Spurtiefe vs. Verdichtungsgrad, SMA



21 21.Januar 2009

Spurtiefe vs. Verdichtungsgrad ABi [Stahlrad; Wasser, 50 °C]

y = 0.2436x2 - 48.583x + 2425.9

R2 = 0.9646

y = 0.1475x2 - 30.852x + 1615.2

R2 = 1

y = 0.0198x2 - 4.078x + 211.47

R2 = 0.978

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

93 94 95 96 97 98 99 100 101 102Verdichtungsgrad [%]

Sp

urt

iefe

[m

m]


Spurtiefe vs. Verdichtungsgrad, ABi



22 21.Januar 2009

Die Standfestigkeit zeigt bei Verwendung von PmB

- insbesondere bei der Verwendung von Nypol 25 HR -

eine erheblich geringere Empfindlichkeit gegen

Schwankungen des Verdichtungsgrades als bei

Verwendung von unmodifiziertem Bindemittel

.

Spurtiefe vs. Verdichtungsgrad, ABi



23 21.Januar 2009

• Der Widerstand gegen Ermüdung ist im Versuch mit konstant

gehaltenen Spannungen gekennzeichnet durch die Anzahl der

Lastwiederholungen bis zum Bruch des Probekörpers in

Abhängigkeit von der anfänglichen Zugdehnung.

• Werden mehrere Versuche an gleichen Probekörpern mit unter-

schiedlichen Spannungsniveaus gefahren und in doppelt-

logarithmischem Maßstab aufgetragen, erhält man die Wöhlerlinie.

Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Ermündung



24 21.Januar 2009

Je kleiner der E-Modul desto größer die Dehnung

Je steiler die Wöhlerlinie desto geringer die Ermüdungsfestigkeit

Je größer die Dehnung desto kürzer die Nutzungsdauer

Wöhler-Linie

10

100

1000

100 1.000 10.000 100.000

Anzahl der Lastwechsel bis zum Bruch: log Nf

Anf

angs

dehn

ung

log

[m

icro

ns]

.Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB E-Modul, Dehnung & Ermüdung



25 21.Januar 2009

Wöhler-Kurven

y = 1116.9x-0.2708

R2 = 0.9647

y = 1206.2x-0.2207

R2 = 0.9275

y = 601.51x-0.1701

R2 = 0.9217

10

100

1000

100 1,000 10,000 100,000 1,000,000 10,000,000

Lastwechsel [N]

An

fan

gsd

ehn

un

g

[m

icro

ns

]


Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Ermüdung

Nynas 50/70

Nypol 45

Nypol 25 HR



26 21.Januar 2009

Durch Verwendung von Nypol 25 HR kann:

das Haftverhalten verbessert werden,

die Ermüdungsfestigkeit von Asphaltbelägen erheblich verbessert werden,

die Tragfähigkeit verbessert werden,

sowie die Empfindlichkeit gegen Schwankungen des Verdichtungsgrades verringert werden.

die Standfestigkeit von Asphaltbelägen signifikant verbessert werden,

Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Zusammenfassung



27 21.Januar 2009

Containerterminal HamburgNypol 25 HR

21.Januar 2009 28Containerterminal

HamburgNypol 25 HR

21.Januar 2009 29

Containerterminal TollerortContainerterminal Tollerort

8 cm ABI 0/16 Nypol 25 HR

6 cm SMA 0/16 Nypol 25 HR

21.Januar 2009 30

EUROGATE LIEGEPLATZ 1

3 cm A 0/8 splittreich Nypol 25 HR

21.Januar 2009 31

EUROGATE LIEGEPLATZ 1

3 cm A 0/8 splittreich Nypol 25 HR



32 21.Januar 2009

Im Zuge einer Baumanahme im Hamburger Hafen forderte der Auftraggeber Spurbildungstests für das dort zum Einbau vorgesehene Asphaltmischgut unter verschärften Prüfbedingungen, nämlich anstatt wie üblich bei 50 °C bei 60 °C im Wasserbad. Die Untersuchungen wurden beim asphalt-labor Arno J. Hinrichsen durchgeführt und brachten folgende Ergebnisse:

Bindemittelgehalt Hohlraumgehalt Spurtiefe bei 60 °C M.-% Vol.-% mm

Asphaltbinder 0/16 S

4,2 5,2 1,7

Splittmastixasphalt 0/11 S

7,1 3,7 2,5


5,2 3,7 1,4

In Anbetracht der erhöhten Prüftemperatur sind die Ergebnisse der Spurbildungstests als auergewöhnlich gut zu bezeichnen.

Spezialbindemittel - Nypol 25 HR(Containerterminal, Hamburg)



33 21.Januar 2009

Busbahnhof Hamm – Nypol 25 HR



34 21.Januar 2009

Sanierung verschiedener Flächen im Busbahnhof der Stadt Hamm (Westfalen). Eignungsprüfungen der Deutag, Niederlassung Duisburg ergaben folgende Ergebnisse:

Bindemittelgehalt Hohlraumgehalt Spurtiefe bei 50 °C M.-% Vol.-% mm

Asphaltbinder 0/22 S

4,2 6,3 2,2


6,8 4,2 0,8

Der Einbau des Asphaltmischguts erfolgte ganz konventionell mit Fertiger und einer 9,5 t Glattmantelvibrationswalze. Aufgrund der speziellen Additivierung des Bindemittels ergaben sich bei einer Einbautemperatur zwischen 160 und 170 °C (im Fertigerkübel) keine Probleme mit der Verdichtbarkeit des Mischguts. Der geforderte Verdichtungsgrad von 97 % wurde problemlos erreicht.

Spezialbindemittel - Nypol 25 HR(Busbahnhof, Hamm)



35 21.Januar 2009

Busspur in Wuppertal

Nypol 25HRStandardBitumen

50/70

• Versuchstrecke Juli 2005

• Asphaltdeckschicht SMA

• „heiß auf warm“

• Asphaltbinderschicht

Differenzen:

• 2006: +15,3

• 2007: +18,6

• 2008: +16,6



36 21.Januar 2009

Nypol 25 HRLondon, UK

• TARMAC in 2007

• Regent Street, London

• Oxford Street, London

• 1.000 to Asphalt

• Binder- u. Deckschicht

• 22:00 6:00 Uhr



37 21.Januar 2009

A1, 6-streifiger Ausbau & Erneuerung d. Betonfahrbahn

Projekt Beschreibung:

• Erneuerung der Betonfahrbahn von 2000

• 6 – streifiger Ausbau

• km 172,000 181,357 km

• Tragschicht auf Fundationsschicht

• Binderschicht mit Nypol 25 REC-2(25%-ige Asphaltgranulatzugabe)

• Binderschicht mit Nypol 25 REC-4(40%-ige Asphaltgranulatzugabe)

• Deckschicht mit Nypol 25 HR

Karte musste leider entfernt werden wg. Abmahnung durch

Rechtsanwalt-Büro im Auftrag der Firmen „Falk“, „MGV“ und

„RV“



38 21.Januar 2009

Niedrig Temperatur Guss(Asphalt)

Quantifizierung der Verarbeitbarkeit

anhand IFM-VIS-GA

von (Guss-)Asphalten an Beispielen

praxisbewährter Produkte



39 21.Januar 2009

VIS – GA Prüfstand

Quelle: IFM – Dr. Schellenberg Rottweil GmbH

• rd. 10 kg Referenzmischgut

• stufenlose Planetenumlauf-getriebe

• Drehgeschw.: 13 U/min

• Erwärmung auf 180 °C

• Prüfung bei 180, 210 u. 240 °C (Drehmoment)

• Thermische Entkopplung zw. Rührer und Rührwerk

• Temperaturaufnehmer PT 100


40


21.Januar 2009

Verarbeitbarkeit / Temperatur IFM Dr. Schellenberg - Rottweil

Verarbeitbarkeitsgrenze: Drehmoment <6.0 Nm

0

1

2

3

4

5

6

7

8

170 180 190 200 210 220 230 240 250

Temperatur [°C]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

Andere Produkte

Nynas 20/30AR

Grenze Verarbeitbarkeit

Straßenbau Gussasphalt, getestet an Referenzmischgut GA 0/8S

“NYNAS 20/30AR“ – rheologisch verbessert – ist bereits bei 195ºC verarbeitbar, ca. 25ºC weniger!

195ºC

Nynas 20/30AR ist bei < 200ºC verarbeitbar

MarktNynas 20/30AR

220ºC


41


21.Januar 2009

Verarbeitbarkeit / Temperatur IFM Dr. Schellenberg - Rottweil

Verarbeitbarkeitsgrenze: Drehmoment <6.0 Nm

0

1

2

3

4

5

6

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8

170 180 190 200 210 220 230 240 250

Temperatur [°C]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

Andere Produkte

Nynas 20/30AR

Nytemp 20/30A

Grenze Verarbeitbarkeit

Straßenbau Gussasphalt, getestet an Referenzmischgut GA 0/S

“NYTEMP 20/30A“ ist bereits bei 180ºC verarbeitbar, ca. 40ºC weniger!(weitere 10-15ºC weniger als bei “Nynas 20/30AR”).

180ºC

Nytemp 20/30A ist bei 180ºC verarbeitbar

MarktNynas 20/30ARNytemp 20/30A

195ºC 220ºC


42


21.Januar 2009

Straßenbau Gussasphalt, getestet an Referenzmischgut GA 0/8S

Ein weitere Vorteil von “NYTEMP A“ ist die verbesserte Verformungsbeständigkeit

0

1

2

3

4

5

Statisch Dynamisch

mm

30 min 60 min, Zunahme

Nynas 20/30AR, Eindringtiefe

0

1

2

3

4

5

Statisch Dynamisch

mm

30 min 60 min, Zunahme

Nytemp 20/30A, Eindringtiefe



43 21.Januar 2009

BG Bau, Gesprächskreis Bitumen

Nytemp - Emissionsmessungen

Eingesparte Menge Heizöl: 118,0118,0 LiterVerringerung der Emissionen der Klimagase (CO2-Äquivalente) um: 368,3368,3 kg

Parkdeck – Großwallstadt – Mai 08



44 21.Januar 2009

BG Bau, Gesprächskreis Bitumen

Nytemp - Emissionsmessungen

Eingesparte Menge Heizöl: 637,4637,4 LiterVerringerung der Emissionen der Klimagase (CO2-Äquivalente) um: 1.988,71.988,7 kg

Fachmarktzentrum – Dierdorf – April 08



45 21.Januar 2009

Temperaturreduzierte Bitumen

• Vielfach “Verwirrung” auf Seiten der ausschreibenden Stellen !

• Ausgewähltes Basisbitumen + spezielle Wachs Additive

• Nytemp 0/6, 10/20, 20/30, 30/45

Häufiges Missverständnis:

• Bitumen 20/30 + Wachs Nytemp 20/30

• Nytemp 20/30 Pen > 30 mm/10 + Wachs Additive



46 21.Januar 2009

Woche 50 – 2007, Nypol 45 MB 70, Ahaus-Stadtlohn, 4 cm SMA 0/11S , 170°C



47 21.Januar 2009

Woche 50 – 2007, Nytemp 30/45, Waldbröhl, B 70, 2,5 cm SMA 5 N , 170°C


48


21.Januar 2009

Der Bitumen Spezialist

www.nynas.com/bitumen

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Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen 1 VSVI Seminar - Friedberg/Hessen 21.Januar 2009 VSVI Seminar 21.Januar 2009