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Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 1
Haftverbessererfür die moderne Asphaltbauweise
VSVI NRW Seminar 2011
Münster, den 15.02.2011
Julius Hoesch Düren
GmbH & Co. KG
Birkesdorfer Straße 5
52353 Düren-Hoven
Tel +49 (0) 2421-807-0
Fax +49 (0) 2421-807-104
www.julius-hoesch.de
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 2
Inhaltsangabe
1. Qualitätsprobleme im Straßenbau
2. Mechanismus der Wechselwirkungaktive und passive Haftung
3. Messergebnisse aus dem LaborKontaktwinkel (Differenzwinkel), Rolling Bottle Test, Wasserempfindlichkeit
4. PmB zur Verbesserung der Haftung (?)
5. Ergebnisse aus der PraxisRegenwaldprojekt, schwedische Flughäfen
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 3
Qualitätsprobleme im Straßenbau von NRW
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 4
Qualitätsprobleme im Straßenbau von NRW
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 5
Qualitätsprobleme im Straßenbau von NRW
Straßen-NRW diskutiertkritisch den Einsatzhaftkritischer Gesteine(Grauwacke)
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 7
Info des DAV (AGAT) – Schadensfälle!
Schadensbilder:
Risse
Ausmagerungen
Kornausbrüche
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 9
DAV – Arbeitsgruppe Asphalttechnik
Asphalt 07/2009, S. 17 ff
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 10
Forderung der Auftraggeber für alle Schichten (Thüringen seit 2008)
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 11
Forderung der AuftraggeberThüringen
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 12
Inhaltsangabe
1. Qualitätsprobleme im Straßenbau
2. Mechanismus der WechselwirkungBitumen - Gesteinaktive und passive Haftung
3. Messergebnisse aus dem LaborKontaktwinkel (Differenzwinkel), Rolling Bottle Test, Wasserempfindlichkeit
4. PmB zur Verbesserung der Haftung (?)
5. Ergebnisse aus der PraxisRegenwaldprojekt, schwedische Flughäfen
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 13
Asphaltmischgut
Zusammensetzung des Asphaltmischgutes:
• ca. 5 % Binder/Bindemittel (Bitumen)
überwiegend unpolares Material
• ca. 95 % Gestein(Split in verschiedenen Körnungen)
mehr oder weniger polares Material
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 14
Wechselwirkung – Ladung und Polarität
Quarz reagiert sauer,ist polar
Wasser trägt Ladungen, ist polar
Bitumen ist unpolar (wien-Paraffine), nicht löslich in Wasser
CH3-(CH)n-(CH2)m -CH3
R
H2O HO- + H+
- Si - OH - Si – O- + H+
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 15
Wasser – ein Dipol
Quelle: Wikipedia
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 16
Gesteins-Typen
Quartzite
Granite
Sandstone
Diorite
Basalt
Limestone
Marble
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Silica Content %-+
Benötigen Haftverbesserer
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 17
Affinitätsproblem an Grauwacke
• Haftungsprobleme
Split - Bitumen
• Frühzeitige Alterung
des Belags (Binders)
Folge:
• Zu frühe Reparatur bzw.
Fahrbahnerneuerung
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 18
Problemlösung:Wetfix-Haftverbesserer
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 19
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
NH3
NH3
hydrophilhydrophob
++++
++++
Chemische Struktur einesHaftverbesserers
unpolar polar
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 20
Emulgatoren und Haftverbesserer
Der Haftverbesserer beeinflusst die Oberflächenspannung
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 21
Haftverbesserer - bessere Haftung
• Durch Änderung der Oberflächenspannungund Reduzierung der Viskosität kann das Gestein besser mit Bitumen umhüllt werden –intensiverer Kontakt zwischen Gestein und Bitumen (“chemische Bindung”)
schlechte Benetzung
großer Kontaktwinkel
gute Benetzung
kleiner Kontaktwinkel
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 22
Problemlösung: Haftverbesserer
passive Haftung:Haftung am Mineral,Widerstand gegen denAngriff von Wasser
aktive Haftung:Anlagerung an dieMineraloberfläche (auchin Anwesenheit von Wasser)
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 23
Inhaltsangabe
1. Qualitätsprobleme im Straßenbau
2. Mechanismus der Wechselwirkungaktive und passive Haftung
3. Messergebnisse aus dem LaborKontaktwinkel (Differenzwinkel), Rolling Bottle Test, Wasserempfindlichkeit
4. PmB zur Verbesserung der Haftung (?)
5. Ergebnisse aus der PraxisRegenwaldprojekt, schwedische Flughäfen
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 24
Kontaktwinkelmessung nach Tempern
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 25
Kontaktwinkelmessung nach Wasserlagerung
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 28
Haftverbesserer - passive Haftung
• Wasser kann bei mangelhafterHaftung Bitumen von derGesteinsoberfläche verdrängen(stripping)
• Wasser dringt ein, mit Frost-Tau-Wechseln verwittert derBelag (Frostschäden)
• WETFIX-Haftverbessererverhindern bzw. reduzieren o.g. Einfluss des Wassers und verlängern die Lebensdauer derFahrbahn und reduzierenUnterhaltungskosten
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 29
Beschichtungstest – passive Haftungdynamischer Test: Rolling Bottle Test
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 30
Rolling bottle test (DIN EN 12697-11)
Einfluss Bitumen 50/70 A, B, C, D, E auf Umhüllungsgrad
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
A B C D E
Um
hü
llun
gsg
rad
nac
h 2
4 h
[ %
]
Quarzit Granit Diabas
A D
ausgew ählt
Quelle: Prof. Dr. Ing. Damm, Vortrag Willingen 2007
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 31
Einfluss des Haftverbesserers beiQuarzit nach 24 Stunden
Einfluss Haftverbesserer H1, H2, H3 und H4 bei Quarzit auf Umhüllungsgrad
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Bit H1 H2 H3 H4
Bit A Bit D
Quelle: Prof. Damm
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 33
Einfluss der Prüfzeit bei gutem Bitumen (A) und Quarzit
Einfluss Prüfzeit auf Umhüllungsgrad bei Quarzit
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
6h 24h 48h 72h
Bit A H1 H2 H3 H4
Quelle: Prof. Damm
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 34
Einfluss der Prüfzeit beiBitumen (D) und Quarzit
Einfluss Prüfzeit auf Umhüllungsgrad bei Quarzit
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
6h 24h 48h 72h
Bit A H1 H2 H3 H4
Quelle: Prof. Damm
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 35
Einfluss des Haftverbesserers nach 72 h Prüfzeit
Unabhängig von Mineral- und Bitumensorte ist eine deutliche Verbesserung der Haftung festzustellen
Bitumen und Gestein sindfür die unterschiedlicheWechselwirkung verantwortlich!
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 36
Prüfung d. Wasserempfindlichkeit
Indirekter Zugversuch mit undohne Wasserlagerung anhandvon Marshall-Probekörpern
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 37
Einfluss des Haftvermittlers auf den Spaltzugfestigkeitsabfall
R ∆ ∆ ∆ ∆ R ∆ ∆ ∆ ∆ %
- AC16A 71H2 AC16AH2 89- AC16D 69
H4 AC16DH4 86- AC16A 74
H2 AC16AH2 91- AC16D 71
H4 AC16DH4 87- AC16A 78
H2 AC16AH2 93- AC16D 80
H4 AC16DH4 92
25
25
ITS Gestein Binder
Haftver-mittler
Mischguttyp
17
16
Quarzit18
17
A
D
Granit
A
A
D
DDiabas
15
12
23
23
19
15
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 38
Einfluss der Haftvermittler auf ITSR am Beispiel Quarzit
Einfluss des Haftvermittlers auf ITSR bei Quarzit
71
89
69
86
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
AC16A AC16AH2 AC16D AC16DH4
ITS
R (
%)
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 39
Inhaltsangabe
1. Qualitätsprobleme im Straßenbau
2. Mechanismus der Wechselwirkungaktive und passive Haftung
3. Messergebnisse aus dem LaborKontaktwinkel (Differenzwinkel), Rolling Bottle Test, Wasserempfindlichkeit
4. PmB zur Verbesserung der Haftung (?)
5. Ergebnisse aus der PraxisRegenwaldprojekt, schwedische Flughäfen
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 40
Kornausbruch an OPA
Quelle: Dipl.-Ing. Christian Schulze, RWTH Aachen, Inst. F Straßenwesen
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 41
Rolling bottle test, IFTA-Labor
> 65> 95> 95Wetfix AP 17 (0,3 %)BSH 50/70Grauwacke
> 75> 95> 95Wetfix BE (0,8 %)BSH 50/70Grauwacke
> 70> 95> 95Wetfix N 422 (0,8 %)BSH 50/70Grauwacke
> 70> 95> 95Wetfix AP 17 (0,3 %)BGH 50/70Grauwacke
> 90> 95> 95Wetfix BE (0,8 %)BGH 50/70Grauwacke
> 70> 95> 95Wetfix N 422 (0,8 %)BGH 50/70Grauwacke
n.b.~ 40~ 75ohnePmB 45AGrauwacke
n.b.< 25~ 60OhneBGH 50/70Grauwacke
nach 96 h
Rolldauer
nach 24 h
Rolldauer
nach 6h
Rolldauer
Grad der Umhüllung der Gesteinskörper
mit Bitumen (in %)
HaftmittelBindemittelGestein
PmB = Polymer mod. Bitumenn.b. = nicht bestimmt
BGH = Bitumen mit guter HaftungBSH = Bitumen mit schlechter Haftung
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 42
Prüfung an offenporigem Asphalt PA16 auf Basis PmB 45/80-65
Binder F EinheitTyp aromatischSäurezahl kleinPenetration 57 0,1 mmEP RuK 66 ° CElast. R 78 %
6h 24 h trocken nass R ∆ ∆ ∆ ∆ R ∆ ∆ ∆ ∆ %- 87 63 4,1 12,2 81
H2 95 80 3,7 8,3 98- 77 18 5,4 9,3 82
H2 90 80 4,6 6,3 92- 80 62 5,6 6,5 77
H2 90 77 4,0 4,6 90
18 21
Haftver-mittler
BinderHohlraum-gehalt (%)
17
Umhüllung RBT (%)Gestein
Kornverlust (%) ITS
F
F
Hornfels
Andesit
Diabas
F
12
17
21
16
10
13
Gestein Hornfels Andesit DiabasHaftverhalten kritisch mittel unkritischPSV > 0,56 > 0,58 > 0,55LA < 14 < 15 < 15Körnung fein sehr fein feinChem. Einst. sauer neutral basischSiO2-Gehalt > 63 % 52 - 63 % < 52 %Farbe graublau hellgrau dunkelgrün
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 43
Inhaltsangabe
1. Qualitätsprobleme im Straßenbau
2. Mechanismus der Wechselwirkungaktive und passive Haftung
3. Messergebnisse aus dem LaborKontaktwinkel (Differenzwinkel), Rolling Bottle Test, Wasserempfindlichkeit
4. PmB zur Verbesserung der Haftung (?)
5. Ergebnisse aus der PraxisRegenwaldprojekt, schwedische Flughäfen
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 44
Flughafen JönköpingLangzeitstudie (1992 – 2008)
1992neue Rollbahn nach18 Jahren Nutzung mitVerwendung einesHaftverbesserers
2008Untersuchung vonneuen Bohrkernen
Rollbahn ingutem Zustand!
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 45
Schwedische Flughafenprojekte seit 1992 mit WETFIX – Langzeitstudie
Keine Rollbahn mehr ohne Haftverbesserer!
mit WETFIX2008
ohne WETFIX1988
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 46
Teststrecke im Regenwald(Malaysia)
• 236 Regentage pro Jahr (2,7 m Wassersäule)
• Belastung mit mehr als 200 Lkw`s und Bussen pro Tag
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 47
Teststrecke im Regenwald(Malaysia)
Stripping – neueDeckschicht alle2-3 Jahre
5 km Vergleichsstrecke,davon 400 m mit0.3 % Wetfix BE
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 48
Regenwaldteststreckemit 0.3 % Wetfix BE
ohne Wetfix BE
nach 6 Monaten nach 14 Monaten nach 17 Monaten
Julius Hoesch, Dr. A. Nehrings, Febr. 2011VSVI NRW Seminar 2011 49
Zusammenfassung: deutliche Vorteile durch Haftverbesserer !
• Bessere Umhüllung des Korns, bessere Haftung und somit höhere Standfestigkeit
• größere Auswahl an Gesteinsarten• größere Auswahl an Bitumensorten• Geringere „Alterung“ des Binders und
somit längere Nutzungsdauer
• Haftverbesserer sind vom AG zu fordern, da im Regelwerk noch nicht verankert !!!