Stefan Koppers

• Die Wiederverwendung von Asphalt, durch die Zugabe von Asphaltgranulat bei der Herstellung von Asphaltmischgut, stellt die höchstwertige Verwendung von Ausbauasphalt dar. Das im Asphaltgranulat enthaltene Bitumen wird durch Alterungsvorgänge härter, macht sich als Erhöhung des Erweichungspunktes Ring und Kugel bemerkbar und gilt als ein Kriterium für die generelle Verwendung bzw. die Zugabemenge von Asphaltgranulat. Gegen diese Auswirkungen der Alterung werden frische Bindemittel oder Rejuvenatoren (Verjüngungsmittel) eingesetzt. Der Einsatz von Rejuvenatoren bei der Wiederverwendung von Asphalt wurde währende der Bearbeitung dieses Forschungsprojektes mit den Hinweisen zur Anwendung von Rejuvenatoren bei der Wiederverwendung von Asphalt (H Re WA) in das straßenbautechnische Regelwerk aufgenommen. Das Forschungsprojekt FE 07.0250/2011/LRB hat dazu erste Ansätze und Rahmenbedingungen zum Einsatz von Rejuvenatoren an der Asphaltmischanlage geliefert. Außerdem hat es, in Bezug auf das Bindemittel, Unterschiede der rheologischen Eigenschaften und des Alterungsverhaltens von Gemischen aus rückgewonnenem Bindemittel aus Asphaltgranulat und unterschiedlichen Rejuvenatoren aufgezeigt. Auf Asphaltmischgutebene konnten vergleichbare Ergebnisse hinsichtlich der Performance-Eigenschaften zwischen Asphalten mit Asphaltgranulat und lieferfrischem Bitumen sowie Asphalten mit Asphaltgranulat und Rejuvenatoren festgestellt werden. Das Alterungsverhalten von Asphalten unter Verwendung von Asphaltgranulat und Rejuvenatoren sowie der zeitliche Verlauf der Wirksamkeit von Rejuvenatoren wurden noch nicht untersucht und sind Bestandteil dieses Forschungsprojektes. Dazu sind drei verschiedene Asphaltsorten (Asphaltdeckschicht, -binderschicht und -tragschicht) mit unterschiedlichen Asphaltgranulaten und verschiedenen Asphaltgranulatanteilen hergestellt worden. Für die Herstellung der Asphaltmischgüter sind jeweils arten- und sortenreine Asphaltgranulate verwendet worden. Die in den Mischgütern enthaltenen Bindemittel der Asphaltgranulate wurden zum einen mit einem weichen Bindemittel 160/220 (Referenzvariante R0) und zum anderen mit bis zu drei unterschiedlichen Rejuvenatoren (R1 bis R3) während der Herstellung verjüngt. So sollte die Leistungsfähigkeit der herzustellenden Asphalte verbessert werden. Zur Bestimmung der Bindemitteleigenschaften wurden die resultierenden Bindemittel aus den Asphaltvarianten rückgewonnen und mit konventionellen (EP RuK, Nadelpenetration, Brechpunkt nach Fraaß) sowie dem Bitumen-Typisierungs-Schnellverfahren im DSR untersucht. Für die Asphaltvarianten wurde mittels Spaltzug-Schwellversuch die Steifigkeit (alle Schichten) und das Ermüdungsverhalten (nur Asphalttragschicht) bestimmt. Das Kälteverhalten der verschiedenen Asphalte wurde mit dem Abkühlversuch (TSRST) und dem Einaxialen Zugversuch (UTST) ermittelt. An den Varianten der Asphaltdeckschicht und –binderschicht wurde der Einaxiale Druckschwellversuch zur Bestimmung der Standfestigkeit durchgeführt. Die Asphalte mit Rejuvenatoren und Asphaltgranulat wurden nach einer Alterung erneut auf ihre Leistungsfähigkeit geprüft. Die Alterung erfolgte mit dem Wuppertaler Alterungsverfahren bei 135 °C in und ständiger Frischluftzufuhr in einem Wärmeschrank, wobei das Alterungsverfahren mit einfachen Labormitteln (Grundausstattung) durchgeführt wurde und somit in jeder Prüfstelle reproduzierbar ist. Die Analyse der Ergebnisse der Performance-Prüfungen vor und nach der Alterung soll Aufschluss über die Alterungsbeständigkeit der eingesetzten Rejuvenatoren im Vergleich zur Referenzvariante geben. Für die Asphaltanalyse wurden die Alterungsindikatoren aus dem FGSV-Arbeitspapier Alterung von Asphalt im Laboratorium (AP AAL) eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass es deutliche Unterschiede zwischen der Referenzvarianten und Rejuvenatorvarianten gibt. Bei der Referenzvariante sind im Allgemeinen die günstigeren Alterungsindikatoren festgestellt worden. Die ungealterten Rejuvenatorvarianten zeigten im Allgemeinen eine ähnliche oder gelegentlich bessere Performance als die Referenzvarianten, nach der Alterung weisen sie jedoch im Allgemeinen eine schlechtere Performance auf als die Referenzvarianten mit weichem Bindemittel als Verjüngungsmittel. Untereinander zeigen die Rejuvenatorvarianten ebenfalls signifikante Unterschiede. Aufgrund dieser Erkenntnisse ist es notwendig die Leistungsfähigkeit nicht nur anhand von ungealterten Asphalten zu prüfen, sondern auch an gealterten Asphaltvarianten. Unter bestimmten Abwägungen lassen sich jedoch Asphalte mit Rejuvenatoren mit adäquaten Eigenschaften der Referenzvarianten herstellen.
• The reuse of asphalt through the addition of reclaimed asphalt pavement (RAP) in the production of asphalt mixtures represents the highest-quality use of reclaimed asphalt. The bitumen contained in the RAP becomes harder due to ageing processes, is noticeable as an increase in the softening point of the ring and ball and is considered a criterion for the general use or the amount of RAP to be added. Fresh binders or rejuvenators (rejuvenating agents) are used to counteract these effects of ageing. However, the use of rejuvenators in the reuse of asphalt was included in the road construction regulations during the course of this research project in the form of the Guidelines for the Use of Rejuvenators in the Reuse of Asphalt (H Re WA) [1]. The research project FE 07.0250/2011/LRB [2] has provided initial approaches and framework conditions for the use of rejuvenators at the asphalt mixing plant. In addition, it has shown differences in the rheological properties and ageing behaviour of mixtures of recycled binder from RAP and different rejuvenators with regard to the binder. At the asphalt mix level, comparable results were found with regard to the performance properties between asphalts with RAP and freshly delivered bitumen as well as asphalts with RAP and rejuvenators. The ageing behaviour of asphalts using RAP and rejuvenators as well as the time course of the effectiveness of rejuvenators have not yet been investigated and are part of this research project. For this purpose, three different types of asphalt (asphalt wearing course, asphalt binder course and asphalt base course) are produced with different RAPs and different RAP proportions. The RAPs used for the production of the asphalt mixtures are of the same type and variety. The binders of the RAPs contained in the mixtures are rejuvenated on the one hand with a soft binder 160/220 (reference variant R0) and on the other hand with up to three different bio-based rejuvenators (R1 to R3) during production. This is intended to improve the performance of the asphalts to be produced. To determine the binder properties, the resulting binders are recovered from the asphalt variants and investigated using conventional (softening point ring and ball, needle penetration, breaking point according to Fraaß) as well as the bitumen typing rapid method (BTSV) in the DSR. For the asphalt variants, the stiffness (all layers) and the fatigue behaviour (asphalt base course only) were determined by means of indirect tensile tests. The low-temperature behaviour of the different asphalts was determined with the thermal stress restrained specimen test (TSRST) and the uniaxial tensile test (UTST). The uniaxial cyclic compression test was carried out on the asphalt surface course and binder course variants to determine the stability. The performance of the asphalts with rejuvenators and RAP was tested again after ageing. The ageing was carried out using the Wuppertal ageing procedure (WAV) at 135 °C in a heating cabinet with a constant supply of fresh air. The ageing procedure was carried out using simple laboratory equipment (basic equipment) and is therefore reproducible in every test centre. The analysis of the results of the performance tests before and after ageing should provide information on the ageing resistance of the rejuvenators used in comparison to the reference variant. The ageing indicators from the FGSV working paper Ageing of Asphalt in the Laboratory (AP AAL) were used for the asphalt analysis. The results show that there are significant differences between the reference and rejuvenator variants. In general, the more favourable ageing indicators were found for the reference variant. The unaged rejuvenator variants generally performed similarly or occasionally better than the reference variants, but after ageing they generally performed worse than the reference variants with soft binder as a rejuvenator. Among themselves, the rejuvenator variants also show significant differences. Based on these findings, it is necessary to test the performance not only on unaged asphalts, but also on aged asphalt variants. However, under certain considerations, asphalts with rejuvenators with adequate properties of the reference variants can be produced.