Stephan Büchler, Frederik Kollmus, Michael P. Wistuba

• Das derzeitige Standardlösemittel für die Bindemittelextraktion aus Asphaltmischgut ist Trichlorethen (Tri), dessen Verwendung jedoch bis 2023 befristet ist. Als Alternative wird das Lösemittel Tetrachlorethen (auch Perchlorethylen, kurz Per) bereits seit 2020 in der Werkseigenen Produktionskontrolle problemlos angewendet. Mit dem kürzlich abgeschlossenen Projekt FE 07.0301 wurde der Nachweis der Gleichwertigkeit von Per und Tri bei der Extraktion und Rückgewinnung geschaffen. Als letzter Schritt der Umstellung erfolgt mit diesem Projekt eine Erhebung von Daten, um die Präzision der Verfahren zu bestimmen. Damit kann der universelle Einsatz des Lösemittels in das Deutsche Regelwerk übernommen werden und Per steht auch für Kontrollprüfungen zur Verfügung. Zur Ermittlung der Streumaße wurden 7 Mischgutsorten (AC 11 D S, SMA 8 S, AC 32 T N, AC 16 B S, PA 8, 2 x MA 8 S) mit unterschiedlichen Bindemitteln hergestellt und in 13 Laboren mittels Per extrahiert, das rückgewonnene Bindemittel analysiert und die Korngrößenverteilung bestimmt. Als Streumaße wurden die Spannweite der Einzelwerte, die Wiederholgrenze r und die Vergleichgrenze R ermittelt. Für die folgenden Merkmale wurden im Ringversuch Streumaße berechnet: • Bindemittelgehalt, • Kenngrößen der Korngrößenverteilung, • Erweichungspunkt Ring und Kugel am rückgewonnen Bindemittel, • Elastische Rückstellung am rückgewonnenen Bindemittel (nur Polymermodifizierte Bindemittel) und • Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren BTSV am rückgewonnenen Bindemittel. Zusätzlich erfolgt im ISBS-Labor die Rückgewinnung mittels Trichlorethen als Referenz und für drei Asphaltsorten (AC 16 B S, PA 8 und ein MA 8 S) wurde das frische, das RTFOT-gealterte und das rückgewonnene Bindemittel mittels erweiterter Bitumenprüfungen untersucht, um mögliche Veränderungen oder Auffälligkeiten zu erkennen. Die Auswertung des Ringversuchs ergab folgende Ergebnisse: • Für den Bindemittelgehalt liegen Wiederhol- und Vergleichpräzision im Wesentlichen unterhalb der Kennwerte der TP Asphalt, Ausnahme: Vergleichgrenze SMA 8 S und PA 8. • Bei der Korngrößenverteilung bestätigen Füller-, Fein- und Sandanteil die Streumaße der TP Asphalt-StB. • Beim Splittanteil werden die Streumaße im Wesentlichen bestätigt, Ausnahme: Vergleichgrenze AC 16 B S und Wiederholgrenze AC 32 T N. • Die ermittelten Streumaße für den Grobkornanteil liegen alle deutlich unterhalb der Kennwerte der TP Asphalt-StB. • Für den Überkornanteil werden die Anforderungen der TL Asphalt-StB bzw. ZTV Asphalt-StB statistisch abgesichert. Bei den Bitumenprüfungen können die viskositätsveränderten Bitumen in die Aus-wertung einbezogen werden, da Ihre Ergebnisse keine Auffälligkeiten zeigen. Weiterhin beziehen sich die Streumaße der Prüfverfahren auf frische Bitumen. Die hier ermittelten Streumaße der Bitumenprüfverfahren liegen generell um einen Faktor von ca. 2 höher. • Beim Erweichungspunkt Ring und Kugel können die Ergebnisse durch die Angaben der EN 12697-3 bestätigt werden, jedoch liegt die hier ermittelte Vergleichgrenze R höher. • Bei der Elastischen Rückstellung können die ermittelten Streumaße als plausibel angesehen werden. • Für das BTSV können die Streumaße der Polymermodifizierten Bitumen als plausibel angesehen werden, jedoch liegen die Streumaße der Straßenbaubitumen nahe des Bereichs der Polymermodifizierten Bitumen. • Für den im BTSV ermittelten Phasenwinkel existieren keine Angaben zur Präzision. Mit dem Faktor von ca. 2 bei rückgewonnenen Bitumen ergibt sich hier als Abschätzung für die Wiederhol- und Vergleichgrenze: r = 0,59 ° und R = 2,88 °. Die Ergebnisse der zusätzlichen Bitumenprüfungen lassen eindeutig erkennen, dass die Bitumeneigenschaften nach Rückgewinnung mit Per praktisch gleichzusetzen sind mit den Bitumeneigenschaften nach Rückgewinnung mit Tri und teilweise mit den Eigenschaften des mittels RTFOT kurzzeitgealterten Bitumen. Im Wesentlichen bestätigen die hier ermittelten Streumaße die bisher in den Regelwerken angegebenen Verfahrenspräzisionen. Die in einigen Fällen verhältnismäßig hohe Vergleichpräzision kann der teilweise noch fehlenden Routine bei der Extraktion und Destillation zugeschrieben werden und sollte sich in Zukunft wieder minimieren. Änderungen im Regelwerk bzgl. der Streumaße werden nicht als notwendig angesehen. In allen Regelwerken, welche auf Tri Bezug nehmen, können diese Passagen gelöscht und Per als Lösemittel zur universellen Benutzung frei gegeben werden. Damit kann ein nahtloser Übergang von den Extraktionen mit Trichlorethen auf Tetrachlorethen erfolgen, so dass die Qualitätssicherung weiterhin auf einem hohen Niveau betrieben werden kann.
• The current solvent for bituminous binder extraction from asphalt mixtures is trichloroethene (Tri), but its use is limited until 2023. As an alternative the solvent tetrachloroethene (also known as perchlorethylene, or Per) is already in use since 2020 for the production control without any problems. The recently finished research project FE 07.0301 proofed the equivalence of Per and Tri in extraction and binder recovery. For a final step to change to Per this project is determining the statistical precision of the test methods after extraction and distillation process. By implementing the results into the German standards, the universal use of the solvent Per can be allowed in Germany. To determine this statistical spread, 7 types of mixtures (AC 11 D S, SMA 8 S, AC 32 T N, AC 16 B S, PA 8, 2 x MA 8 S) with different bituminous binders were prepared and extracted in 13 laboratories by means of Per. Afterwards the recovered bitumen were analyzed and the grading curves determined. To evaluate the statistical precision, the spread of the single values, the repeatability limit r and the reproducibility limit R were determined as spread limits. The statistical spreads were calculated for the following characteristics in a round robin test: - Binder content, - Characteristics of the grading curve, - Softening point ring and ball of the recovered bitumen, - Elastic recovery of the recovered bitumen (only polymer modified binders) and - “Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren” BTSV of the recovered bitumen. In addition, recovery using Tri as a reference was carried out in the ISBS laboratory and for three asphalt mixtures (AC 16 B S, PA 8 and one MA 8 S) the fresh, the RTFOT-aged and the recovered binders were examined by means of extended bitumen test methods in order to identify changes or abnormalities in the characteristics of the bitumen. The analyses of the round robin test lead to this results: - Repeatability and reproducibility limits of determined binder contents are essentially below the limits in German standard TP Asphalt, except the reproducibility limits of SMA 8 S and PA 8. - Filler (<0.063 mm), fine (<0.125 mm) and sand (0.063 – 2.0 mm) fractions calcu-lated from the particle size distribution confirm the limits of TP Asphalt-StB. - Analyzing the grit fraction (>2.0 mm), the spread limit is essentially confirmed, except for the reproducibility limit of the AC 16 B S and the repeatability limit of the AC 32 T N. - The spread limits determined for the coarse grit fraction are all below the limits of TP Asphalt-StB. - For the oversize fraction, the requirements of German standards TL Asphalt-StB and ZTV Asphalt-StB are statistically verified. Analyzing the results of bitumen test methods, viscosity modified bitumen can also be included in the round robin test, as their results don’t show any deviations or observations. As all spread limits in bitumen test methods refer to virgin bitumen, the determined spread limits in the bitumen test methods, using recovered bitumen, are generally increased by a factor of approx. 2. - The determined spread limits for the softening point ring and ball confirm the specifications of EN 12697-3, except the determined reproducibility limit R, exceeding the limit. - For elastic recovery, the determined spread limits are reasonable, as no limits for recovered bitumen exists. - Analyzing the resulting temperature of BTSV, spread limits of polymer modified bitumen can be considered reasonable. The spread limits of the plain bitumen should be lower, but also reached the level of the polymer modified bitumen. - For the phase angle, resulting from BTSV, no information about spread limits exists. Using a factor of approx. 2 for recovered bitumen, the estimation for the repeatability and reproducibility limits would be: r = 0.59 ° and R = 2.88 °. The results of the additional bitumen tests indicate explicit that the bitumen properties after recovery with Per are equivalent to the bitumen properties after recovery with Tri and often similar to the properties of the short term aged bitumen by RTFOT. In essence, all determined spread limits confirm the limits given in the German standards and regulations. Some of the high reproducibility limits can be caused by a lack of routine in extraction and distillation process with Per and should decrease in future. Regarding German Standards and regulations, no changes are considered to be necessary. In standards referring to Tri, these passages can be deleted and can be replaced by Per as a solvent for universal use. The results of this round robin test will allow the final transition in extraction from trichloroethylene to tetrachloroethylene, so the high level assurance in asphalt mixture analysis can be kept up.