Ziel des Forschungsvorhabens war die Herstellung von „Nanoasphalt“ aus mit polymerbeschichteten, plättchenförmigen Nanopartikeln dotierten Bitumenbindemitteln und die Untersuchung des Alterungsverhaltens der neuen Materialklasse. Theoretische Voruntersuchungen zeigten, dass statistisch im Volumen verteilte, mplättchenförmige Partikel mit Aspekverhältnissn D/H > 100 als effektive Diffusionsbarrieren wirken und sowohl die oxidative Alterung als auch den Verlust weichmachender Bestandteile aus Bitumenbindemitteln um den Faktor 2 - 3 verlangsamen können. Es wurde eine lösemittelfreie Synthese für Alkyl-Quat-Primer-Polymere entwickelt und ein Verfahren ausgearbeitet, um Natrium-Montmorillonit (NaMMT) in einem einstufigen Verfahren zu exfoliieren und die entstehenden Silikatblättchen mit den Polymeren zu beschichten. Hochverzweigte Polymere auf Basis von Polyethylenimin mit einem Quarternisierungsgrad von ca. 5 mol% und einem Alkylierungsgrad von 80 mol% unter Verwendung von C12-Substituenten adsorbieren irreversibel auf Montmorrilonit und wirken zugleich als Dispergiermittel. Es konnten Nanopartikel-Bitumen-Komposite (NPBK) hergestellt werden, die bis zu 10 M.-% Nanopartikel mit Dicken von 10-50 nm und Durchmessern von ca. 1-10 μm enthielten. Zur Herstellung eines Demonstrators wurden die Synthesen in den Halbtechnikumsmaßstab hochskaliert (11 kg Polymer → 22 kg modifizierte Nanopartikel → 440 kg Nano-Bitumen → 6.200 kg Nano-Asphalt). Die Einmischung der Nanopartikel in das Bitumen erfolgte einmal mit dem bereits in der Pilotstudie eingesetzten Schnecken-Extruder und mit Blick auf eine spätere Hochskalierung des Herstellungsprozesses mittels Hochschermischer. Die auf diese Weise hergestellten NPBKs wurden in unterschiedlichen Alterungsstufen (frisch, kurz- und langzeitgealtert) anhand von konventionellen und rheologischen Prüfungen beurteilt. Mit ausgewählten NPBK-Varianten wurden auf Laborebene Asphalte hergestellt, die ebenfalls umfangreichen Testreihen unterzogen wurden. Den Projektabschluss bildete die großmaßstäbliche Mischgutherstellung in einer Asphaltmischanlage sowie das Anlegen und Beproben einer Demonstratorfläche.

Im Zuge der Kreislaufwirtschaft, der Schonung von natürlichen Ressourcen und im Bestreben zur Minderung der Folgen des Klimawandels ist es notwendig ressourceneffizient zu handeln und Baustoffe zu verwenden, welche eine hohe Wertigkeit hinsichtlich der Langlebigkeit, Reparaturfreundlichkeit und Wiederverwendbarkeit oder Verwertbarkeit aufweisen. Um die Verwendung größerer Mengen an Ausbauasphalten möglich zu machen, ist es von elementarer Bedeutung das Materialverhalten zielsicher ansprechen und beurteilen zu können. Des Weiteren müssen Mittel und Wege aufgezeigt werden wie Asphaltgranulate, welche durch eine Beurteilung des Erweichungspunktes Ring und Kugel als kritisch eingestuft werden, zielsicher über Performance-Kriterien als einsatzfähig oder nicht mehr verwendbar definiert werden können. Dies ist insbesondere unter Berücksichtigung der zukünftigen Entwicklung bei der mehrfachen Wiederverwendung von Asphalt eine wesentliche Aufgabe. Mit dem hier vorliegenden Forschungsprojekt sollte ein einfaches Performance-Kriterium zur Beurteilung des Gebrauchsverhaltens von Heißasphalt mit Asphaltgranulat geschaffen werden. In diesem Zusammenhang sollte auch die Möglichkeit des indirekten Nachweises einer Doppelumhüllung betrachtet werden. Unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Asphaltgranulaten, welche sich hinsichtlich der Härte des rückgewonnenen Bindemittels unterschieden, wurde der Einfluss der Art, Menge und Mischdauer auf die Asphaltperformance einer Asphaltbinderschicht AC 16 B und einer Asphalttragschicht AC 22 T untersucht. Die verwendeten Asphalte wurden hinsichtlich der Verdichtbarkeit, des Verformungswiderstands, der Asphaltsteifigkeit sowie des Kälte- und Ermüdungsverhaltens analysiert. Darüber hinaus wurde das rückgewonnene Bindemittel hinsichtlich des Erweichungspunktes Ring und Kugel und der Bindemittelsteifigkeit, bestimmt mittels Dynamischem Scherrheometer, geprüft. Für die Untersuchungsvarianten dieses Forschungsprojektes wurde festgestellt, dass die Prüfverfahren zur Bestimmung der Verdichtbarkeit und des Verformungswiderstandes keine belastbaren Prüfergebnisse lieferten. Die Ergebnisse der Verdichtbarkeit differenzieren unter Berücksichtigung der Verfahrenspräzision nicht hinreichend. Bei der Bestimmung des Verformungswiderstandes wurde festgestellt, dass das Vorliegen unterschiedlicher Abbruchkriterien (10.000 Lastwechsel oder 40 ‰ Dehnung) in Kombination mit unterschiedlichen Verläufen (mit oder ohne Wendepunkt) eine generelle Beurteilung basierend auf diesem Prüfverfahren unmöglich macht. Die Betrachtung des Einflusses der Nachmischzeit und der Asphaltgranulatzugabemenge auf die Ergebnisse im Tieftemperaturverhalten, der Asphaltsteifigkeit und der Ermüdung erlaubt keine gesicherte Schlussfolgerung. Es muss festgestellt werden, dass die Prüfergebnisse keine systematischen Verläufe aufweisen. Ein möglicher Performance-Ansatz dieses Forschungsprojektes war die Analyse und der Vergleich der Steifigkeiten des Asphaltes mit denen des verwendeten Bitumens (Gemisch aus Frischbitumen und Bitumen im Asphaltgranulat). Mit den Ergebnissen dieses Forschungsprojektes konnte der Zusammenhang zwischen Bindemittel- und Asphaltsteifigkeit bestätigt werden. Deswegen wurde zur Ableitung eines Performance-Kriteriums für das Gebrauchsverhalten von Heißasphalt mit Asphaltgranulat die festgestellte Korrelation verwendet und angestrebt, unter Verwendung der Ergebnisse des Tieftemperaturverhaltens, einen „kritischen“ Bereich für die Performance-Eigenschaften zu definieren. Dafür wurde der Zusammenhang zwischen der Bruchtemperatur und der Steifigkeit des Asphaltes am kältesten Messpunkt der Steifigkeits-Temperaturfunktion geprüft und eine Korrelation nachgewiesen. Unter Berücksichtigung des Arbeitspapiers Tieftemperaturverhalten von Asphalt, Teil 1, lässt sich in Abhängigkeit von der Frosteinwirkungszone ein kritischer Bereich für die Asphaltsteifigkeit definieren. Bei dem Vergleich zwischen der Bruchtemperatur im Abkühlversuch und der Bindemittelsteifigkeit des rückgewonnenen Bindemittels bei -10 °C und 10 Hz (sowie auch bei 1 Hz) wurde ebenfalls eine Korrelation festgestellt und ein kritischer Bereich definiert. Basierend auf den beschriebenen Zusammenhängen lässt sich eine Empfehlung für den weiteren Umgang mit Asphaltgranulat definieren. So können Mischguthersteller anhand einer Probemischung mit Asphaltgranulat sowie einer anschließenden Extraktion und DSR-Prüfung des Bindemittels die Performance-Wirkung im Asphaltmischgut prognostizieren. Zur Kontrolle der Asphaltperformance sind für den Auftraggeber Prüfungen von Steifigkeits- und/oder Abkühlversuchen zu empfehlen. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Datengrundlage dieses Forschungsprojektes zu schwach für eine finale Aussage (auch bzgl. der Doppelumhüllung) ist und durch weitere Forschung validiert werden sollte. Um in zukünftigen Projekten Inhomogenitäten zu vermeiden wurden darüber hinaus basierend auf den Erkenntnissen dieses Forschungsprojektes Empfehlungen abgeleitet, um Streuungen durch die Probenahme an Asphaltmischwerken zu minimieren.