Eine dauerhaft leistungsfähige Verkehrsinfrastruktur ist zum Güter- und Personentransport unerlässlich. Eine wesentliche Zielsetzung moderner Technologien im Straßenbau ist daher eine möglichst lange Gebrauchstauglichkeit von Asphalt-Befestigungen. Zum Zweck der Überbauung von rissgeschädigten bzw. rissgefährdeten Straßenbefestigungen kommen seit mehr als 30 Jahren Asphalteinlage-Systeme zum Einsatz, die im Fokus dieses von der Bundesanstalt für Straßenwesen initiierten Forschungsprojektes standen. Ziel dieses Forschungsprojektes war es, die mögliche nutzungsdauerverlängernde Wirkung von Asphalteinlage-Systemen zu überprüfen, ihre Anwendungsgrenzen aufzuzeigen und eventuelle ökonomische und ökologische Vor- bzw. Nachteile zu quantifizieren. Neben einer Marktübersicht und Kategorisierung der heute zur Verfügung stehen-den Produkte wurde eine breite Befragung über praktische Erfahrungen mit Asphalteinlage-Systemen durchgeführt, sowie ein umfangreiches Laborprüfprogramm realisiert. Um die an Asphalteinlage-Systemen gestellten Forderungen bzgl. ihrer spannungsabbauenden, spannungsaufnehmenden und abdichtenden Wirkung zu überprüfen, wurden unterschiedlichste Prüfverfahren angewendet und daraus Scherversuche, Durchlässigkeitsversuche, 3-Punkt-Biegeprüfungen und Keilspaltversuche für den Nachweis als geeignet angesehen. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse wurde der Einfluss zahlreicher repräsentativer Asphalteinlage-Produkte bei Variation weiterer Systemeigenschaften prüf-technisch untersucht und so deren Einfluss auf die Wirkungsweise bestimmt. Zur Überprüfung einer potenziell nutzungsdauerverlängernden Wirkung, wurden über ein FE-Modell wesentliche Kenngrößen ermittelt, so dass in 3-Punkt-Biegprüfungen abgeleitete Ermüdungskurven, sowie in Keilspaltversuchen bestimmte Rissenergien in neuen Nachweisen gegen Reflexionsrissbildung in die Rechnerische Dimensionierung integriert werden konnten. So konnte die Wirkung auf die theoretische Nutzungsdauer nachgewiesen werden. Eine abschließende Nachhaltigkeitsanalyse beinhaltete ökonomische und ökologische Aspekte. Dabei erwies sich z. B. die Recyclingfähigkeit als wesentlich, wobei unterschiedliche Szenarien betrachtet wurden. Es konnte gezeigt werden, dass Asphalteinlage-Systeme unter den zuvor definierten Bedingungen des jeweiligen Szenarios im Modell wirtschaftlich eingesetzt werden können, sofern eine Abstimmung auf die geplanten Erhaltungszyklen erfolgt. Anhand der Ergebnisse wurden Vorschläge für die Ergänzung des technischen Regelwerkes durch ein Merkblatt und Prüfvorschriften erarbeitet.

Die Wiederverwendung von Ausbauasphalten im gebundenen Straßenoberbau erfolgt in Deutschland seit etwa vier Jahrzehnten. Die in Zukunft anfallenden Ausbauasphalte werden zunehmend bereits mit Asphaltgranulat hergestellt worden sein, sodass mit zunehmenden Alterungsgraden der Bindemittel zu rechnen ist. Entscheidend ist zukünftig, die qualitative Einbindung der Ausbauasphalte in die Wiederverwendungskonzepte zu verbessern. Hierzu sind insbesondere die Aktivierbarkeit und die Homogenisierbarkeit der Bindemittel im Asphaltgranulat mit dem frischen Bindemittel genauer zu beachten. Ob und wieweit eine solche Homogenisierung bei Zugabe von Rejuvenatoren (Verjüngungsmittel) gegeben ist, oder sich vielleicht noch verbessern lässt, ist zu hinterfragen. Zudem ist grundsätzlich die rheologische Wirkung der Rejuvenatoren in Abhängigkeit vom Alterungsgrad der Bindemittel im Asphaltgranulat von Bedeutung. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird eine materialbeschreibende Marktanalyse durchgeführt, mit der die Stoffeigenschaften der angebotenen Rejuvenatoren vergleichend betrachtet werden. Neben der Wirksamkeit wird auch die Dauerhaftigkeit der "Verjüngung" durch simulierte Alterungsprozesse (Laboralterung) ermittelt. Nach der umfassenden Charakterisierung der Art und Dauer der Wirkung der Rejuvenatoren wurde in Abhängigkeit von diesen Ergebnissen eine Auswahl für weitergehende Asphaltuntersuchungen getroffen. Mit drei Produkten erfolgt eine umfassende Untersuchung der Auswirkungen auf die performance-orientierten Asphalteigenschaften. Hierzu wurden Laboruntersuchungen und im Anschluss daran Erprobungen im Rahmen einer Straßenbaumaßnahme durchgeführt, wissenschaftlich begleitet und dokumentiert. Der Einfluss der Rejuvenatoren ist unterschiedlich: Einige Rejuvenatoren wirken tatsächlich rheologisch "verjüngend", andere "fluxend". Die dritte Wirkungsvariante zeigt eine Veränderung des rheologischen Verhältnisses aus elastischen und viskosen Verformungsanteil hin zu noch höheren elastischen Anteilen. Dies ist nach bisherigen Erkenntnissen keine gewünschte Wirkungsweise.

In diesem Forschungsprojekt wird die Frage geklärt, ob Octansäuremethylester (OME) ein geeignetes Substitut für Trichlorethylen als Standardlösemittel für die Bindemittelextraktion aus Asphaltmischgut darstellen kann. Es werden die technischen Voraussetzungen für den Einsatz, die Auswirkungen auf die Ergebnisse von Laborprüfungen und eventuelle labortechnische Folgen analysiert. Die Möglichkeit der Substitution wird für verschiedene Asphaltarten und Bitumen überprüft. OME ist ein weitestgehend ungefährlicher bitumenlösender Pflanzenölester mit einem Siedepunkt von ca. 193 -°C und einem charakteristischen Geruch nach Kokos. Ab einer Temperatur von ca. 245 -°C sind die Lösemitteldämpfe bei Sauerstoffkontakt spontan entflammbar, weshalb die Heissextraktion aus Arbeitsschutzgründen mit diesem Lösemittel nicht durchgeführt werden sollte. Die Extraktion in einer geschlossenen Anlage bei abgesenktem Druck und moderateren Temperaturen kann sicher erfolgen. In den Ergebnissen der Mischgutanalyse zeigen sich unter Anwendung von OME im Vergleich zu Ergebnissen unter Anwendung von Tri als Lösemittel keine signifikanten Unterschiede. Sowohl der bestimmte Bindemittelgehalt als auch der bestimmte Fülleranteil sind unter Anwendung der beiden Lösemittel weitestgehend als gleich zu bewerten. In dem an die Extraktion anschließenden Prozess der Bindemittelrückgewinnung wird das Lösemittel im Rotationsverdampfer von der Bitumenphase getrennt. Dieser Vorgang der Destillation wurde für üblicherweise im Asphaltlabor vorhandene Rotationsverdampfer weitestgehend optimiert. Es war jedoch nicht möglich, das gesamte Lösemittel von der Bitumenphase zu trennen, weshalb Lösemittelreste im Bitumen verblieben. Diese führen zu Veränderungen der physikalischen Eigenschaften der rückgewonnenen Bindemittel. Mehrheitlich zeigt sich das mit OME zurückgewonnene Bindemittel in allen angesprochenen Temperaturbereichen weicher als nach Rückgewinnung mit Tri. Die Ergebnisse der Vergleichsuntersuchungen deuten an, dass die Menge der im Bitumen verbleibenden Lösemittelreste vom verwendeten Destillationsgerät abhängt und dadurch die Vergleichbarkeit von Ergebnissen aus Bitumenprüfungen an mit OME zurückgewonnenen Bindemitteln gering ist.

Der Straßenbaustoff Asphalt ist unter bestimmten Voraussetzungen in der Lage, während Erholungsphasen eine bereits eingetretene Strukturschädigung selbsttätig zum Teil oder vollständig zurückzubilden und so eine Regeneration des Baustoffs zu bewirken. Man spricht von Selbstheilungs- oder Healing-Eigenschaften. Für eine Steigerung der Dauerhaftigkeit von Straßenbauasphalten wäre es von großem Nutzen, die Healing-Eigenschaften kontrollieren bzw. stimulieren zu können. Eine systematische Untersuchung der Healing-Eigenschaften von Bitumen und Asphalt sowie geeignete Verfahren zu ihrer prüftechnischen Ansprache waren bisher nicht bekannt. Ziel des Forschungsprojekts war es, zu klären, ob und mit welchen Prüf- und Auswertemethoden die Healing-Eigenschaften von Straßenbauasphalten im Labor angesprochen werden können. Mit dieser Arbeit werden erstmals Ergebnisse aus systematisch variierten Reihenuntersuchungen zu den Selbstheilungskräften von Bitumen und Asphalt vorgestellt. Es wurden statische und zyklisch-dynamische Laborprüfungen mit Lastpausen (Erholungsphasen) zwischen den Belastungszyklen eingesetzt. Zur Ansprache von Healing-Eigenschaften erwiesen sich auf Asphaltebene kraftgeregelte Zug-Druck-Wechsellastprüfungen und auf Bitumenebene kraftgeregelte DSR-Ermüdungsprüfungen jeweils mit Lastpause als gut geeignet. Es wurde eine Auswertemethodik entwickelt und neue Healing-Indices eingeführt, die eine Beurteilung des Healing-Verhaltens an einem einzigen Probekörper nach Durchführung einer Ermüdungsprüfung erlauben. Die materialspezifischen Healing-Eigenschaften könnten bei der rechnerischen Dimensionierung vorteilhaft berücksichtigt werden. Dazu wird ein Konzept vorgestellt, nach dem die im Rahmen von Dimensionierungen notwendigen Ermüdungsprüfungen mit Untersuchungen zum Healing-Verhalten zu ergänzen sind. Folglich kann ein modifiziertes Materialgesetz verwendet werden, welches auch die materialspezifischen Healing-Eigenschaften abbildet.

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.