Im Rahmen dieser Arbeit werden die theoretischen Grundlagen der Adhäsion und die bisherigen Veröffentlichen über die Anwendung von thermodynamischen Messverfahren zur Untersuchung der adhäsiven Wechselwirkung zwischen Bitumen und Gestein zusammenfassend dargestellt. Die mit Hilfe des Kontaktwinkelmessverfahrens gewonnenen Ergebnisse hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften von Bitumen- und Gesteinsoberflächen sowie die Spreiteigenschaften von Bitumen in direktem Kontakt mit Gesteinsoberflächen werden vorgestellt. Darüber hinaus werden die Eigenschaften von zur Verbesserung der Haftung verwendeten Additiven mit Hilfe dieser Methoden untersucht. Die empirische "Rolling Bottle Prüfmethode" wird derzeit als ein mögliches Verfahren zur messtechnischen Ansprache der Adhäsion diskutiert. Im Einzelnen sind folgende Ergebnisse festzuhalten: 1. Die Kontaktwinkel-Messmethode ist geeignet, um die spezifischen physikalisch-chemischen Eigenschaften von Gesteins- und Bitumenoberflächen messtechnisch zu erfassen. Nach einer geeigneten Probenpräparation ist es möglich, Informationen über die Oberflächenenergie und Polarität von Gesteinsoberflächen und von Bitumen zu gewinnen. 2. Durch Anwendung einer Hochtemperaturmesszelle kann die Benetzbarkeit von Gesteinsoberflächen durch Bitumen direkt gemessen werden. Die Messungen sollten möglichst bei einer Temperatur gleicher Viskosität (Äquiviskositätstemperatur) durchgeführt werden, um sicher zu stellen, dass das Spreitverhalten unterschiedlicher Bitumen ausschließlich auf die physikalisch-chemische Wechselwirkung mit der Gesteinsoberfläche zurückzuführen ist und nicht auf die unterschiedliche Viskosität der Bindemittel. 3. Um eine Gesteinsart hinsichtlich ihrer Oberflächeneigenschaften mit Hilfe der Kontaktwinkelmessungen charakterisieren zu können, muss eine größere Anzahl an Gesteinsproben präpariert und gemessen werden. Nur über eine repräsentative Auswahl und statistische Betrachtung lässt sich ein entsprechender Kennwert ermitteln. Diese Vorgehensweise ist umso wichtiger, je inhomogener die Gesteinsart beschaffen ist. 4. Bei den im Straßenbau verwendeten Gesteinen handelt es sich sehr häufig um Plutonite und Vulkanite. Die Untersuchungen zeigen, dass die üblicherweise im Straßenbau eingesetzten Gesteinsarten hinsichtlich ihrer thermodynamischen Oberflächeneigenschaften messbare Unterschiede aufweisen. Die niedrigste Oberflächenenergie weist Kalkstein auf und die höchste Oberflächenenergie besitzen Taunusquarzit beziehungsweise Gabbro. Generell besteht die Tendenz, dass mit steigendem Siliziumdioxidgehalt die Oberflächenenergie zunimmt. Die Unterschiede sind allerdings weniger groß als erwartet. So können die Unterschiede innerhalb derselben Gesteinsart größer sein als zwischen verschiedenen Gesteinsarten. Die in der Praxis festgestellten deutlichen Unterschiede hinsichtlich der Hafteigenschaften ähnlicher Gesteine, sind offenbar weniger thermodynamisch begründet, sondern vielmehr auf Unterschiede in der Mikrotextur der gebrochenen Gesteinsoberflächen zu-rückzuführen. 5. Der Rolling-Bottle-Test simuliert zeitraffend die schädigende Wirkung von Wasser und mechanischer Abrasion auf die Haftung des Bitumens am Gestein. Während der Beanspruchung überlagern sich somit mehrere physikalische Effekte, die die isolierte Betrachtung der adhäsiven Wechselwirkung erschweren. Die Kontaktwinkelmessmethode ist eine relativ einfache und schnelle Methode, um die adhäsiven Eigenschaften von Gesteinen und Bitumen auf thermodynamischer Grundlage zu charakterisieren. Der Vorteil des Verfahrens ist, dass ausschließlich die physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zwischen den beiden Phasen messtechnisch erfasst werden und andere Einflussparameter die Messung nicht beeinträchtigen. Dieser Vorteil stellt allerdings auch einen Nachteil dar, da zum Beispiel Rauigkeit und Mikrotextur der Gesteinsoberflächen die Stärke der adhäsiven Wechselwirkung durchaus beeinflussen. Die Methode der Kontaktwinkelmessung ist auch auf gealterte Bitumenproben anwendbar. Generell besteht ein erheblicher Einfluss der feinen Gesteinspartikel auf die Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften des Bitumens. Bei der Betrachtung der adhäsiven Wechselwirkung wird dieser Einfluss bisher nicht berücksichtigt. Es besteht somit eine Informationslücke, die durch geeignete Experimente geschlossen werden sollte.rnrn

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Parameter, die zur Identifizierung nach DIN EN 12802 bestimmt werden, nicht hinreichend im Rahmen einer Mustergleichheitsprüfung sind. Technisch bedingte Produktionsschwankungen und die schwierige Probenahme an der Baustelle schränken die Aussagekraft dieser Parameter noch weiter ein. Die BASt hat daher neue Verfahren zur Identifizierung als Ersatz beziehungsweise Ergänzung zu den genormten Methoden getestet. Die thermogravimetrische Analyse bietet Informationen zur Zusammensetzung der Markierungsstoffe über die Abbautemperaturen. In einem Temperaturbereich von circa 10 Grad C bis 1000 Grad C werden kontinuierlich alle Abbauschritte sichtbar und über die Masseveränderung, der jeweilige Anteil bestimmt. Im Temperaturbereich von circa 350-450 Grad C gelang es, den jeweiligen Temperaturen die Bindemitteltypen zu zuordnen. Der Gehalt an Carbonaten (aus Calzit oder Dolomit) als Calciumcarbonat-Äquivalent, wird durch die Abbaustufen bei mehr als 700 Grad C erfasst. Bei gleichen Inhaltsstoffen konnten Verschiebungen der Temperaturstufen auftreten. Im Falle des Calciumcarbonates konnte dieser Effekt auf die unterschiedlichen Gehalte an Calciumcarbonat in der Matrix zurückgeführt werden. Generell zeigt sich eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse der Normverfahren nach DIN EN 12802 mit den Massenverlusten der thermogravimetrischen Abbaustufen in vergleichbaren Temperaturbereichen. Bei der thermogravimetrischen Analyse können zusätzliche Erkenntnisse zur Beurteilung der Mustergleichheit herangezogen werden. Insbesondere die Kombination der Infrarotspektrometrie und der Thermogravimetrie ist eine vielversprechende Möglichkeit für die Identifizierung von Markierungsstoffen. Bei sorgfältiger Probenvorbereitung ist die Thermogravimetrie reproduzierbar und zur Identifizierung aussagekräftig. Die Investitionskosten für die Thermowaage mit Auswerteeinheit betragen circa 40.000 Euro. Für Analyse und Auswertung werden etwa 2,5 Stunden benötigt. Als Verbrauchsstoffe sind jeweils etwa 20 l Stickstoff und synthetische Luft (jeweils 200 ml/min) erforderlich. Die einfache Durchführung, der geringe Zeit- und Personalbedarf sowie die hohe Aussagekraft rechtfertigen diese Investitionskosten. Die Headspace-Gaschromatografie ermöglicht es, lösemittelbasierte Markierungsfarben auf das Vorhandensein von nicht zugelassenen, aromatischer Kohlenwasserstoffen und die verwendeten Lösemittel zu überprüfen. Bei Kaltplastiken ist die Identifizierung des Bindemittels über seine Monomere möglich. Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse, Probenahmen bei Applikationen und Produktionsschwankungen ist noch die Grenzwertfindung, in der die Identität einer Probe zum Urmuster angenommen werden kann, notwendig. Als Anhaltspunkte zur Toleranzenfindung dienen die Angaben der TP-M \'88. Eine Begründung der Toleranzen über produktionstechnische Schwankungen oder Fehler durch Probenahme und Analytik fehlen. Sind die Erfahrungen positiv, wird die Einarbeitung der Verfahren in die Norm DIN EN 12802 angestrebt.