Description of the interface between bitumen and mineral aggregates in respect to adhesive behaviour

Abstract

Das Ziel der Arbeit war es, einen Überblick über verschiedene analytische Techniken in Hinblick auf ihre Fähigkeit zu bieten, die Qualität eines Bitumens im Straßenbau vorab zu bestimmen. Viele der wichtigsten physikalischen Analysemethoden wurden angewendet um Informationen über Bitumen und das verwendete Gestein zu gewinnen und so auf die Adhäsion zwischen den Komponenten rückschließen zu können.<br />Asphalt ist ein sehr gefragter, stark beanspruchter Werkstoff, dem im modernen Straßenbau eine besonders wichtige Rolle zukommt. Asphalt ist im wesentlichen ein Verbundwerkstoff aus Bitumen und verschiedenen mineralischen Bestandteilen. Die Anforderungen an den Werkstoff Asphalt steigen täglich, wodurch es für die Industrie dramatisch an Bedeutung gewinnt, neue Möglichkeiten der Qualitätskontrolle zu finden, um die Eigenschaften von Asphalt, der aus einem bestimmten Bitumen mit bestimmten mineralischen Bestandteilen hergestellt wird, gewährleisten zu können. Die tatsächliche Wechseslwirkung ist durch die chemische Komplexität des Bitumens kaum direkt erfassbar. Daher ist es notwendig, die jeweiligen Komponenten getrennt zu untersuchen. Die Untersuchung von Bitumen stellt dabei die größte Herausforderung dar. Während die rheologischen Eigenschaften von Bitumen noch relativ einfach zugänglich sind, ist die Voraussage chemischer oder physikalischer Interaktionen mit den Mineralien kaum möglich. Dazu wurden folgende Techniken verwendet: CLSM (konfokale Laser Mikroskopie), Fluoreszenzspektroskopie, IR-Spektroskopie, XRD (Röntgendiffraktion), Stickstoff-Adsorption, SEM (Scanning Electron Microscopy) und Kontaktwinkelmessungen

The aim of this study is to provide an overview about analytical methods and their usability in the prediction of asphalt concrete quality. The most prominent analytical methods were used on the bitumen and the mineral aggregates to obtain various kinds of information about the adhesion inside the composite.<br />Asphalt concrete is a high in demand material that plays the key role in modern roadworks. Asphalt concrete is a mixture of bitumen and different mineral aggregates. The interactions between these components are very complex and difficult to access. Hence, it is necessary to study the single components first before examining the composite: Bitumen is the key ingredient of asphalt concrete. Rheological and adhesive properties are important for the application in roadworks.<br />While these are relatively easy to assess, it is very difficult to predict the adhesion between mineral aggregates and bitumen and thus the durability of the road. Since the traffic levels in the European Union are rising year by year, the stressing of the streets is increasing too.<br />It has thus become essential for the petrol industry to provide defined high quality product. Bitumen is a colourful mixture of many different kinds of hydrocarbons, be they aliphatic, olefinic, aromatic, heteroaromatic, or condensed polyaromatic systems of huge proportions.<br />Different analytical methods were applied successfully:<br />Confocal laser scanning microscopy, Fluorescence spectroscopy, Infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Nitrogen adsorption, X-ray diffraction, Scanning electron microscopy, Confocal laser scanning microscopy, Contact angle measurement