Einfluss von Licht auf die Alterung von Bitumen

Abstract

Bitumen ist ein organisches Material, welches im Zuge der Aufbereitung von Erdöl als Destillationsrückstand gewonnen wird und sich durch seine Langlebigkeit und wasserabweisenden Eigenschaften auszeichnet. Aufgrund seiner temperaturabhän-gigen, visko-elastischen Materialeigenschaften wird Bitumen als Bindemittel im Straßenbau und als Dichtmittel in der Dachabdichtung verwendet. Bitumen ist während seines Einsatzes unterschiedlichen Temperaturschwankungen, mechanischen und chemischen Beanspruchungen, Reaktivgasen (ROS) und der Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Diese Einflüsse führen zu einem Alterungsprozess im Bitumen, welcher meist irreversibel ist und letztendlich zum Versagen des Werkstoffes beiträgt. Da Bi-tumen eines der wichtigsten industriellen Produkte im Straßenbau darstellt, ist es von großem Interesse diese Alterung im Labor zu simulieren, um die komplexen Alte-rungsprozesse besser verstehen zu können und ihnen entgegenzuwirken. In den aktuellen Labor-Langzeit-Alterungsmethoden, dem Pressure Agening Vessel Test (PAV) und dem Viennese Binder Ageing (VBA) fließt die Sonneneinstrahlung als Einflussfaktor in den Alterungsprozess nicht ein.Ziel dieser Arbeit war es den Einfluss des sichtbaren Lichtes (VIS), welches 43% der Gesamtstrahlung auf der Erdoberoberfläche ausmacht, auf die Alterung des Bi-tumens zu untersuchen. Zusätzlich wurden die Wellenlängenbereiche 365nm und 405nm untersucht, da diese aus Vorstudien eine interessante Interaktion mit dem Material gezeigt hatten. Um den Einfluss von Licht auf die Bitumenalterung besser zu verstehen, wurden einerseits rein photooxidative Alterungsversuche, sowie Kombinationsversuche bei erhöhten Temperaturen durchgeführt. Hierbei wurden die Bitumenfilme mittels Heizplatte erhitzt bzw. von einer Lampe bei einer definierten Höhe bestrahlt. Neben diesen Langzeit-Lichtalterungsversuchen wurden zudem reine Langzeit-Temperaturalterungsversuche durchgeführt, welche als wichtige Referenz für die temperaturinduzierte Alterung dienten.Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Licht in den untersuchten Wellenlängenbereichen VIS, 365nm und 405nm unter reiner Lichteinwirkung zu einem sehr geringen Alterungsprozess im Bindemittel führt. Dieser ist jedoch bei Kombination aus Licht- und Temperatur deutlich stärker ausgeprägt, sowohl auf chemischer als auch auf mechanischer Seite. Es konnte festgestellt werden, dass dieser Alterungsanstieg der Kombinationsversuche nicht nur durch die Addition der Einzelversuche (Lichtversuche + Referenzversuch Temperatur) zurückzuführen ist. Der erhöhte Alte-rungswert deutet auf einen Synergismus zwischen Licht und Temperatur hin. Das sichtbare Licht (VIS) hat bei den untersuchten Wellenlängenbereichen den größten Einfluss auf die Alterung vom Bitumen.

Bitumen is an organic material, which is obtained as a distillation residue during the extraction of petroleum and is characterized by its durability and water repellent properties. Due to its temperature dependent, visco-elastic material properties, bitu-men is used as a binder in road constructions and as a sealant in roof waterproofing. During its lifetime, bitumen is exposed to various temperature fluctuations, mechanical and chemical stresses, reactive gases (ROS) and solar radiation. These influ-ences lead to an aging process in bitumen, which is usually irreversible and ultimately contributes to the failure of the material. Since bitumen is one of the most important industrial products in road construction, it is of great interest to simulate the aging in the laboratory in order to better understand the complex aging procedures and to counteract them. In the current laboratory long-term aging methods, the Pressure Aging Vessel Test (PAV) and the Viennese Binder Aging (VBA), solar radiation is not included as an influencing factor in the aging process. The objective of this work was to investigate the influence of visible light (VIS), which accounts 43% of the total radiation on the earth`s surface, on the aging of bitumen. In addition the wavelength ranges of 365nm and 405nm were examined, as these had shown an interesting interaction with the material in preliminary studies. In order to better understand the influence of light on bitumen aging, purely photooxidative ag-ing tests as well as combination tests at elevated temperatures were carried out. Here the bitumen films were heated, using a hot plate or were irradiated by a lamp at a defined height. In addition to these long-term light aging tests, pure longterm temperature aging tests were also carried out, which served as important reference values for temperature-induced aging. In summary it can be said that light in the examined wavelength ranges VIS, 365nm and 405nm leads under the influence of light alone to a very low aging level of the binder. The aging process is much more pronounced with a combination of light and temperature, both on the chemical and on the mechanical side. It could be determined that this increase in aging of the combination tests is not only due to the addition of the individual tests (light tests + temperature reference test). The increased aging value indicates a synergism between light and temperature. Visible light (VIS) has the greatest influence on bitumen aging in the examined wavelength ranges.