Bitumen ist ein Bindemittel für Asphalt, wird jedoch auch im Wasserbau sowie in der Dach- und Abdichtungsindustrie eingesetzt. Es wird hauptsächlich aus Erdöl gewonnen und ist anfällig für oxidative Alterungsprozesse. Diese Prozesse führen im Laufe der Zeit zu Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung und den physikalischen Eigenschaften des Bitumens, was letztlich zu Materialversagen (z. B. Ermüdungsrissen) führen kann. Stark geschädigtes Material muss entfernt werden und wird als Recyclingasphalt (RAP) gelagert. Diese Materialien können nicht direkt wiederverwertet werden, sondern erfordern den Einsatz von Rejuvenatoren, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Eine besonders interessante Gruppe solcher Additive sind Bio-Additive, die ursprüngliche Eigenschaften wiederherstellen und die Leistungsfähigkeit sowie die Dauerhaftigkeit von RAP verbessern können. Allerdings sind zahlreiche kommerziell verfügbare Bio-Additive erhältlich, ohne dass detaillierte Informationen über Herkunft und chemische Zusammensetzung vorliegen.Das erste Ziel dieser Studie war es, eine Reihe unbekannter Bio-Additive durch die Kombination vorhandener Literaturinformationen und gezielter chemischer Analysen mittels Infrarotspektroskopie (IR) zu untersuchen. Auf Grundlage dieser Untersuchungen wurde ein Kategorienschema entwickelt, das sich auf die Herkunft der Additive und die dominierenden funktionellen Gruppen stützt. Zwei Gruppen von Bio-Additiven (phenolische und ungesättigte Ester) wurden anschließend hinsichtlich ihrer thermischen Alterungsanfälligkeit genauer untersucht und mittels IR-Spektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie, Kernspinresonanzspektroskopie sowie Hansen-Löslichkeitsparametern miteinander verglichen. Da diese Methoden ursprünglich für unmodifiziertes Bitumen entwickelt wurden, bestand ein weiteres Ziel darin, die Analysetechniken an bio-modifizierte Materialien anzupassen und zu optimieren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ester-modifizierte RAP - Bitumen im Vergleich zu RAP - Bitumen, das mit phenolischen Additiven modifiziert wurden, eine geringere Neigung zu altersbedingten Veränderungen aufweisen. Insbesondere esterbasierte Systeme zeigen während des Alterungsprozesses geringere oxidative Effekte und einen geringeren Grad an Additivabbau. Diese Studie hat gezeigt, dass die Wirksamkeit von Bio-Additiven stark von ihrer chemischen Zusammensetzung beeinflusst wird, was deren chemische Klassifizierung und Vergleich nützlich und notwendig macht. Zudem wurde festgestellt, dass das Vermischen von Recyclingmaterialien mit spezifischen Bio-Additiven eine vielversprechende Methode darstellt, um die Leistungsfähigkeit von Straßenbelägen und die Effizienz des Recyclings künftig zu verbessern.
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Bitumen is a binder for asphalt but is also used in hydraulic engineering, roofing and waterproofing industries. It is primarily derived from crude oil and is susceptible to oxidative ageing. This process induces changes in the chemical composition and the physical properties of bitumen over time leading to material failure (e.g. fatigue cracking). Severely deteriorated material must be removed and is stored as reclaimed asphalt pavement (RAP). These materials cannot be recycled directly but require recycling agents to function properly. One particularly interesting group of recycling agents are bio-additives, which can restore original properties and improve the performance and durability of RAP. However, a large number of different bio-additives are commercially available without detailed information on the origin and chemistry of the products.The first objective of this study was to analyse a number of unknown bio-additives by combining available literature information and targeted chemical analysis using infrared spectroscopy (IR). Based on this study, a categorization scheme based on origin and dominant functional group was proposed. Two groups of bio-additives (phenolics and unsaturated ester) were further investigated and compared in terms of their susceptibility to ageing using IR spectroscopy, Fluorescence spectroscopy, Nuclear magnetic resonance spectroscopy and Hansen solubility parameter methods. As these analytical methods were originally developed and optimized for unmodified bitumen, an additional objective of this study was to adapt and evaluate their applicability to bio-modified RAP- bitumen. The findings suggest that ester-modified RAP - bitumen demonstrate a reduced propensity to undergo ageing-related changes in comparison to RAP - bitumen that have been modified with phenolic additives. In particular, ester-based systems exhibit reduced oxidative effects and a lower degree of additive degradation during the ageing process. This study has demonstrated that the effectiveness of bio-additives is strongly influenced by their chemical composition, which facilitates their classification and comparison. In addition, it was found that blending recycled materials with specific bio-additives is a promising approach for improving road performance and recycling efficiency in the future.
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