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Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
1
VSVI Seminar - Friedberg/Hessen
21.Januar 2009
VSVI Seminar 21.Januar 2009
Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
VSVI Seminar - Friedberg/Hessen
2 21.Januar 2009
“Modifizierte Spezialbitumen für leistungsoptimierte
Asphaltbeläge”
Dr.-Ing. Ingo Nösler
Dipl.-Ing. Derk Goos
NYNAS NV
Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
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3 21.Januar 2009
Bitumenanwendung in der Vergangenheit
• Entstanden während der Erdevolution durch:– Evaporation, Oxidation und Polymerisation von Erdöl– in Ablagerungssedimenten Mesopotamien (Euphrat & Tigris) Naturasphalt, z. B. Trinidad Lake (1595)
• Bitumen wird verwendet, um Augenkonturen an Kalkmörtel-Statuen zu modellieren (Jordanien, 6700 v. Chr.)
• Abdichtungsmaterial für Schiffe (Arche Noah)
• Mörtel für Mauerwerksbau (Babylon)
• Mumifizierung von Leichen (Ägypten, 3000 v. Chr.)
• Abdichtungsmaterial für Tempelbauten (3000 v. Chr.)
• Prozessionsstrasse „Aibur Schabu“ (Babylon, 600 v. Chr.)
• Medizinische Anwendungen (bis in die Neuzeit)
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4 21.Januar 2009
Mumiya
h:
[arab.]
Asphalt
(Erdpec
h,
Bitumen
)Quelle: Shell Bitumen Handbook
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5 21.Januar 2009
1856 – Deutschland, die ersten Erdöl Bohrungen wurden in Dithmarschen von Ludwig Meyn durchgeführt
1859 – Titusville (Pennsylvania), die historische erste Erdöl-Bohrung von E. Drake gilt als Beginn der Petroleumindustrie
1870 – USA, die ersten größeren Anlagen zur Gewinnung von Bitumen entstehen
1873 – Baku (Aserbaidschan), mit einer Blasendestillation wird erstmals die kontinuierliche Gewinnung von Bitumen möglich
1876 – Washington DC, erste Vergleichstests zwischen Bitumen und Naturasphalt
1888 – USA, die erste Form der Penetration wird durch H.E. Bowen entwickelt
1894 – USA, erste industrielle Anlagen zur Herstellung von Bitumen mittels Blasendestillation
1905 – New York, erstes Fachbuch zur Verarbeitung von Bitumen wird von C. Richardson veröffentlicht
1906 – Deutschland, die erste Bitumenemulsion wird patentiert
1907 – USA, die ersten Asphaltmischanlagen werden gebaut
1924 – Kalifornien, der Straenfertiger wird erfunden
1936 – USA, der Erweichungspunkt Ring und Kugel Versuch wird erfunden
1937 – Berlin, der Brechpunkt nach Fraass wird definiert
1941 – USA, der Marshall Test wird erfunden
1957 – Iowa, die Schaumbitumen werden entwickelt
1963 – England, der erste Drainasphalt wird auf einem Flughafen eingebaut
1967 – Österreich, Polymer modifiziertes Bitumen wird erstmals angewendet
Geschichtliche Entwicklung von Bitumen & Asphalt
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6 21.Januar 2009
Modifizierung von Bitumen
• Basisbitumen (EN 12591)
• Polymermodifizierung
• TL PmB für Standard-PmB (EN 14023)
• Spezialbindemittel:
• Höhere Polymermodifizierung
• Wachsmodifizierung
• Additivierung von Haftmitteln
• Spezialadditive, und diverse Kombinationen untereinander !
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7 21.Januar 2009
Modifiziertes Spezialbindemittel
Nypol 25 HR• Höher Polymer-modifiziert
• Wachs-modifiziert
• Erweiterte Gebrauchseigenschaften
• Hohe statische Lasten
• Hohe Schubbeanspruchungen
• Container Terminals
• Busspuren / Busterminals
• Kreisverkehre
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8 21.Januar 2009
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9 21.Januar 2009
Widerstand gegen bleibende Verformungen
(*) Das vorgestellten Untersuchungsprogramm wurde an der Bergischen
Universität Wuppertal, BESTLAB (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Beckedahl) durchgeführt.
Die Gebrauchseigenschaften von Asphalt lassen sich durch eine
leistungsoptimierte Auswahl des Bitumens erheblich beeinflussen:
Widerstand gegen kurzzeitige Beanspruchungen
Widerstand gegen Einwirkung von Wasser Widerstand gegen wiederholte Beanspruchungen
Spurbildungsversuch
Haftverhalten nach Nösler
Ermüdungsversuch
E-Modul Bestimmung
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von modifizierten Spezialbitumen, Untersuchungsprogramm (*)
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10 21.Januar 2009
NYNAS 50/70, NYPOL 45, NYPOL
25 HR
Verwendete Bindemittel
16,816,119,4Hohlraumgehalt HMbit [Vol-%]
7,85,53,5Hohlraumgehalt Hbit [Vol-%]
3,754,806,50Bindemittelgehalt[M-%]
ATS 0/22
CS
ABi 0/16 SSMA 0/11
S
k = 94 %, 97 %, 100 % und 102 %
Verdichtungsgradder hergestellten Probekörper
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von modifizierten Spezialbitumen, Asphaltmischgut (*)
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11 21.Januar 2009
Spurtiefe vs Überrollung SMA [Stahlrad, Wasser, 50 °C]
0
1
2
3
4
5
0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000
Überrollungen [n]
Sp
urt
iefe
[m
m]
Nynas 50/70 Nypol 45 Nypol 25 HR
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Standfestigkeit, SMA
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12 21.Januar 2009
Spurtiefe vs Überrollung ABi [Stahlrad, Wasser, 50 °C]
0
1
2
3
4
5
0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000Überrollungen [n]
Sp
urt
iefe
[m
m]
Nynas 50/70 Nypol 45 Nypol 25 HR
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Standfestigkeit, ABi
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13 21.Januar 2009
• Die Tragfähigkeit eines Bauteils ist durch die Durchbiegung der
Konstruktion infolge einer aufgebrachten Last gekennzeichnet.
• Die Durchbiegung einer Straße wird unter sonst gleichen
Voraussetzungen im Wesentlichen durch die jeweiligen Schicht
E-Moduln (einschließlich der Unterlage) und durch die zugehörigen
Schichtdicken geprägt.
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Elastizitäts-Modul
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14 21.Januar 2009
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Elastizitäts-Modul, SMA Mastercurve [SMA, k=100%]
y = 20242e-0.0929x
R2 = 1
y = 19120e-0.0994x
R2 = 0.9992
y = 62382e-0.1149x
R2 = 0.9775
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
5 10 15 20 25 30 35Temperatur [°C]
E-M
od
ul [
MP
a]
Nynas 50/70 Nypol 45 Nypol 25 HR
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15 21.Januar 2009
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Elastizitäts-Modul, ABi Mastercurve [ABi, k=100%]
y = 34776e-0.1045x
R2 = 0.9811
y = 28043e-0.1039x
R2 = 0.9922
y = 72653e-0.0959x
R2 = 0.9808
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
5 10 15 20 25 30 35 40Temperatur [°C]
E-M
od
ul
[MP
a]
Nynas 50/70 Nypol 45 Nypol 25 HR
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16 21.Januar 2009
• Der E-Modul kann, je nach verwendetem Bindemittel, in
unterschiedlicher Deutlichkeit beeinflusst werden.
• Bei ansteigendem E-Modul sind positive Effekte auf die
Tragfähigkeit zu erwarten.
• Eine Entlastung der Unterlage kann damit erreicht werden.
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Elastizitäts-Modul
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17 21.Januar 2009
E-Modul (20 °C) vs Verdichtungsgrad k (SMA)
y = 1E-11x7.2052
R2 = 0.9932
y = 8E-08x5.2561
R2 = 0.989
y = 1E-07x5.3821
R2 = 0.9547
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
92 94 96 98 100 102 104Verdichtungsgrad k [%]
E-M
od
ul [
MP
a]
Nynas 50/70 Nypol 45 Nypol 25 HR
E-Modul vs. Verdichtungsgrad, SMA
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18 21.Januar 2009
E-Modul (20 °C) vs Verdichtungsgrad (ABI)
y = 3E-09x5.986
R2 = 0.9888
y = 8E-14x8.3691
R2 = 0.9955
y = 7E-08x5.5869
R2 = 0.9804
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
92 94 96 98 100 102 104Verdichtungsgrad k [%]
E-M
od
ul
[MP
a]
Nynas 50/70 Nypol 45 Nypol 25 HR
E-Modul vs. Verdichtungsgrad, ABi
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19 21.Januar 2009
Der E-Modul zeigt bei Verwendung von PmB
- insbesondere bei der Verwendung von Nypol 25 HR -
eine erheblich geringere Empfindlichkeit gegen
Schwankungen des Verdichtungsgrades als bei
Verwendung von unmodifiziertem Bindemittel
E-Modul vs. Verdichtungsgrad
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20 21.Januar 2009
Spurtiefe vs. Verdichtungsgrad SMA [Stahlrad; Wasser, 50 °C]
y = 1E+53x-26,260
R2 = 0,9806
y = 2E+43x-21.321
R2 = 0.9871
y = 4E+32x-16.138
R2 = 0.9006
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
93 94 95 96 97 98 99 100 101 102Verdichtungsgrad [%]
Sp
urt
iefe
[m
m]
Nynas 50/70 Nypol 45 Nypol 25 HR
Spurtiefe vs. Verdichtungsgrad, SMA
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21 21.Januar 2009
Spurtiefe vs. Verdichtungsgrad ABi [Stahlrad; Wasser, 50 °C]
y = 0.2436x2 - 48.583x + 2425.9
R2 = 0.9646
y = 0.1475x2 - 30.852x + 1615.2
R2 = 1
y = 0.0198x2 - 4.078x + 211.47
R2 = 0.978
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
93 94 95 96 97 98 99 100 101 102Verdichtungsgrad [%]
Sp
urt
iefe
[m
m]
Nynas 50/70 Nypol 45 Nypol 25 HR
Spurtiefe vs. Verdichtungsgrad, ABi
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22 21.Januar 2009
Die Standfestigkeit zeigt bei Verwendung von PmB
- insbesondere bei der Verwendung von Nypol 25 HR -
eine erheblich geringere Empfindlichkeit gegen
Schwankungen des Verdichtungsgrades als bei
Verwendung von unmodifiziertem Bindemittel
.
Spurtiefe vs. Verdichtungsgrad, ABi
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23 21.Januar 2009
• Der Widerstand gegen Ermüdung ist im Versuch mit konstant
gehaltenen Spannungen gekennzeichnet durch die Anzahl der
Lastwiederholungen bis zum Bruch des Probekörpers in
Abhängigkeit von der anfänglichen Zugdehnung.
• Werden mehrere Versuche an gleichen Probekörpern mit unter-
schiedlichen Spannungsniveaus gefahren und in doppelt-
logarithmischem Maßstab aufgetragen, erhält man die Wöhlerlinie.
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Ermündung
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24 21.Januar 2009
Je kleiner der E-Modul desto größer die Dehnung
Je steiler die Wöhlerlinie desto geringer die Ermüdungsfestigkeit
Je größer die Dehnung desto kürzer die Nutzungsdauer
Wöhler-Linie
10
100
1000
100 1.000 10.000 100.000
Anzahl der Lastwechsel bis zum Bruch: log Nf
Anf
angs
dehn
ung
log
[m
icro
ns]
.Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB E-Modul, Dehnung & Ermüdung
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25 21.Januar 2009
Wöhler-Kurven
y = 1116.9x-0.2708
R2 = 0.9647
y = 1206.2x-0.2207
R2 = 0.9275
y = 601.51x-0.1701
R2 = 0.9217
10
100
1000
100 1,000 10,000 100,000 1,000,000 10,000,000
Lastwechsel [N]
An
fan
gsd
ehn
un
g
[m
icro
ns
]
Nynas 50/70 Nypol 45 Nypol 25 HR
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Ermüdung
Nynas 50/70
Nypol 45
Nypol 25 HR
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26 21.Januar 2009
Durch Verwendung von Nypol 25 HR kann:
das Haftverhalten verbessert werden,
die Ermüdungsfestigkeit von Asphaltbelägen erheblich verbessert werden,
die Tragfähigkeit verbessert werden,
sowie die Empfindlichkeit gegen Schwankungen des Verdichtungsgrades verringert werden.
die Standfestigkeit von Asphaltbelägen signifikant verbessert werden,
Verbesserte Asphalteigenschaften durch Einsatz von Spezial-PmB, Zusammenfassung
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27 21.Januar 2009
Containerterminal HamburgNypol 25 HR
21.Januar 2009 28Containerterminal
HamburgNypol 25 HR
21.Januar 2009 29
Containerterminal TollerortContainerterminal Tollerort
8 cm ABI 0/16 Nypol 25 HR
6 cm SMA 0/16 Nypol 25 HR
21.Januar 2009 30
EUROGATE LIEGEPLATZ 1
3 cm A 0/8 splittreich Nypol 25 HR
21.Januar 2009 31
EUROGATE LIEGEPLATZ 1
3 cm A 0/8 splittreich Nypol 25 HR
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32 21.Januar 2009
Im Zuge einer Baumanahme im Hamburger Hafen forderte der Auftraggeber Spurbildungstests für das dort zum Einbau vorgesehene Asphaltmischgut unter verschärften Prüfbedingungen, nämlich anstatt wie üblich bei 50 °C bei 60 °C im Wasserbad. Die Untersuchungen wurden beim asphalt-labor Arno J. Hinrichsen durchgeführt und brachten folgende Ergebnisse:
Bindemittelgehalt Hohlraumgehalt Spurtiefe bei 60 °C M.-% Vol.-% mm
Asphaltbinder 0/16 S
4,2 5,2 1,7
Splittmastixasphalt 0/11 S
7,1 3,7 2,5
Splittmastixasphalt 0/16 S
5,2 3,7 1,4
In Anbetracht der erhöhten Prüftemperatur sind die Ergebnisse der Spurbildungstests als auergewöhnlich gut zu bezeichnen.
Spezialbindemittel - Nypol 25 HR(Containerterminal, Hamburg)
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33 21.Januar 2009
Busbahnhof Hamm – Nypol 25 HR
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34 21.Januar 2009
Sanierung verschiedener Flächen im Busbahnhof der Stadt Hamm (Westfalen). Eignungsprüfungen der Deutag, Niederlassung Duisburg ergaben folgende Ergebnisse:
Bindemittelgehalt Hohlraumgehalt Spurtiefe bei 50 °C M.-% Vol.-% mm
Asphaltbinder 0/22 S
4,2 6,3 2,2
Splittmastixasphalt 0/11 S
6,8 4,2 0,8
Der Einbau des Asphaltmischguts erfolgte ganz konventionell mit Fertiger und einer 9,5 t Glattmantelvibrationswalze. Aufgrund der speziellen Additivierung des Bindemittels ergaben sich bei einer Einbautemperatur zwischen 160 und 170 °C (im Fertigerkübel) keine Probleme mit der Verdichtbarkeit des Mischguts. Der geforderte Verdichtungsgrad von 97 % wurde problemlos erreicht.
Spezialbindemittel - Nypol 25 HR(Busbahnhof, Hamm)
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35 21.Januar 2009
Busspur in Wuppertal
Nypol 25HRStandardBitumen
50/70
• Versuchstrecke Juli 2005
• Asphaltdeckschicht SMA
• „heiß auf warm“
• Asphaltbinderschicht
Differenzen:
• 2006: +15,3
• 2007: +18,6
• 2008: +16,6
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36 21.Januar 2009
Nypol 25 HRLondon, UK
• TARMAC in 2007
• Regent Street, London
• Oxford Street, London
• 1.000 to Asphalt
• Binder- u. Deckschicht
• 22:00 6:00 Uhr
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37 21.Januar 2009
A1, 6-streifiger Ausbau & Erneuerung d. Betonfahrbahn
Projekt Beschreibung:
• Erneuerung der Betonfahrbahn von 2000
• 6 – streifiger Ausbau
• km 172,000 181,357 km
• Tragschicht auf Fundationsschicht
• Binderschicht mit Nypol 25 REC-2(25%-ige Asphaltgranulatzugabe)
• Binderschicht mit Nypol 25 REC-4(40%-ige Asphaltgranulatzugabe)
• Deckschicht mit Nypol 25 HR
Karte musste leider entfernt werden wg. Abmahnung durch
Rechtsanwalt-Büro im Auftrag der Firmen „Falk“, „MGV“ und
„RV“
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38 21.Januar 2009
Niedrig Temperatur Guss(Asphalt)
Quantifizierung der Verarbeitbarkeit
anhand IFM-VIS-GA
von (Guss-)Asphalten an Beispielen
praxisbewährter Produkte
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39 21.Januar 2009
VIS – GA Prüfstand
Quelle: IFM – Dr. Schellenberg Rottweil GmbH
• rd. 10 kg Referenzmischgut
• stufenlose Planetenumlauf-getriebe
• Drehgeschw.: 13 U/min
• Erwärmung auf 180 °C
• Prüfung bei 180, 210 u. 240 °C (Drehmoment)
• Thermische Entkopplung zw. Rührer und Rührwerk
• Temperaturaufnehmer PT 100
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40
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21.Januar 2009
Verarbeitbarkeit / Temperatur IFM Dr. Schellenberg - Rottweil
Verarbeitbarkeitsgrenze: Drehmoment <6.0 Nm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
170 180 190 200 210 220 230 240 250
Temperatur [°C]
Dre
hm
om
ent
[Nm
]
Andere Produkte
Nynas 20/30AR
Grenze Verarbeitbarkeit
Straßenbau Gussasphalt, getestet an Referenzmischgut GA 0/8S
“NYNAS 20/30AR“ – rheologisch verbessert – ist bereits bei 195ºC verarbeitbar, ca. 25ºC weniger!
195ºC
Nynas 20/30AR ist bei < 200ºC verarbeitbar
MarktNynas 20/30AR
220ºC
Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
41
VSVI Seminar - Friedberg/Hessen
21.Januar 2009
Verarbeitbarkeit / Temperatur IFM Dr. Schellenberg - Rottweil
Verarbeitbarkeitsgrenze: Drehmoment <6.0 Nm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
170 180 190 200 210 220 230 240 250
Temperatur [°C]
Dre
hm
om
ent
[Nm
]
Andere Produkte
Nynas 20/30AR
Nytemp 20/30A
Grenze Verarbeitbarkeit
Straßenbau Gussasphalt, getestet an Referenzmischgut GA 0/S
“NYTEMP 20/30A“ ist bereits bei 180ºC verarbeitbar, ca. 40ºC weniger!(weitere 10-15ºC weniger als bei “Nynas 20/30AR”).
180ºC
Nytemp 20/30A ist bei 180ºC verarbeitbar
MarktNynas 20/30ARNytemp 20/30A
195ºC 220ºC
Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
42
VSVI Seminar - Friedberg/Hessen
21.Januar 2009
Straßenbau Gussasphalt, getestet an Referenzmischgut GA 0/8S
Ein weitere Vorteil von “NYTEMP A“ ist die verbesserte Verformungsbeständigkeit
0
1
2
3
4
5
Statisch Dynamisch
mm
30 min 60 min, Zunahme
Nynas 20/30AR, Eindringtiefe
0
1
2
3
4
5
Statisch Dynamisch
mm
30 min 60 min, Zunahme
Nytemp 20/30A, Eindringtiefe
Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
VSVI Seminar - Friedberg/Hessen
43 21.Januar 2009
BG Bau, Gesprächskreis Bitumen
Nytemp - Emissionsmessungen
Eingesparte Menge Heizöl: 118,0118,0 LiterVerringerung der Emissionen der Klimagase (CO2-Äquivalente) um: 368,3368,3 kg
Parkdeck – Großwallstadt – Mai 08
Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
VSVI Seminar - Friedberg/Hessen
44 21.Januar 2009
BG Bau, Gesprächskreis Bitumen
Nytemp - Emissionsmessungen
Eingesparte Menge Heizöl: 637,4637,4 LiterVerringerung der Emissionen der Klimagase (CO2-Äquivalente) um: 1.988,71.988,7 kg
Fachmarktzentrum – Dierdorf – April 08
Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
VSVI Seminar - Friedberg/Hessen
45 21.Januar 2009
Temperaturreduzierte Bitumen
• Vielfach “Verwirrung” auf Seiten der ausschreibenden Stellen !
• Ausgewähltes Basisbitumen + spezielle Wachs Additive
• Nytemp 0/6, 10/20, 20/30, 30/45
Häufiges Missverständnis:
• Bitumen 20/30 + Wachs Nytemp 20/30
• Nytemp 20/30 Pen > 30 mm/10 + Wachs Additive
Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
VSVI Seminar - Friedberg/Hessen
46 21.Januar 2009
Woche 50 – 2007, Nypol 45 MB 70, Ahaus-Stadtlohn, 4 cm SMA 0/11S , 170°C
Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
VSVI Seminar - Friedberg/Hessen
47 21.Januar 2009
Woche 50 – 2007, Nytemp 30/45, Waldbröhl, B 70, 2,5 cm SMA 5 N , 170°C
Dr.-Ing. Ingo Nösler, Dipl.-Ing Derk Goos - Nynas Bitumen
48
VSVI Seminar - Friedberg/Hessen
21.Januar 2009
Der Bitumen Spezialist
www.nynas.com/bitumen