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| 11 Auswertung der Versuchsergebnisse 11.1 Oberflächenspannung der geprüften Bitumen 11.2 Kontaktwinkel nach Benetzung auf Mineralstoffen 11.2.1 Kontaktwinkel nach Benetzung: B 1, B 2, B 3 11.2.2 Kontaktwinkel nach Benetzung: B 1, B 2, B 3 + HM 1, 2 / Polymer 1 / WmB 11.3 Kontaktwinkel nach Wasserlagerung auf PTFE 11.4 Kontaktwinkel nach Wasserlagerung auf Objektträgern 11.5 Kontaktwinkel nach Wasserlagerung auf Mineralstoffen 11.5.1 Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 2 h Wasserlagerung 11.5.2 Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 24 h Wasserlagerung 11.5.3 Klassifizierung des Adhäsionsvermögens nach 2 h Wasserlagerung 11.5.4 Klassifizierung des Adhäsionsvermögens nach 24 h Wasserlagerung 11.5.5 Differenzwinkel: wachsmodifizierte Bitumen: WmB 1, WmB 2, WmB 3 11.5.6 Differenzwinkel: polymermod. Bitumen:B 1, B 2,B 3 + Polymer 1,2 nach 2 h 11.5.7 Differenzwinkel: polymermod. Bitumen:B 1,B 2,B 3 + Polymer 1,2 nach 24 h 11.5.8 Differenzwinkel: Gummimodifizierte Bitumen: GmB 3 11.5.9 Differenzwinkel: Bitumen + Haftmittel: B 1, B 2, B 3; + HM 1, HM 2 11.5.10 Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 2 h Regenwasserlagerung 11.5.11 Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 24 h Regenwasserlagerung 11.1 Oberflächenspannung der geprüften Bitumen 
Abb.45: Ergebnis der
Messung der Oberflächenspannung (Trendlinien)
Die Ergebnisse der Messung der Oberflächenspannung der Bitumen entsprechen der üblichen Einteilung der Bitumen nach ihrer Provenienz. Die größte Oberflächenspannung zeigen die paraffinbasischen Bitumen russischer Provenienz. Das paraffin-naphtenbasische Bitumen weist im Vergleich eine mittlere Oberflächenspannung auf. Naphtenbasische Bitumen aus Venezuela haben nach der Messung die geringste Oberflächenspannung. Durchgehend haben die wachsmodifizierten Bitumen im Vergleich zu einem nicht modifizierten Bitumen eine höhere Oberflächenspannung. Dies trifft ebenfalls durchgehend auf die mit Haftmittel modifizierten Bitumen zu.. Mit je 10°C Temperaturerhöhung nahm die Oberflächenspannung aller Bitumen durchschnittlich um 0,71 mN/m ab. Durch die relativ konstante Abnahme der Oberflächenspannung sind die Trendlinien parallel zueinander. Dieses Verhalten entspricht in etwa den Angaben von THELEN. [23] Bei dessen Untersuchungen nahm die Oberflächenspannung um 0,8 mN/m je 10°C Temperaturerhöhung ab. Die höhere Oberflächenspannung bei den paraffinbasischen Bitumen könnte mit einem durchschnittlich höheren Gehalt an Asphaltenen erklärt werden. 11.2 Kontaktwinkel nach Benetzung auf Mineralstoffen 11.2.1 Kontaktwinkel nach Benetzung: B 1, B 2, B 3 
Abb.48: Kontaktwinkel nach Benetzung auf Mineralstoffen 11.2.2 Kontaktwinkel nach Benetzung: B 1, B 2, B 3 + HM 1, 2 / Polymer 1 / WmB 
Abb.49: Kontaktwinkel nach Benetzung auf Mineralstoffe Die Messung der Kontaktwinkel auf verschiedenen Mineralstoffen mit Bitumen unterschiedlicher Provenienz verzeichnet deutliche Unterschiede im Benetzungsverhalten (Abb.: 48). Das naphtenbasische Bitumen besitzt durchgehend die größten Kontaktwinkel nach Benetzung. Im Vergleich dazu ergaben sich beim paraffinbasischen Bitumen auf allen Mineralstoffen die kleinsten Kontaktwinkel und somit die beste Benetzbarkeit. Das paraffin – naphtenbasische Bitumen hat im Vergleich zu den beiden anderen eine mittlere Benetzbarkeit. Die Benetzbarkeit der Mineralstoffe zeigt ebenfalls Unterschiede auf. Die Kontaktwinkelmessungen auf Quarzit ergaben mit Abstand die kleinsten Werte, während das Benetzungsverhalten auf Kalk am schlechtesten war. Die gute Benetzung des Quarzits lässt sich mit dessen hoch polarer Oberfläche erklären. Silikathaltige Mineralstoffe haben ein hohes Dipolmoment, das zu hohen Wechselwirkungskräften zwischen den Bindungspartnern führt. Zusätzlich wird das Spreiten des Bitumentropfens durch die differente Oberflächenrauhigkeit der untersuchten Mineralstoffe beeinflusst. Rauhigkeits-unterschiede findet man z.B. zwischen Quarzit und Kalk. Nach dem Sägen des Mineralstoffs Quarzit ist die Oberfläche relativ glatt. Der Kalkstein hat demgegenüber eine etwas aufgelockerte Mineralstoffoberfläche. Bei der Benetzung der modifizierten Bitumen (Abb.: 49) wurde entsprechend des erhöhten Erweichungspunktes (R.u.K.) eine höhere Temperatur gewählt. Die Benetzungstemperatur wurde auf ca. 25°C bis 30°C über dem Erweichungspunkt festgelegt.
Tab.15: Übersicht
der gewählten Benetzungstemperaturen
Die Auswertung der Kontaktwinkel bei den modifizierten Bitumen spiegelt überwiegend eine bessere Benetzbarkeit im Vergleich zu den Grundbitumen B 1, B 2 und B 3 wieder. Weiterhin ist erkennbar, dass die Spannweite zwischen den am schlechtesten zu benetzenden Kalk und dem sehr gut zu benetzenden Quarzit bei den modifizierten Bitumen kleiner wird. Berechnet man die Differenz aus dem Kontaktwinkel der Bitumen auf Kalk und Quarzit wird dieses Verhalten deutlich (Tabelle: 16). 
Tab.16: Kontaktwinkel
– Spannweite nach Benetzung: Kalk I hell - Quarzit
Die Tabelle 16 zeigt, dass die Kontaktwinkel - Spannweite zwischen Kalk und Quarzit stets beim naphtenbasischen Bitumen B 1 und dessen Modifizierungen am größten ist. Zusätzlich wird der geringe Unterschied der Benetzbarkeit der beiden Mineralstoffe bei den wachsmodifizierten Bitumen (WmB 1, 2, 3) ersichtlich. Folglich lässt sich sagen, dass bei den geprüften modifizierten Bitumen nicht nur die Benetzbarkeit auf den einzelnen Mineralstoffen verbessert wird, sondern sich die Benetzbarkeit der verschiedenen Mineralstoffe angleicht. 11.3 Kontaktwinkel nach Wasserlagerung auf PTFE Erwartungsgemäß fand keine Bitumenverdrängung auf der PTFE - Oberfläche, bzw. kein Anstieg der Kontaktwinkel statt. Es stellte sich sogar eine verbesserte Benetzung der PTFE - Oberfläche ein.
11.4 Kontaktwinkel nach Wasserlagerung auf Objektträgern Insbesondere bei der Wasserlagerung der mit Bitumentropfen benetzten Objektträger, stellten sich sehr unterschiedliche Messergebnisse ein. Bei der Untersuchung wurde jeweils ein Objektträger mit drei Bitumen (jeweils drei Tropfen) benetzt und für 30 min bei 40°C in entionisiertes Wasser gelegt. Die einzelnen Werte stellen somit ein Mittelwert aus den Differenzwinkeln aus drei Bitumentropfen dar. 
Tab.17: Differenzwinkel:
Bitumen – Objektträger
Die hohen Differenzwinkel nach 30 min Wasserlagerung beweisen die schlechten Hafteigenschaften von Glas. Da Glas ein Silikat darstellt und folglich sehr polar ist, sind die Bindungskräfte zum Wasser sehr hoch. Die Verdrängung des relativ unpolaren Bitumentropfens setzt daher sehr schnell ein. Die Auswertung der Kontaktwinkel nach Wasserlagerung macht eine sehr geringe Wiederholbarkeit der Ergebnisse deutlich. Die Ergebnisse beim naphtenbasischen Bitumen B 1 zeigen eine Spannweite von 71° in der Messreihe. Die differenten Messergebnisse können verschiedene Ursachen, wie der Einfluss der Luftfeuchtigkeit, Verschmutzung der Oberfläche oder unterschiedliche Glaseigenschaften haben. Tendenziell zeigen die Differenzwinkel – Ergebnisse, dass das naphtenbasische Bitumen den geringsten Verdrängungswiderstand hat. Das paraffin - naphtenbasische Bitumen weist die geringste Verdrängung bei Wassereinwirkung auf. 11.5 Kontaktwinkel nach Wasserlagerung auf Mineralstoffen
11.5.1 Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 2 h Wasserlagerung 
Abb.50: Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 2 h Wasserlagerung 11.5.2 Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 24 h Wasserlagerung 
Abb.51: Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 24 h Wasserlagerung Die Auswertung der Kontaktwinkel – Differenzen (Abb.: 50, 51), vereinfacht als Differenzwinkel bezeichnet, die sich aus dem Kontaktwinkel / Randwinkel nach Wasserlagerung in Subtraktion mit dem Kontaktwinkel nach der Benetzung zusammensetzen, offenbaren bereits nach zwei Stunden Wasserlagerung signifikante Ergebnisse. Die durchschnittliche Zu- bzw. Abnahme des Differenzwinkels nach 24 Stunden liegt im Vergleich zur Messung nach 2 Stunden bei etwa 30 %. Das naphtenbasische Bitumen besitzt bei Wasserlagerung, ausgenommen beim Quarzit und der hellen Grauwacke, ein sehr gutes Adhäsionsvermögen. Auffallend ist, dass das Gestein mit der besten Benetzbarkeit, den geringsten Verdrängungswiderstand gegenüber Wasser aufzeigt. Die gute Benetzbarkeit des Quarzits ist mit der hochpolaren Oberfläche zu erklären. Der hohe polare Anteil verstärkt wiederum die hydrophile Eigenschaft des Gesteins. Dies begründet den hohen Differenzwinkel bzw. die verstärkte Verdrängung der Bitumentropfen auf dem Quarzit. Das paraffin-naphtenbasische Bitumen zeigt im Vergleich zum naphtenbasischen Bitumen ein geringeres Adhäsionsvermögen bei Wasserlagerung auf. Einzig in Kombination mit dem Diabas I besitzt das paraffin-naphtenbasische Bitumen ein gutes Adhäsionsverhalten. Auch hier bildet der Quarzit und die helle Grauwacke das Schlusslicht. Das paraffinbasische Bitumen hat eindeutig das geringste Haftvermögen bei Wassereinwirkung. Die kleinste Kontaktwinkeldifferenz besitzt, wie beim paraffin-naphtenbasischen Bitumen der helle bzw. dunkle Diabas I. Alle weiteren geprüften Mineralstoffe haben gegenüber dem paraffin-naphtenbasischen Bitumen ein schlechtes Adhäsionsvermögen bei Wasserlagerung. Die Mineralstoffe Quarzit und die helle Grauwacke haben gegenüber den drei geprüften Bitumen ein sehr schlechtes bzw. schlechtes Adhäsionsvermögen. Das beste Adhäsionsvermögen hat bei den paraffin-naphtenbasischen und paraffinbasischen Bitumen der dunkle Diabas I. Folglich schafft die Größe des Differenzwinkels die Möglichkeit einer Beurteilung des Adhäsionsvermögens und somit die Klassifizierung der geprüften Bitumen – Mineralstoff – Kombinationen. Um das Adhäsionsvermögen zu klassifizieren, wird die Höhe des Differenzwinkels nach 2 Stunden Wasserlagerung als Beurteilungsgröße herangezogen.
Nach 2 h Stunden Wasserlagerung gilt:
Tab.18: Klassifizierung
des Adhäsionsvermögens nach 2 h Wasserlagerung
Aufgrund der höheren Differenzwinkel nach 24 Stunden Wasserlagerung werden die Grenzen der Klassifizierung entsprechend höher festgesetzt. nach 24 h Stunden Wasserlagerung gilt:
Tab.19: Klassifizierung
des Adhäsionsvermögens nach 24 h Wasserlagerung
11.5.3 Klassifizierung des Adhäsionsvermögens nach 2 h Wasserlagerung B 1: naphtenbasisches
Bitumen
B 2: paraffin - naphtenbasisches Bitumen
B 3: paraffinbasisches
Bitumen
11.5.4 Klassifizierung des Adhäsionsvermögens nach 24 h Wasserlagerung B 1: Naphtenbasisches
Bitumen
B 2: Paraffin - naphtenbasisches
Bitumen
B 3: Paraffinbasisches
Bitumen
11.5.5 Differenzwinkel: wachsmodifizierte Bitumen: WmB 1, WmB 2, WmB 3 Mittelwerte aus jeweils 10 Bitumentropfen (in Klammern die Anzahl der abgelösten Bitumentropfen) 
Abb.52: Differenzwinkel: wachsmodifizierte Bitumen: WmB 1, WmB 2, WmB 3 Aufgrund des hohen Erweichungspunktes Ring und Kugel von 74,2°C bis 77,2°C bei den wachsmodifizierten Bitumen WmB 1, WmB 2 und WmB 3, wurde die Temperatur bei der Wasserlagerung auf 70°C (ca. 5°C unter E.P. R.u.K) festgelegt. Die Auswertung der Differenzwinkel ergab, dass die Bitumentropfen nach 2 h bzw. 24 h Wasserlagerung nicht verdrängt wurden. Folglich war der Differenzwinkel der drei Bitumensorten unterschiedlicher Provenienz etwa gleich null. Die Erhöhung der Wassertemperatur auf 80°C (5°C über dem Erweichungspunkt R. u. K.) hatte spontane Bitumenablösungen zur Folge. Insbesondere beim paraffinbasischen Bitumen WmB 3 löste sich das Bitumen bereits nach einer Stunde vollständig vom Mineralstoff - Plättchen „Grauwacke hell“ ab. Insgesamt zeigte das paraffinbasische Bitumen bei 80°C die höchsten Bitumenverluste (19 Bitumentropfen von 40 abgelöst). Beim paraffin-naphtenbasischen Bitumen WmB 2 und naphtenbasischen Bitumen WmB 1 lösten sich jeweils drei Tropfen von den Gesteinsoberflächen. Trotz der Bitumenablösung konnten aus den restlichen Tropfen Differenzwinkel nach zweistündiger Wasserlagerung gebildet werden. Die Ergebnisse zeigen ähnliche Reihenfolgen des Haftvermögens, wie bei den vorherigen Untersuchungen auf. Im Vergleich zu WmB 2 und WmB 3 zeigt das naphtenbasische Bitumen WmB 1 wiederholt die besten Hafteigenschaften. Das paraffinbasische Bitumen bildet auch hier das Schlusslicht. Außerdem bestätigen sich die hohen Differenzwinkel auf Quarzit und der hellen Grauwacke. Klassifizierung des Adhäsionsvermögens
nach 2 h Wasserlagerung bei 70°C
Bitumen: WmB 1, WmB 2, WmB 3
Klassifizierung des Adhäsionsvermögens
nach 2 h Wasserlagerung bei 80°C
Bitumen: WmB 1
Bitumen: WmB 2
Bitumen: WmB 3
11.5.6 Differenzwinkel: polymermod. Bitumen:B 1, B 2,B 3 + Polymer 1,2 nach 2 h 
Abb.53: Differenzwinkel: Polymermod. Bitumen:B 1,B 2,B 3 + Polymer 1,2 nach 2 h 11.5.7 Differenzwinkel: polymermod. Bitumen:B 1,B 2,B 3 + Polymer 1,2 nach 24 h 
Abb.54: Differenzwinkel: Polymermod. Bitumen:B 1,B 2,B 3+ Polymer 1,2 nach 24 h Die Abbildungen 53 und 54 stellen im Vergleich zu den drei Grundbitumen (70/100), die Differenzwinkel der polymermodifizierten Bitumen PmB 65 dar. Die ausgewerteten Differenzwinkel der polymermodifizierten Grundbitumen scheinen einen bedeutsamen Einfluss auf die Hafteigenschaften bei Wasserlagerung zu besitzen. Während beim paraffinbasischen und paraffin-naphtenbasischen Bitumen die Modifizierung die Adhäsion stark verbessert, hat die Polymermodifizierung auf das naphtenbasische Bitumen nur eine geringe haftverbessernde Wirkung bzw. sogar verschlechternde Auswirkungen auf die Haftung. Insbesondere das zuvor als „schlecht“ eingestufte Adhäsionsvermögen des paraffinbasischen Bitumen auf Kalk und dem Diabas, kann durch die Polymermodifizierung als „sehr gut“ eingeordnet werden. Klassifizierung des Adhäsionsvermögens
nach 2 h Wasserlagerung bei 45°C (PmB’ s)
Naphtenbasisches Bitumen: B 1 +
Polymer 1
Paraffin - naphtenbasisches Bitumen:
B 2 + Polymer 1, 2
Paraffinbasisches Bitumen: B 3 +
Polymer 1, 2
11.5.8 Differenzwinkel: Gummimodifizierte Bitumen: GmB 3 
Abb.55: Differenzwinkel: Gummimodifizierte Bitumen Um den Einfluss von Gummimehl zu prüfen, wurde das paraffinbasische Bitumen mit jeweils 10 und 15 % Gummimehl bei ca.180°C vermischt. Beim Benetzen der Mineralstoffoberflächen mit den Bitumentropfen, wurde versucht die rückständigen Gummipartikel nicht mit aufzubringen. Dies gelang jedoch nur teilweise, so dass die Kontaktwinkelmessungen nicht bei allen Tropfen durchgeführt werden konnten. Auf das Heraussieben der Gummipartikel mit einer Trichlorethylen – Lösung wurde verzichtet, um die Struktur des Bitumens nicht zu beeinflussen. Die Gummimodifizierung des paraffinbasischen Bitumen zeigt insbesondere auf Kalk eine positive Wirkung. Das zuvor als „sehr schlecht“ bewertete Adhäsionsvermögen, ist durch die Modifizierung als „gut“ bis „mäßig“ einzustufen. Sowohl auf dem Diabas als auch auf der hellen Grauwacke ist nur eine geringe Verbesserung der Haftung festzustellen. Auf dem Quarzit bewirkt die Gummimodifizierung ein Anstieg des Differenzwinkels um etwa 10°. Klassifizierung des Adhäsionsvermögens
nach 24 h Wasserlagerung
bei 50°C (gummimodifizierte
Bitumen)
11.5.9 Differenzwinkel: Bitumen + Haftmittel: B 1, B 2, B 3; + HM 1, HM 2 
Abb.56: Differenzwinkel: Bitumen + Haftmittel: B 1, B 2, B 3; + HM 1, HM 2 Die Grundbitumen B 1, B 2, B 3 wurden mit jeweils zwei Haftmitteln vermischt. Haftmittel HM 1 und Haftmittel HM 2 (aus eigener Herstellung) bestehen im Wesentlichen aus Aminen. Die Bitumen wurden mit jeweils 0,4 % der eingesetzten Haftmittel modifiziert. Die Auswertung der Differenzwinkel belegt das stark verbesserte Haftvermögen durch den Einsatz von Haftmitteln. Bis auf eine Ausnahme (B 3 – HM 1, 2) wurden negative Differenzwinkel und somit eine nachträgliche Benetzung der Mineralstoffe ermittelt. Positive Differenzwinkel wurden bei dem mit HM 1 und HM 2 modifizierten paraffinbasischen Bitumen B 3 auf dem Mineralstoff Kalk festgestellt. Folglich kam es bei dieser Kombination durch die Wassereinwirkung zu einer geringen Bitumenverdrängung. Insgesamt ist festzustellen, dass der Einsatz von den geprüften Haftmitteln ein „sehr gutes“ bis „gutes“ (B 3 + HM1, HM 2 auf Kalk) Adhäsionsvermögen herbeiführt. Klassifizierung des Adhäsionsvermögens
nach 24 h Wasserlagerung bei 40°C
Bitumen 1 mit Haftmittel 1,2
Bitumen 2 mit Haftmittel 1,2
Bitumen 3 mit Haftmittel 1,2
11.5.10 Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 2 h Regenwasserlagerung 
Abb.57: Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 2 h Regenwasserlagerung 11.5.11 Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 24 h Regenwasserlagerung 
Abb.58: Differenzwinkel: B 1, B 2, B 3 nach 24 h Regenwasserlagerung Um den Einfluss von Regenwasser auf das Haftvermögen zwischen Bitumen und Mineralstoffen zu untersuchen, wurde die Wasserlagerung mit Regenwasser aus Hamburg und dem Hamburger Umland (Niedersachsen) durchgeführt.
Die Ergebnisse der Differenzwinkel (Abb.: 57, 58) weisen auf einen signifikanten Einfluss von Regenwasser auf das Haftverhalten hin. Die Differenzwinkel zeigen ausnahmslos einen höheren Wert, als bei den Wasserlagerungen mit entionisiertem Wasser. Zusätzlich ist die Bitumenverdrängung bzw. der Differenzwinkel bei der Wasserlagerung mit dem saureren Regenwasser aus Niedersachsen (pH – Wert 5,90) überwiegend etwas höher. Dies deutet auf einen Zusammenhang zwischen der Größe des pH–Wertes und dem Haftverhalten hin. Einen möglichen Einfluss können auch andere Wasserparameter, wie z.B. Leitfähigkeit, Gesamthärte, Kalium-, Natrium-, Calcium-, Chlorid- oder Sulfatgehalt haben. Klassifizierung des Adhäsionsvermögens
nach 2 h Regenwasserlagerung bei 40°C
Naphtenbasisches Bitumen: B 1
Paraffin - naphtenbasisches
Bitumen: B 2
Paraffinbasisches
Bitumen: B 3
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| Copyright © 2015, Stephan Korn | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||