Bitumen-Gestein: Untersuchung der Haftung mittels Kontaktwinkel-Messungen
 


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11. Auswertung der Versuchsergebnisse
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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.


Bitumen
Erweichungspunkt R.u.K.
    Benetzungstemperatur
B 1, B 2, B 3 
45,0°C,  45,4°C,  45,0°C
70°C
B 1, B 2, B 3 ; + Polymer 1
50,4°C,  49,8°C,  50,4°C 
80°C
WmB 1, WmB 2, WmB 3
75,2°C,  74,2°C,  76,2°C 
90°C
   
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.
   

Differenzwinkel auf PTFE
B 1 
-5,8
B 2   
-2,5
B 3 
-1,9


Differenzwinkel  =
Kontaktwinkel nach Wasserlagerung
minus  
Kontaktwinkel nach Benetzung


Dieser Ablauf ist mit der unpolaren PTFE - Oberfläche zu erklären. Durch die hydrophobe  Eigenschaft wirken nur geringe Wechselwirkungskräfte zwischen der PTFE - Oberfläche und dem Wasser. Demzufolge hat das Wasser kein Bestreben das Bitumen zu verdrängen.




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


Differenzwinkel  =
Kontaktwinkel nach Wasserlagerung
minus  
Kontaktwinkel nach Benetzung

        



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.

Differenzwinkel  =
Kontaktwinkel nach Wasserlagerung
minus  
Kontaktwinkel nach Benetzung


Nach 2 h Stunden Wasserlagerung gilt:

Adhäsionsvermögen 
   Differenzwinkel
sehr gut
  < 1 °
gut 
  1° bis 3°
mäßig   
3° bis 10°
schlecht   
10° bis 20°
sehr schlecht  
> 20°

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:

Adhäsionsvermögen 
   Differenzwinkel
sehr gut
  < 1 °
gut 
  1° bis 5°
mäßig   
5° bis 25°
schlecht   
15° bis 25°
sehr schlecht  
> 25°

Tab.19:    Klassifizierung des Adhäsionsvermögens nach 24 h Wasserlagerung





11.5.3    Klassifizierung des Adhäsionsvermögens nach 2 h Wasserlagerung


B 1:   naphtenbasisches  Bitumen

Adhäsionsvermögen 
Gestein

sehr gut
Diabas I hell, Diabas I dunkel, Diabas I rot Diabas II, Diabas III, Kalk I dunkel,   Kalk I hell, Kalk II,  Marmor, Schiefer 
gut 
 -
mäßig   
Grauwacke I, II dunkel
schlecht   
Grauwacke I, II hell
sehr schlecht  
Quarzit
 



B 2:  paraffin - naphtenbasisches  Bitumen

Adhäsionsvermögen 
Gestein
sehr gut
-
gut 
Diabas I dunkel
mäßig   
Diabas I hell, Diabas I rot, Diabas II Diabas III, Kalk I dunkel,  Kalk I hell   Kalk II,
Grauwacke I, II dunkel
schlecht   
Marmor, Schiefer
sehr schlecht  
Grauwacke I, II hell, Quarzit




B 3:   paraffinbasisches  Bitumen

Adhäsionsvermögen 
Gestein
sehr gut
-
gut 
-
mäßig   
Diabas I dunkel
schlecht   
Diabas I hell, Diabas I rot, Diabas II Diabas III, Kalk I dunkel, Kalk II, Grauwacke I, II dunkel
sehr schlecht  
Kalk I hell, Grauwacke I, II hell, Marmor, Schiefer Quarzit




11.5.4    Klassifizierung des Adhäsionsvermögens nach 24 h Wasserlagerung


B 1:   Naphtenbasisches  Bitumen

Adhäsionsvermögen 
Gestein
sehr gut
Diabas I hell, Diabas I dunkel, Diabas I rot Diabas II, Diabas III, Kalk I dunkel    Kalk I hell, Kalk II,  Marmor, Schiefer
gut 
-
mäßig   
Grauwacke I, II dunkel
schlecht   
Grauwacke I, II hell
sehr schlecht  
 Quarzit



B 2:  Paraffin - naphtenbasisches  Bitumen

Adhäsionsvermögen 
Gestein
sehr gut
-
gut 
Diabas I dunkel, Diabas II, Kalk I dunkel
mäßig   
Diabas I hell, Diabas I rot, Diabas III Kalk I hell, Kalk II, Grauwacke I, II dunkel
schlecht   
Marmor, Schiefer
sehr schlecht  
Grauwacke I, II hell, Quarzit



B 3:   Paraffinbasisches  Bitumen

Adhäsionsvermögen 
Gestein
sehr gut
-
gut 
-
mäßig   
Diabas I dunkel
schlecht   
Diabas I hell, Diabas I rot, Diabas II Diabas III, Kalk II,  Grauwacke I, II dunkel
sehr schlecht  
Kalk I hell, Kalk I dunkelGrauwacke I, II hell, Marmor, Schiefer, Quarzit




 
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

Adhäsionsvermögen 
Gestein
sehr gut
Kalk I hell, Diabas III, Grauwacke II hell, Quarzit
gut 
-
mäßig   
-
schlecht   
-
sehr schlecht  
-



Klassifizierung des Adhäsionsvermögens nach 2 h Wasserlagerung bei 80°C


Bitumen: WmB 1

Adhäsionsvermögen 
Gestein
sehr gut
-
gut 
-
mäßig   
Diabas III
schlecht   
Kalk I hell
sehr schlecht  
Grauwacke II hell, Quarzit


Bitumen: WmB 2

Adhäsionsvermögen 
Gestein
sehr gut
-
gut 
-
mäßig   
-
schlecht   
Diabas III
sehr schlecht  
Kalk I hell, Grauwacke II hell,
 Quarzit


Bitumen: WmB 3

Adhäsionsvermögen 
Gestein
sehr gut
-
gut 
-
mäßig   
-
schlecht   
-
sehr schlecht  
Diabas III, Kalk I hell, Grauwacke II hell, Quarzit




 
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

Adhäsionsvermögen 
B 1
B 1 + Polymer 1
sehr gut 
Diabas III, Kalk I hell   
-
gut
  -  
Diabas III, Kalk I hell
mäßig
    -  
Grauwacke II hell
schlecht   
Grauwacke II hell   
-
sehr schlecht 
 Quarzit
Quarzit

      
  
Paraffin - naphtenbasisches Bitumen: B 2 + Polymer 1, 2

Adhäsionsvermögen 
B 2
B 2 + Polymer 1
B 2 + Polymer 2
sehr gut 
-
Diabas III, Kalk I hell 
Diabas III, Kalk I hell
gut
-
-
-
mäßig
-
Diabas III, Kalk I hell 
Grauwacke II hell  
Grauwacke II hell
schlecht   
-
-
-
sehr schlecht 
Grauwacke II hell Quarzit  
Quarzit
Quarzit

 

Paraffinbasisches Bitumen: B 3 + Polymer 1, 2

Adhäsionsvermögen 
B 3
B 3 + Polymer 1
B 3 + Polymer 2
sehr gut 
-
Diabas III, Kalk I hell Grauwacke II hell  
Diabas III, Kalk I hell
gut
-
Quarzit 
Grauwacke II hell
mäßig
-
-
-
schlecht   
Diabas III 
-
Quarzit
sehr schlecht 
Grauwacke II hell, Kalk I hell, Quarzit  
-
-


 
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)

Adhäsionsvermögen 
B 3
GmB 3 + 10 % Gummimehl 
B GmB 3 + 15 % Gummimehl
sehr gut 
-
-
-
gut
-
Kalk I hell  
-
mäßig
-
-
Kalk I hell
schlecht   
Diabas III 
Diabas III 
Diabas III
sehr schlecht 
Grauwacke II hellKalk I hell, Quarzit
  Grauwacke II hell  Quarzit   
Grauwacke II hell Quarzit



 
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

Adhäsionsvermögen 
B 1
B 1 + HM 1
B 1 + HM 2
sehr gut 
Diabas III, Kalk I hell
Kalk I hell, Diabas III Grauwacke II hell, Quarzit 
Kalk I hell, Diabas III Grauwacke II hell, Quarzit
gut
-
-
-
mäßig
-
-
-
schlecht   
-
-
-
sehr schlecht 
Grauwacke II hell Quarzit  
-
-



Bitumen 2 mit Haftmittel 1,2

Adhäsionsvermögen 
B 2
B 2 + HM 1
B 2 + HM 2
sehr gut 
-
Kalk I hell, Diabas III Grauwacke II hell, Quarzit 
Kalk I hell, Diabas III Grauwacke II hell, Quarzit
gut
-
-
-
mäßig
Diabas III, Kalk I hell 
-
-
schlecht   
Grauwacke II hell
-
-
sehr schlecht 
Quarzit
-
-



Bitumen 3 mit Haftmittel 1,2

Adhäsionsvermögen 
B 3
B 3 + HM1
B 3 + HM 2
sehr gut 
-
Diabas IIIGrauwacke II hell, Quarzit 
Diabas IIIGrauwacke II hell, Quarzit
gut
-
Kalk I hell  
Kalk I hell
mäßig
-


schlecht   
Diabas III 
-
-
sehr schlecht 
Grauwacke II hellKalk I hell, Quarzit 
-
-




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.


Wasser / Herkunft 
pH - Wert
entionisiertes Wasser   
7,85
Hamburg  
6,38
Hamburg / Umland (Niedersachsen)  
5,90


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

Adhäsionsvermögen 
B 1
(ph-Wert = 7,85)
B 1
(ph-Wert = 6,38)

B 1
(ph-Wert = 5,90)
sehr gut 
Diabas III, Kalk I hell
-
-
gut
-
Diabas III, Kalk I hell  
Diabas III, Kalk I hell
mäßig
-
-
-
schlecht   
Grauwacke II hell  
-
-
sehr schlecht 
Quarzit
Grauwacke II hell , Quarzit
Grauwacke II hell, Quarzit

     

    Paraffin - naphtenbasisches Bitumen: B 2

Adhäsionsvermögen 
B 2
 (ph-Wert = 7,85) 
B 2
(ph-Wert =  6,38)  
B 2
(ph-Wert = 5,90)
sehr gut 
-
-
-
gut
-
-
-
mäßig
Diabas III, Kalk I hell   
Diabas III, Kalk I hell  
Diabas III, Kalk I hell
schlecht   
-
-
-
sehr schlecht 
Grauwacke II hell Quarzit  
Grauwacke II hell Quarzit
Grauwacke II hell Quarzit



    Paraffinbasisches Bitumen: B 3

Adhäsionsvermögen 
B 3
(ph-Wert = 7,85)  
B 3
(ph-Wert = 6,38)   
B 3
(ph-Wert = 5,90)
sehr gut 
-
-
-
gut
-
-
-
mäßig
-
-
-
schlecht   
Diabas III 
-
-
sehr schlecht 
Grauwacke II hell, Kalk I hell, Quarzit
Diabas III, Grauwacke II hell, Kalk I hell, Quarzit
Diabas III, Grauwacke II hell, Kalk I hell, Quarzit
    
  Copyright © 2018, Stephan Korn                                                                                                                                                    Download-PDF-Datei!