Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Eingangsprüfung von Asphaltgranulat mittels FTIR-Spektroskopie für eine optimierte Wiederverwendung im Asphaltmischwerk

 

Die hochwertige Wiederverwendung von Asphalt erfordert in ihrer Zusammensetzung möglichst homogene Asphaltgranulathalden. Dazu müssen die für das Recycling relevanten Eigenschaften angelieferter Ausbauasphalt frühzeitig bestimmt werden. Dabei hat die Viskosität des Bindemittels im Ausbauasphalt eine übergeordnete Rolle, da dieses das Gebrauchsverhalten des neuen Asphaltmischgutes stark beeinflusst. Der zurzeit für die Bindemitteleinteilung eingesetzte Erweichungspunkt Ring und Kugel ist jedoch bei zunehmend auch im Ausbauasphalt enthaltenen modifizierten Bindemitteln und Asphalt-Zusätzen kein Kennwert, der eine zuverlässige Bewertung der für die Wiederverwendung relevanten Bindemitteleigenschaften zulässt.

Mittels Infrarot-Spektroskopie (FTIR) unter Nutzung der abgeschwächten totalen Reflexion (ATR) kann die Molekularstruktur von Bindemittelproben und auch Asphaltmörteln erfasst werden. Durch die statistische Analyse der aufgenommenen IR-Spektren einer Probe können bekannte Modifikatoren sowie die Bindemitteloxidation identifizierende Kohlenwasserstoffverbindungen quantifiziert werden. Um das Prüfverfahren zukünftig im Rahmen der Wareneingangskontrolle von Ausbauasphalten nutzen zu können, sollen im Rahmen des Projektes Prüfverfahren sowie Auswertealgorithmen umgesetzt werden. Dadurch können für das Recycling problematische Inhaltsstoffe in Ausbauasphalten identifiziert werden. Unter anderem soll damit auch eine schnelle Analyse auf das Vorhandensein Teer-/Pechhaltiger Bindemittel in Ausbauproben ermöglicht werden. Im Projekt werden die grundlegenden Verfahren der Probenvorbereitung, FTIR-Messung sowie statistischen Auswertung unter Nutzung einer zu schaffenden Referenzbibliothek an Proben bekannter Zusammensetzung erarbeitet und an realen Ausbauasphaltproben validiert, sodass am Projektende die Anwendbarkeit durch KMU im Rahmen einer Demonstrationsanwendung nachgewiesen werden kann.

Ergebniszusammenfassung:

Das im Projekt entwickelte Verfahren erlaubt die Analyse von Straßenausbaustoffen auf darin enthaltene, für die

Wiederverwendung relevante Stoffe mittels FTIR-Spektroskopie innerhalb von etwa einer Stunde.

Hinsichtlich der Identifikation von PAK in Straßenausbaustoffen, konnten folgende Ergebnisse aus dem Projekt abgeleitet werden:

- Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass an Fräsgutproben anhand der FTIR-Messung eine Unterscheidung von Proben < 25 mg/kg und Proben > 25 mg/kg PAK16 möglich ist. Dazu wurden 32 Ausbaustoff-Proben untersucht, für die Ergebnisse aus quantitativen und halbquantitativen Analysen vorliegen. Einer Probe wurde dabei eine PAK-Belastung < 25 mg/kg attestiert, für die die halbquantitative Dünnschichtchromatographie ein Ergebnis von 50 mg/kg aufzeigte. Bei 19 weiteren Bohrkernproben konnten die mittels quantitativem Verfahren bestimmten PAK-Belastungen nicht mittels FTIR-Analyse nachgestellt werden, was wahrscheinlich auf eine inhomogene Probenaufbereitung zurückzuführen ist.

Von den in Ausbauasphalten enthaltenen Bindemitteln und Zusätzen, welche die Wiederverwendbarkeit und die zur

Einstufung des resultierenden Asphaltgranulates hinsichtlich Bindmittelviskosität beeinflussen, können Polymerodifizierte Bitumen sowie organische viskositätsverändernde Zusätze identifiziert werden. Weiterhin können stark gealterte Bindemittel identifiziert werden. Gummimodifikation sowie haftverbessernde Additive konnten in den untersuchten Proben nicht identifiziert werden.

Vor der Berücksichtigung der Verfahren im Technischen Regelwerkes ist die Untersuchung einer größere Probenanzahl auch von verschiedenen Prüflaboratorien erforderlich, um die Verfahrenssicherheit zu validieren.