{"id":376245,"date":"2022-06-08T06:30:00","date_gmt":"2022-06-08T04:30:00","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=376245"},"modified":"2022-06-08T06:30:00","modified_gmt":"2022-06-08T04:30:00","slug":"tu-wien-forscher-wollen-die-alterung-von-bitumen-verlangsamen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/tu-wien-forscher-wollen-die-alterung-von-bitumen-verlangsamen\/","title":{"rendered":"TU Wien Forscher wollen die Alterung von Bitumen verlangsamen\u00a0"},"content":{"rendered":"\n

Wenn der Asphalt auf den Stra\u00dfen altert, dann liegt das am Bitumen. Die klebrig schwarze Substanz fungiert im Asphalt als Bindemittel. Es gibt eine Reihe von Faktoren, die das Material altern lassen \u2013 vor allem aber sind es Temperaturschwankungen und Belastungen. Weshalb sich neue Herausforderungen durch die globale Erw\u00e4rmung und den zunehmenden Schwerverkehr stellen.<\/p>\n\n\n\n

Noch unerforscht<\/h3>\n\n\n\n

Aus dem fossilem Rohstoff Erd\u00f6l gewonnen, w\u00e4re es w\u00fcnschenswert, Bitumen wiederverwerten zu k\u00f6nnen. Aber obwohl die Geschichte des Werkstoffs schon ins dritte Jahrtausend vor Christus zur\u00fcckreicht, war \u00fcber dessen Oberfl\u00e4chenstruktur bis zuletzt noch wenig bekannt. Die Forschung arbeitet zum Teil noch mit Methoden aus dem 19. Jahrhundert. Zum Beispiel bestimmt man den H\u00e4rtegrad von Bitumen mit genau definierten Belastungsversuchen mit Nadeln.<\/p>\n\n\n\n

Molek\u00fclverb\u00e4nde entschl\u00fcsselt<\/h3>\n\n\n\n

An der TU Wien forscht man schon seit mehreren Jahren an Bitumen und konnte unter anderem die Verteilung der einzelnen Molek\u00fclverb\u00fcnde im\u00a0Bitumen entschl\u00fcsseln. Das war insofern herausfordernd, als die Aufl\u00f6sung herk\u00f6mmlicher Messmethoden f\u00fcr die chemische Charakterisierung zu gering war. Einzelne Dom\u00e4nen der Oberfl\u00e4che lie\u00dfen sich erst durch die Kombination verschiedener physikochemischer Methoden bis auf zehn Nanometer genau abbilden.\u00a0<\/p>\n\n\n

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Umweltfreundliche Stra\u00dfenbel\u00e4ge mit Hilfe von Robotern und Bindf\u00e4den<\/div>
Asphalt besteht in der Regel aus Edelsplitt, Edelbrechsand, Natursand und Gesteinsmehl. Dazu kommt Stra\u00dfenbaubitumen oder polymermodifizierter Bitumen als Bindemittel.<\/div><\/div><\/div>\n\n\n

Jetzt will man die Forschung in einem neugegr\u00fcndeten Labor f\u00fcr Chemo-Mechanische Analyse von bitumin\u00f6sen Materialien<\/a><\/em>  intensivieren. Das Labor wird von Professor Bernhard Hofko vom Institut f\u00fcr Verkehrswissenschaften<\/a><\/em> und Professor Hinrich Grothe vom Institut f\u00fcr Materialchemie<\/a><\/em> geleitet. Die beiden wollen gemeinsam mit ihren Teams noch fundierteres Wissen \u00fcber Bitumen sammeln, um die Alterung des Werkstoffs zu verlangsamen und haltbareren Asphalt zu erm\u00f6glichen. Au\u00dferdem sollen Verfahren entstehen, die es erm\u00f6glichen, altes Bitumen zu regenerieren und zu recyceln.<\/p>\n\n\n\n

Suche nach langlebigem Bitumen<\/h3>\n\n\n\n

Zun\u00e4chst geht es aber darum, die Alterungsmechanismen von Bitumen zu erforschen. Das soll helfen, den Einsatzzweck f\u00fcr das Material zu bestimmen \u2013 und f\u00fcr Asphalt von vornherein langlebiges Bitumen auszuw\u00e4hlen. Neben dem Asphaltstra\u00dfenbau wird Bitumen auch in Dach- und Dichtungsbahnen, sowie Bautenschutz und Isolierungen eingesetzt. Hohe Qualit\u00e4tsanspr\u00fcche werden vor allem an Bitumen f\u00fcr Asphaltstra\u00dfen und Dachbahnen gestellt, da die Erhaltung mit hohen Kosten verbunden ist. \u201eFr\u00fchzeitige Verspr\u00f6dung und Rissbildung in den Dachbahnen, wie sie zum Beispiel bei einem Wasserschaden entstehen, k\u00f6nnen kostspielig werden. F\u00fcr Radwege und im Deichbau kann man jedoch auch Bitumen mit niedriger Qualit\u00e4t einbauen\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Ayse Nur Koyun, Postdoc Scientist in der\u00a0Forschungsgruppe Physikalische Chemie von Aerosolpartikeln<\/a><\/em>\u00a0an der TU Wien.<\/p>\n\n\n\n

\"Bitumen,
UV-Alterungsexperiment (c) Labor f\u00fcr Chemo-Mechanische Analyse von bitumin\u00f6sen Materialien – TU Wien<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Komplexe Alterungsmechanismen<\/h3>\n\n\n\n

Bitumen ist typischerweise ein Gemisch aus mehreren unterschiedlichen Molek\u00fclen und einem geringen Schwefelgehalt. Aber Bitumen aus verschiedenen geologischen Standorten weisen eine unterschiedliche Zusammensetzung von organischen Stoffen auf \u2013 und manche dieser organischen Stoffe altern schneller. Daraus resultieren eine komplexe Chemie und eben solche Alterungsmechanismen. Um trotzdem genaue Untersuchungsergebnisse zum Alterungsverhalten zu erreichen, zerlegen die Forscher das Bitumen in einzelne Molek\u00fcle. Das hei\u00dft, sie spalten es anhand der Polarit\u00e4t der Molek\u00fcle mit verschiedenen L\u00f6sungsmitteln in chemisch \u00e4hnliche Gruppen auf und erhalten so die Klassen der Aliphate, Aromate, Harze und Asphaltene. <\/p>\n\n\n\n

Bei der Alterung von Bitumen werden Carbonyle und Sulfoxide gebildet. Carbonyle sind Kohlenstoffe, die ein doppelt gebundenes Sauerstoffatom tragen \u2013 und Sulfoxide sind organische Schwefelverbindungen. Beides wirkt sich auf die physikalischen Eigenschaften von Asphalt und insbesondere auf dessen Viskosit\u00e4t aus. Das Bitumen wird dadurch spr\u00f6der. <\/p>\n\n\n\n

Lassen sich die Harze, Aromate und Asphaltene im Alterungsprozess leicht von reaktiven Sauerstoffmolek\u00fclen und UV-Strahlung angreifen, handelt es sich um ein kurzlebiges Bitumen. <\/p>\n\n\n\n

Dieses Wissen um die Alterungsmechanismen von Bitumen erm\u00f6glicht den Forschern, den Werkstoff im Labor m\u00f6glichst realit\u00e4tsnah altern zu lassen – um herauszufinden, welche Arten alterungsbest\u00e4ndiger sind und welche schneller oxidieren. <\/p>\n\n\n\n

\"Bitumen,
(c) Labor f\u00fcr Chemo-Mechanische Analyse von bitumin\u00f6sen Materialien – TU Wien<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Foto: Alterungsmechanismen an der Bitumenoberfl\u00e4che: UV Alterung, Reaktive Sauerstoffspezies – NOx,<\/em> OH Radikal und Ozon – sowie der Verlust von leichtfl\u00fcchtigen Molek\u00fclen der das Material auch verspr\u00f6det.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Einfluss der UV-Alterung<\/h3>\n\n\n\n

Bei der realit\u00e4tsnahen Alterung im Labor nutzen die Forscher sogenannte Alterungszellen, in denen Einfl\u00fcsse wie Sonnenstrahlen und Stickoxide in der Luft simuliert werden k\u00f6nnen. Wobei die Wiener Forscher auch den Einfluss der UV-Alterung untersuchen, obwohl das in standardisierten Bitumenalterungsmethoden nicht ber\u00fccksichtigt wird. Die Alterungszellen bestehen aus Kammern, in denen Alterungsprozesse von zehn bis 15 Jahren in wenigen Stunden bis Tagen vollzogen werden. Um die Alterung in so kurzer Zeit zu simulieren, muss mit extremen Bedingungen gearbeitet werden – hohen Dr\u00fccken und Temperaturen, UV-Strahlung und reaktiven Sauerstoffspezies in hoher Konzentration. Die Laborexperimente haben gezeigt, dass die Sonneneinstrahlung in den ersten Asphaltschichten eine wesentliche Rolle bei der Langzeitalterung spielt, erkl\u00e4rt Koyun. <\/p>\n\n\n\n

Temperatureinwirkungen<\/h3>\n\n\n\n

Die gr\u00f6\u00dfte Rolle bei der Alterung des Bitumens spielen aber die Temperaturen, die in der Aufbereitung des Materials angewendet werden – sowohl in der Raffinerie als auch beim Aufbringen, dem sogenannten Einbau. In der Raffinerie wird das Erd\u00f6lgemisch bis zu 350 Grad Celsius erhitzt und f\u00fcr das Aufbringen des Asphaltgemisches auf die Stra\u00dfe sind ebenfalls hohe Temperaturen (~200\u00b0C) notwendig. <\/p>\n\n\n\n

\"Bitumen,
(c) TU Wien <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Graphik:<\/em><\/p>\n\n\n\n

Die Bedingungen in der Raffinerie und beim Einbau spielen die gr\u00f6\u00dfte Rolle bei der Alterung des Bitumens. Die Steigung der Alterungskurve ist in der Raffinerie und beim Einbau am h\u00f6chsten und flacht erst nach dem Einbau ab.<\/em> <\/p>\n\n\n\n

Alterungserscheinungen regenerieren<\/h3>\n\n\n\n

Die oben erw\u00e4hnten Mikrorisse in Bitumen k\u00f6nnen wieder geheilt werden \u2013 indem diese bei h\u00f6heren Temperaturen wieder geschlossen werden.\u00a0Im Labor sollen auch gezielt Zusatzstoffe entwickelt werden, die Alterungserscheinungen regenerieren und die Lebensdauer von Bauwerken verl\u00e4ngern sollen. Zur Qualit\u00e4tskontrolle von Bitumen wird ein Scanner eingesetzt. Dieser regt die Autofluoreszenz des organischen Materials an. \u201eEs sind Harze und kleine aromatische Verbindungen, die besonders stark fluoreszieren und gleichzeitig empfindlich auf die Alterung reagieren\u201c, erkl\u00e4rt Professor Hofko.<\/p>\n\n\n\n

Wiederverwendung<\/h3>\n\n\n\n

Eines der vordringlichsten Ziele aber ist es, Asphalt k\u00fcnftig, je nach Qualit\u00e4t, auf h\u00f6chster Stufe wiederzuverwenden.\u00a0Asphalt ist zu 100 Prozent recyclebar. In\u00a0\u00d6sterreich und in der EU werden schon heute unter bestimmten Bedingungen Ausbauasphalte beim Bau einer neuen Stra\u00dfe beigemischt. Im allgemeinen Streben nach nachhaltiger Bauweise und Kreislaufwirtschaft wird der Anteil an Ausbauasphalt in den n\u00e4chsten Jahren noch steigen. \u201eMit einer geeigneten Analytik kann man hier einen wichtigen Beitrag liefern und feststellen, welche Komponenten dem gealterten Bitumen fehlen und man kann diese gezielt wieder zusetzen\u201c, so Hinrich Grothe vom CD-Labor.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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