Entwicklung von PU-Asphalt : von der Idee bis zur baupraktischen Umsetzung

  • Development of PU-asphalt : from the concept to the practical implementation

Renken, Lukas; Oeser, Markus (Thesis advisor); Wistuba, Michael (Thesis advisor)

Aachen (2019, 2020)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Versickerungsfähige Verkehrsflächen bieten neben einer Entsiegelung von vorhandenen undurchlässigen Flächen neue Wege zur Verbesserung des Stadtklimas. Herkömmliche wasserdurchlässige Straßenbaumaterialien können insbesondere im innerstädtischen Bereich aufgrund ihrer eingeschränkten Haltbarkeit oftmals nur punktuell verwendet werden. Demnach bedarf es der Entwicklung innovativer Baustoffe und Bauweisen für dauerhafte versickerungsfähige Befestigungen. Bisher hat eine vollständige Substitution von Bitumen durch innovative Bindemittel auf synthetischer Basis nur sehr begrenzte Anwendung im Straßenbau gefunden, obgleich das Potential sowie die charakteristische Vielfältigkeit als sehr hoch einzustufen sind. Insbesondere im Hinblick auf einen schonenden Umgang mit den natürlichen Ressourcen eignet sich Polyurethan (PU) hervorragend als alternatives Bindemittel. Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, ein vollständig neues offenporiges Materialkonzept „PU-Asphalt“ auf Basis des synthetischen Bindemittels Polyurethan zu entwickeln, umfangreich zu bewerten sowie eine baupraktische Umsetzung zu realisieren. Hierbei hat sich herausgestellt, dass sich Polyurethan - für dessen Herstellung überwiegend auf nachwachsende Rohstoffe zurückgegriffen wird - grundsätzlich dazu eignet, konventionelles Bitumen zu ersetzen. Weiter zeigt das resultierende Baustoffprodukt PU-Asphalt einen hohen Hohlraumgehalt bei gleichzeitig hoher Materialfestigkeit und geringer Temperatursensitivität. Es wurde ein Prüfkonzept angewendet, mit welchem die Materialcharakteristik zielsicher quantifiziert werden konnte. Nach Abschluss der Untersuchungen sind die straßenbautypischen Materialkennwerte weitestgehend bekannt und die wesentlichen Materialeigenschaften konnten identifiziert werden. Zweifelsfrei konnte das Potential von PU-Asphalt als hochbelastbare versickerungsfähige Verkehrsfläche im Labormaßstab nachgewiesen werden. Hierbei konnten sämtliche Gebrauchseigenschaften gegenüber konventionellen Referenzvarianten, teilweise erheblich verbessert werden. Erstmals ist es möglich die hervorragenden, funktionalen Eigenschaften eines offenporigen Systems mit einer hochstabilen Materialperformance und -dauerhaftigkeit zu verknüpfen. PU-Asphalte weisen auch für sehr hohe Gebrauchstemperaturen eine ausreichende Verformungsstabilität auf, ohne erhöhte Rissanfälligkeit im Tieftemperaturbereich zu zeigen. Damit liegt gegenüber konventionellen Asphalten eine deutlich größere Gebrauchstemperaturspanne vor. Eine Verknüpfung von Multifunktionalität und Wasserdurchlässigkeit mit einer hochstabilen Materialstruktur und Umweltverträglichkeit spiegeln das enorme Innovationspotential wider. Durch die erfolgreiche Entwicklung eines High-Tech-Deckschichtsystems kann demnach wesentlich zur Sicherstellung einer leistungsfähigen und dauerhaften Infrastruktur beigetragen werden. Insbesondere mit Blick auf die eingeschränkte Dauerhaftigkeit von konventionellen Offenporigen Asphalten stellt offenporiger PU-Asphalt eine konkurrenzfähige Alternative dar.

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