Heft 28 - Verwendung von Reaktionsharz aus nachwachsenden Rohstoffen als Bindemittel im Straßenbau

Jahr: 2017
Autor: Marcel Wegmann

Kurzfassung

Ausgehend von vorherigen Entwicklungen kann prognostiziert werden, dass die Verkehrsbelastung in Zukunft weiter ansteigen wird. Eine Anpassung der Baustofftechnologie wird dadurch unerlässlich. Des Weiteren strebt die Gesellschaft eine Senkung des CO2-Ausstoßes an. Um beiden Punkten Rechnung zu tragen wurde in dieser Arbeit die Eignung eines Reaktionsharzes (Polyurethan) auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen hinsichtlich der Verwendbarkeit als Bindemittel im Straßenbau untersucht.
Dazu wurden im ersten Schritt einige der derzeitigen Anwendungsgebiete von sogenanntem Polymerbeton beschrieben. Dies sind u.a. Herstellung von Entwässerungssysteme, Maschinengestelle und im Bereich des Straßenbaus kleinflächige Betoninstandsetzungen.
Anschließend erfolgte eine grundlegende Darstellung der Chemie der Polyurethane und Hinweise für den Umgang und Lagerung dieser Stoffe.
Um im Vorfeld die Verarbeitungseigenschaften des Polymerbetons abschätzen zu können und Kennwerte für einen zahlenmäßigen Vergleich mit anderen Reaktions-harze zu liefern, wurde eine Charakterisierung des Polyurethans vorgenommen. Diese Charakterisierung umfasste die chemischen, physikalischen und rheologischen Eigenschaften sowie das Ermüdungsverhalten. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen deuteten auf eine Eignung für die Verwendung als Bindemittel im Straßenbau hin.
Daran anschließend wurden unterschiedliche Polymerbetonvarianten hergestellt und mittels genormten Prüfverfahren für Asphalt untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass, bei der Verwendung einer Zusammensetzung in Anlehnung an Asphaltmischgut, der hergestellte Polymerbeton bei allen Prüfverfahren gleichwertige oder bessere Ergebnisse als der Referenzasphalt liefert. Dies bestätigt die Untersuchungen am Polyurethan und somit die Verwendbarkeit als Bindemittel im Straßenbau für die Herstellung von gebundenen Schichten für den Straßenoberbau.
Anschließend erfolgte eine theoretische Behandlung der Themengebiete großtechnische Verarbeitung und Wiederverwendung von Polymerbeton, um erste Hinweise für die Praxis zu liefern. Die daraus resultierenden Anmerkungen sind in der Praxis zu überprüfen und gegebenenfalls an die vorhandenen Rahmenbedingungen anzupassen.
Abschließend wurden Empfehlungen für die weitere wissenschaftliche und praktische Auseinandersetzung mit dieser Thematik gegeben und die Ergebnisse zusammengefasst.


Abstract

As a result of previous developments, it can be predicted that the traffic load will continue to increase in the future. An adaptation of the building material technology is therefore essential. In addition, the society aims to reduce CO2 emissions. In order to take account of both points, the suitability of a reaction resin (polyurethane) based on renewable raw materials with regard to its applicability as a binder in road construction was investigated in this work.

For that purpose, in the first step some of the current fields of application of so-called polymer concrete have been described. These are, inter alia, Production of drainage systems, machine frames and, in the area of road construction, small-scale concrete maintenance.

This was followed by a basic presentation of the chemistry of the polyurethanes and notes on the handling and storage of these substances.

In order to be able to estimate in advance the processing properties of the polymer concrete and to provide characteristic values for a numerical comparison with other reaction resins, a characterization of the polyurethane was carried out. This characterization involved the chemical, physical and rheological properties as well as the fatigue behavior. The results of these investigations indicated suitability for use as binders in road construction.

Subsequently, different polymer concrete variants were produced and tested using standardized test methods for asphalt. It was found that, when using a composition based on asphaltic mix, the polymer concrete produced provides equivalent or better results than the reference asphalt in all test procedures. This confirms the investigations on the polyurethane and thus the usability as binder in road construction for the production of bonded layers for the road surface.

Following, a theoretical treatment of the subject areas of large-scale processing and reuse of polymer concrete was carried out, in order to provide initial indications for the practice. The resulting remarks are to be examined in practice and, if necessary, adapted to the existing framework conditions.

Finally, recommendations were made for the further scientific and practical examination of this topic and the results summarized.